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" Méthode perfectionnée pour le traitement de combustibles ".
Ia présente invention concerne un procédé per- fectionné pour l'utilisation efficace de combustibles solides oarbonaoés, tels que du charbon, du coke, de la tourbe, des sables goudronneux, des schistes huileux et des matières analo- gues, et concerne plus spécialement un procédé pour la produe- tion efficace de chaleur à partir de ces matières solides carbo- nacées.
Dans la production de chaleur par combustion de combustibles solides à l'air, les produits principaux de combus- tion sont l'oxyde de carbone, l'anhydride carbonique et l'eau.
Il est bien connu qu'une utilisation plus efficace à la fois du carbone, du combustible et de l'oxygène de l'air est obtenue dans un foyer brûlant les combustibles solides en menant la combustion d'une manière telle qu'on produise de l'anhydride carbonique de préférence à de l'oxyde de carbone. Ia formation
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d' pxyde de carbone à la place d'anhydnide carbonique dansla réaction de combustion consomme plus de carbone et demande plus d'oxygène par unité de chaleur produite, comme le montrent les équations suivantes : a + 02 = CO2 + 94,400 cal.
C + 1/2 02 = CO + 26,700 cal .
Dans divers procédés comprenant la production de chaleur par la combustion de matières carbonacées solides, tels que la fabrication de gaz combustibles, par exemple du gaz à l'eau, dans les périodes alternantes de production et de soufflage, les opérations de cokéfaction par air soufflé et les opérations analogues, la formation d'oxyde de carbone dans les phases de combustion ne peut pas être évitée parce que du car- bone chauffé, qui par la nature de ces procédés doit être en excès, a une forte tendance à réduire l'anhydride carbonique en oxyde de carbone par une réaction qui consomme une partie de la chaleur produite par la formation primitive d'anhydride car- bonique.
Ces conditions existent indépendamment de la question de savoir si les procédés de combustion mentionnés, sont ef- fectués par soufflage d'air ou d'un autre gaz oxydant sur un lit fixe de fragments grossiers de combustibles solides ou si la technique de solides fluidifiés est appliquée, c'est-à-dire si le combustible solide est brûlé sous la forme de fines par- ticules maintenues par un gaz d'entraînement sous forme d'une suspension dense, turbulente ayant des caractéristiques d'é- coulement et de transfert de chaleur semblables à celles d'un liquide.
La perte en efficacité calorifique causée par la formation de proportions importantes d'oxyde de carbone dans la production de chaleur par la combustion de combustibles solides est d'importance partic ulière dans des procédés tels que ceux comprenant l'emploi de résidus solides de combustion, chauds,
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pour fournir la chaleur requise par différentes réactions chimiques endothermiques telles que la fabrication de gaz con- tenant de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène, par exemple du gaz à l'eau ou du gaz de synthèse pour la fabrication syn- thétique d'hydrocarbures, la cokéfaction et le cracking de ma- tières solides et liquides carbonacées et les opérations analo- gues.
Ces procédés prévoient par exemple une circulation continue de résidus carbonacés solides de cokéfaction ou de gazéfication dans un état fluidifié à partir des zônes de conversion jusqu'à un dispositif de chauffage dans lequel de la chaleur est pro- duite par combustion des constituants carbonacés du résidu et une nouvelle circulation du résidu solide fluidifié de combustion fortement chauffé vers les zones de conversion pour fournir la chaleur requise dans celles-ci. Cette technique comprend ordi- nairement une circulation du dispositif de chauffage aux zônes de conversion de quantités de matières de non-conversion consi- dérablement en excès par rapport à la quantité de carbone utilisée dans les conversions, pour fournir les grandes quantités de cha- leur requises dans les conversions.
Tandis que dans ce but la matière de non-conversion peut être la matière de conversion qui n'a pas réagi, telle que du coke ou du charbon, une circula- tion du grand excès requis de coke ou de charbon vers le dis- positif de chauffage établit, dans ce dernier, des conditions plus favorables à la formation d'oxyde de carbone et conduit à la perte d'efficacité calorifique.
Dans ces cas, le rapport de solides fluidifiés à la vitesse de circulation d'air de combustion est fixé par des considérations de transfert de chaleur ; temps de contact du carbone avec l'air est commandé en premier lieu par le maintien de la concentration en carbone, dans le courant de solides en circulation, à la valeur convenable. Dans la carbo-
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nisation de charbon et la fabrication de gaz à l'eau, les pertes des solides des lits fluidifiés sont souvent plus grandes que la quantité de cendres chargée au système dans le charbon frais. Cela tend à augmenter la concentration en caro bone dans les lits fluidifiés.
Si par exemple la perte, telle que de la matière en suspension dans le gaz de décharge ou analogue, vaut deux fois la quantité de cendres chargées du système, la concentration moyennen des particules solides dans les cendres du courant de solides en circulation peut monter jusqu'à environ50% du total. Une telle concentration conduit à la formation de CO dans le gaz de combustion, comme on l'a indiqué plus haut. Une méthode pour éviter cette augmenta- tion de concentration en carbone est de réduire les pertes à une quantité égale à celle des cendres à rejeter. Cela est souvent difficile et coûteux et le réglage de la perte n'est pas aussi exact et sensible qu'on le désirerait.
De plus, lorsqu'on effectue la combustion de carbone dans la zône de combustion complètement en anhydride carbonique par maintien d'une basse concentration en carbone dans la zône de combustion, la concentration en carbone des solides entrant dans la zône de production de gaz peut par exemple descendre jusqu'à 0,8% et celle des solides quittant le générateur de gazjusqu'à 0,2% de qui donnerait exactement suffisamment de carbone pour four- nir la chaleur nécessaire par combustion dans la zône de combustion.
Dans ces conditions, le gaz combustible est produit dans la zone de gazéfication à partir du mélange de véhicule de chaleur de carbone, à une concentration en carbone descen- dant jusqu'à environ 0,2%. A ce niveau bas, un volume en excès considérable de l'espace de production de gaz combustible doit être fourni pour accomplir les réactions désirées.
Il a également été proposé de réduire la for- mation d'oxyde de carbone par l'emploi de lits de combustibles
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minces, ce qui diminue la possibilité de la réaction secon- daire de l'anhydride carbonique avec la matière carbonacée supplémentaire. Cependant cette technique, quoique précieuse, n'est pas entièrement satisfaisante vu qu'elle comprend soit une conversion incomplète de l'oxygène fourni, soit une dimi- nution incomplète de la réaction secondaire, suivant les condi- tions employées; l'emploi de lits minces introduit également un certain nombre de difficultés de fonctionnement, telles que écoulement inégal de l'air, manque d'homogénéité dans la dis- tribution de combustible dans le lit, etc.
De plus, dans la transformation de charbon ou de coke en gaz ou dans l'emploi de charbon ou de coke comme matière de chauffage, dans une opération à solides fluidifiés, les quantités de gaz ou de vapeur de fabrication et de carneaux sont souvent si grandes qu'une matière utile considérable en traitement est perdue si une installation de récupération relativement coûteuse n'est pas installée. Donc un charbon à 5% de cendres peut produire suffisamment de gaz de fabrication et de carneaux pour empor- ter jusqu'à 50% des solides introduits au lieu des 5% qui seraient souhaitables pour l'élimination de la teneur en cendres.
La présente invention surmonte 'lesdifficultés mentionnées plus haut et apporte des avantages supplémentair es variés. Ces avantages, la nature de l'invention et la manière suivant laquelle elle est réalisée seront entièrement compris par la lecture de la description suivante avec référence au dessin qui représente une vue semi-schématique de l'appareillage convenant particulièrement pour la réalisation de l'invention.
Le bur principal de la présente invention est de fournir un procédé pour la production efficace de chaleur à partir de matières carbonacées solides.
Un autre but de l'invention est de fournir un procédé pour conduire la combustion de matières solides carbo-
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nacées d'une manière telle qu'elle produise CO2 de préférence à CO comme produit gazeux de combustion.
Un autre but de l'invention est de favoriser la combustion de matières solides carbonacées en CO2 de pré- férence à CO dans une zône de combustion fonctionnant suivant la technique des solides fluidifiés.
Un autre but de la présente invention est de favoriser la combustion de matières solides carbonacées en CO2 de préférence à CO dans une zône de combustion fonction- nant suivant la technique de solides fluidifiés et à partir de laquelle les résidus solides fortement chauffés sont utilisés pour entretenir des opérations consommant de la chaleur, par exemple la réaction dans une zône ou des zônes de conversion de solides en combustibles fluidifiés, la zone de combustion recevant une fourniture de solides d'au moins une de ces opé- rations.
D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront plus loin.
On a trouvé que ces buts peuvent être entière- ment réalisés en général en soumettant les combustibles solides à la combustion à l'aide d'un gaz oxydant, dans un lit à concen- tration en carbone relativement élevée et en faisant passer des gaz chauds de combustion contenant de l'anhydride carbonique et de l'oxyde de carbone avec un gaz oxydant sur un second lit de solides ayant une concentration en carbone suffisamment basse pour favoriser la combustion complète d'oxyde de carbone en anhydride carbonique par action superficielle, tout en évi- tant la réduction de l'anhydride carbonique en oxyde de carbone par un excès de carbone.
Des solides convenant pour être em- ployés dans le lit de solides à basse concentration en carbone comprennent des matières inertes peut co@euses comme du sable,
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de l'argile, des cendres ordinaires de foyer ou ces cendres du combustible solide utilisé dais la zône de combustion ou des matières analogues. Des matières catalytiques capables d'augmenter les taux de réaction d'oxydation, telles que de l'oxyde de fer, du minerai de fer, de la mitraille de fer rouillée, des argiles à haute teneur en fer, des boues rouges, des catalyseurs de cracking épuisés et de nombreuses autres substances ayant une action catalytique semblable peuvent être utilisées de la même manière, seules ou en mélange avec les matières inertes mentionnées plus haut.
La concentration en carbone dans le lit à haute concentration en carbone peut s'élever jusqu'à 80% ou plus, tandis que celle du lit à basse concentration en carbone ne sera pas plus élevée que 5% et de préférence sera en-dessous de 0,5% des solides présents.
La température dans le lit de combustibles soli- des à haute concentration en carbone peut être réglée de ma- nière à se trouver dans les larges limites comprenant les limites de fonctionnement de combustion de combustibles solides, savoir environ 1000 à environ 2500 F ou plus, suivant les exigences en chaleur de la réaction endothermique ou de l'autre opération consommant la chaleur pour laquelle la chaleur produite dans la zone de combustion doit être utilisée. Habituellement ces températures sont d'a@viron 1600 F à environ 2000 F.
Les gaz de combustion peuvent entrer dans le second lit de solides à basse concentration en carbone à la température ou aux environs de la température atteinte dans la première zône de combustion et établir ainsi le niveau de température requis pour amorcer la combustion d'oxyde de carbone en anhydride carbonique dans la seconde zône de combustion. Un gaz oxydant supplémentaire peut être ajouté aux lits de solides à basse concentration en carbone pour effectuer la combustion complète désirée d'oxyde de carbone en anhydride carbonique.
Cependant,
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dans certaines conditions, telles que courte durée de contact, la quantité d'oxygène n'ayant pas réagi, restant da s les gaz de combustion qui quittent la z8ne de combustion à haute concentration en carbone peut être suffisante .our transformer sensiblement out l'oxydé de carbone en anhydride carbonique, de sorte que l'apport d'un gaz oxydant supplémentaire peut être supprimé si on le désire. La température dans le lit à basse concentration en carbone tend à monter plus haut que celle maintenue dans la zône précédente, ce qui est dû à la chaleur produite par la combustion supplémentaire de l'oxyde de carbone en anhydride carbonique.
Si on le désire, de la chaleur suffisan- te peut être retirée de la zône de combustion à basse concen- t'ation en carbone pour établir un niveau de température constant qui pour la plupart des applications peut se trouver entre les limites approximatives de 1600 à 2500 F.
On comprendra que plus d'un lit contenant des solides à faible teneur en carbone peuvent être prévus pour obtenir la combustion ultérieure des matières résiduelles quelconques combustibles, si on le désire. Les différents lits à concentration en carbone relativement hautes et basses peuvent être disposés dans un seul récipient ou, si on le dési- re, dans des récipients différents, le nombre approprié de réci- pients et de lits disposés dans ceux-ci dépendant principalement de considérations de construction et de prix.En général si la concentration en carbone des solides à faible concentration en carbone est maintenue suffisamment basse, les solides à haute teneur en carbone peuvent contenir une proportion quelconque désirée en carbone sans empêcher une combustion finale complète du carbone utilisable en anhydride carbonique.
La présente invention apporte en particulier de grands avantages, lorsqu'elle est appliquée à une zône de combustion ou à un dispositif de chauffage fonctionnant suivant la technique des solides fluidifiés, dans laquelle le combus- tible solide est brûlé dans un lit de fines particules de
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combustible maintenu par un gaz d'entraînement sous la forme d'une suspension dense, .turbulente ayant les caractéristiques d'un liquide en ébullition.
Suivant une variante préférée de la forme de réalisation de l'invention, le combustible solide est brûlé dans un lit fluidifié contenant le combustible pour former des gaz de combustion comprenant de l'anhydride carbonique et de l'oxyde de carbone et les gaz de combustion passent sur au moin un autre lit fluidifié de solides à basse concentration en carbo- ne pour effectuer sensiblement la combustion complète de l'oxyde de carbone en arlydride carbonique. Dans ce cas, la totalité ou une partie des solides à faible concentration en carbone au lieu d'être fournie au système à partir d'une source étran- gère, peut être fournie sous forme du résidu solide de combus- tion emporté par les gaz de combustion de la zone précédente de combustion à l'état fludifié.
Ceci peut être réalisé par un règlage approprié des vitesses des gaz dans les différentes zônes, par exemple par une augmentation convenable de la vitesse des gaz dans la zône de combustion à partir de lanuelle les solides à faible concentration en carbone doivent être fournis.
Si on le désire, l'action de carbone qui peut être entraîné de cette manière depuis le lit à haute concentration en carbone jusqu'au lit à faible concentration en carbone peut être contre- balancée par addition continuelle ou péri.odique de solides iner- tes, tels que du sable ou des cendres, en quantités convenables au lit à faible concentration en carbone. Cette matière inerte ajoutée peut êgalement servir à empêcher des températures exces- sivement hautes de se développer dans le lit ou les lits à faible concentration en carbone.
Cette dernière action peut également être réalisée par circulation des solides du lit à faible concentration en carbone, continuellement ou périodiquement, vers un dispositif d'enlèvement de chaleur, tel qu'une chaudière pour la production
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de vapeur/de là vers le lit à faible concentration en carbone.
Ce procédé de réglage de chaleur a une signification particuliè- re lorsque la chaleur produite dans les zônes de combustion doit être utilisée sous forme de chaleur sensible des solides fluidi- fiés pour supporter des réactions endothermiques, par e. emple la carbonisation et/ou la gazéfication de matières solides carbona. cées, suivant l'un des buts importants de la présente invention.
Après avoir exposé la nature générale et les buts de l'invention, celle-ci sera mieux comprise par la description plus détaillée qui suit , faite avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
La fig. 1 est une représentation en partie en schéma et en partie en diagramme d'un dispositif de chauffage convenant pour réaliser une variante préférée de la présente invention.
La fig. 2 est une représentation en partie schémati- que et en partie en diagramme d'un système de zônes de réaction auxquelles de la chaleur est fournie suivant la présente inven- tion, et
La fig. 3 est une représentantion en partie schéma- tique et en partie en diagramme d'une variante du système représenté à la fig. 2.
Si on se reporte maintenant en détails à la fig.l, les solides carbonacés finement divisés à teneur en carbone relativement haute tels que du charbon, du coke, du résidu de cokéfaction ou de gazéfication ou des matières analogues, sont fournis par des moyens quelconques usuels (non représentés) à la conduite 1 et passent dans une chambre de dispersion 2 où ils sont mélangés à un gaz oxydant, tel que de l'air et /ou de l'oxygène, fourni par la conduite 3. La dimension des parti- cules de solides finement divisés peut varier de moins de 100 mailles à 1/4 ou à 1/2 pouce. La conduite 1 peut avoir la forme d'un tuyau vertical bien connu dans la technique des solides
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fluidifiés, un gaz d'entraînement tel que de la vapeur, de l'air, du gaz de combustion, etc., étant ajouté par les conduites 4, si on le désire.
Pour faire démarrer le procédé, le gaz oxydant fourni par la conduite 3 et /ou les solides carbonacés fournis par la conduite 1 peuvent être réchauffés à des températures convenables pour commencer la combustion du carbone. Le mélange de solides et de gaz oxydant passe si on le désire, sous la pression pseudo-hydrostatique du tuyau vertical 1 par la conduite 6 vers la partie conique inférieure 8 d'une zône de combustion sensiblement cylindrique, ou d'un dispositif de chauffage 10.
La partie cylindrique du dispositif de chauffage 10 est séparée de la partie conique inférieure 8 par une grille de distribu- tion 12 à travers laquelle le mélange de solides carbonacés et de gaz oxydant passe dans la partie cylindrique pour former au-dessus de la grille 12 une suspension dense turbulente 13 ressemblant à un liquide en ébulition, et ayant un niveau supérieur bien défini 14. Une partie ou la totalité des solides finement divisés à haute teneur en carbone peut être fournie au lit fluidifié 13, au-dessus de la grille 12 par la conduite 15 à l'aide d'un mécanisme quelconque convenhble ou des moyens pseudo-hydrodyna- miques connus dans le métier (non représentés).
Dans le lit fluidifié 13 une quantité suffisante de carbone peut être transfor. mée en CO2 et CO de manière à produire une température d'environ 1600 à 2000 F, ce qui peut être réalisé par la fourniture d'une quantité d'oxygène qui brûlera une quantité suffisante de carbone pour fournir la chaleur requise. La température à l'in- térieur du lit 13 peut être facilement maintenue à un niveau quelconque désiré entre 1000 et 2000 F par un réglage convenable de la fourniture d'oxygène et de la vitesse du gaz oxydant. Les produits de la combustion comprennent CO2 ET une proportion importante de CO formée par réduction de CO2 par la carbone non brûlé, proportion qui varie suivant les conditions maintenues
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dans le lit inférieur.
Un mélange de plus faibles concentrations de solides finement divisés et de gaz contenant du CO, du CO2 et de l'azote, si l'air est utilisé comme gaz oxydant entre dans l'espace libre 17 en venant du lit de solides fluidifié 13.
La t.neur en oxyde du mélange de gaz quittant le lit 13 dépend du caractère complet de la réaction dans le lit 13 mais elle est d de préférence maintenue à un niveau bas. Les solides fluidifiés fortement chauffés à teneur réduite en carbone sont entraînés du lit 13 par les tuyaux de trop-plein 19 et peuvent être utili- sés sensiblement au niveau de température du lit 13 comme transporteurs de chaleur dans une opération quelconque désirée qui consomme de la chaleur. Si on le désire, le mélange de gaz chauds de l'espace 17 peut être fourni par la conduite 20 avec une Quantité suffisante de gaz oxydant pour permettre une transformation sensiblement complète en CO2 de sa teneur en CO.
Ce gaz oxydant secondaire peut être réchauffé à une température quelconque désirée de préférence par utilisation de la chaleur perdue du dispositif de chauffage 10 d'une manière quelconque usuelle. Le mélange de gaz, enrichi en oxygène et en solides entraînés s'élève à travers une seconde grille 22 dans un lit fluidifié 24 de solides finement divisés à faible teneur en carbo- ne formant un niveau supérieur bien défini 25.La fluidification désirée du lit de solides 24 est réalisée par un réglage appro- prié de la vitesse superficielle du mélange de gaz s'élevant à travers la grille 22.
Les solides du lit 24 sont maintenus de préférence à des concentrations en carbone proches de zéro pour favoriser la cmmbustion efficace de CO en CO2 à des températures qui peu- vent varier entre environ 1600 et 2500 F. Ces solides peuvent consister essentiellement en résidus solides de combustion à faible teneur en carbone venant du'lit 13. Une matière solide inerte, telle que des cendres, du sable, de l'argile, etc. ayant
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des dimensions de particules convenables peut être fournie par la conduite 27 pour établir le lit à faible teneur en carbone oiu pour contrebalancer le carbone éventuellement entraîné du lit 13 ou pour régler la température du lit 24.
La dimension de particules des solides à faible teneur en carbone du lit 24 peut varier approximativement dans les mêmes limites que celles des solides à haute teneur en carbone fournis au lit. 13.
Cependant, dans de nombreux cas, une dimension de particules des solides à faible teneur en carbone relativement plus petite comparativement à celle des solides à haute teneur en carbone, offre des avantages considérables comme cela apparaîtra plus clairement dans la suite.
Les gaz de combustion consistant à présent essentiel- lement en CO2 et N2 , si l'air est utilsé comme gaz oxydant,e t contenant une petite proportion de fines particules solides carbonacées, s'élève vers le séparateur de gaz et de solides 29 qui peut être du type centrifuge et/ou électrique. Les solides séparés sont renvoyés du séprateur 29 par la conduite 30 au lit 24 et les gaz chauds de combustion sensiblement exempts de particules solides quittent le dispositif de chauffage 10 par la conduits 31 pour être évacués ou utilisés d'une manière quelconque usuelle, par exemple par utilisation de sa chaleur sensible, dans des buts de réchauffage, dans le présent procé- dé ou d'une autre manière.
Les solides fluidifiés chauds sensiblement exempts de carbone sont retirés par le tuyau de trop-plein 33. La to- talité ou une partie des solides entraînés par le tuya 33 peut être remise dans le cycle par les conduites 33a, 35 et 27 vers le lit 24 à l'aide d'un gaz entraînant tel que de la vapeur fourni par la conduite 34.
D'autre part une partie importante des solides du tuyau 33 peut être retirée du système par la conduite 37 pour être utilisée, si on le désire, sensiblement au niveau de température du lit 24 comme transporteur de chaleur
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pour une opération quelconque consommant de la chaleur. En particulier, dans ce dernier cas, il est préférable de mainte- nir la température du lit à faible teneur en carbone 24 à un niveau désiré par la rentrée dans le cycle d'une partie des solides au moyen des conduites 33a et 35 à travers un dispositif d'enlèvement de chaleur, tel qu'une chaudière à vapeur 36. De cettc manière, on peut empêcher que la température du lit 24 s'élève trop fortement et en même temps de la vapeur précieuse peu coû- teuse peut être produite.
La vistesse superficielle des gaz passant à travers les lits 13 et 24 est cornmandée de manière à établir la flui- dification désirée et elle dépend en grande partie de la dimen- sion de particules des solides à fluidifier. En général la vitesse de fonctionnement se trouve dans les limites d'environ 0,5 à 10 pieds par seconde.
Au dessin, le dispositif de chauffage 10 est représen- té comme ayant un diamète uniforme. Toutefois, on comprendra que les diamètres des différentes parties 13,17 et 24 du dis- positif de chauffage peuvent différer en vue de maintenir les vitesses des gaz aux valeurs convenables par rapport à la con- servation des niveaux 14 et 25, etc.
La disposition du dispositif de chauffage peut être de plus modifiée par l'emploi d'un cer- tain nombre de lits superposés à faible teneur en carbone, du type du lit 24, avec les solides carbonacés, de préférence refroidis, s'écoulant vers le lit supérieur et formant vers les lits inférieurs un contre-courant pour les mat ères venant du lit 13 à haute teneur en carbone? Il rentre également dans le cadre de la présente invention de prévoir des récipients séparés pour les différents lits de solides fluidifiés déscrites plus haut.
Om comprendra facilement d'après ce qui précède que le procédé suivant la présente invention entraîne une produc- tion de chaleur plus efficace par la combustion complète de tout
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le carbone réactionnel en CO2. De plus la chaleur produite peut être rendue disponible au moins à deux niveaux différents de température, et sous forme de chaleur sensible de solides à teneur en carbone relativement haute jusqu'à une teneur en carbone sensiblement égale à zéro, qui peuvent être utilisés séparément suivant leur teneur en carbone et la température ou en mélanges convenables pour fournir de la chaleur aux opérations consommant de la chaleur à des niveaux quelconques désirés de température et de concentration en carbone.
Ces avantages ainsi que d'autres sont particulièrement significatifsen corrélation avec les formes de réalisation de la présente invention représentées aux fig. 2 et 3.
L'invention est représentée aux "ig. 2 et 3 en cor- rélation avec la transformation de combustibles solides en com- bustibles fluides plus précieux par transformation endothermique, telle que la carbonisation et la gazéification. On comprendra toutefois que la présente invention s'applique à une réaction quelconque consommation de la chaleur qui peut être facilitée, pour ce qui concerne le bilan de chaleur, par la chaleur sensi- ble de solides carbonacés ou non-carbonées.
Si on se reporte maintenant en détail à la fig.2, le système représenté ici comprend essentiellement du carboni- seur 10, un dispositif de chauffage 25 et un générateur à gaz 45. Du combustible solide carbonisable, tel que du charbon de carbonisation ou an autre solide quelconque carbonisable, dans un état %±finement divisé ayant une dimension de particules qui peut varier depuis moins de 200 mailles jusqu'à 1/4 et 1/2 pouce, passe de la trémie d'alimentation par des dispositifs de transport convenables tels qu'un tuyau 2 qui peut être alimenté par la conduite 3 en gaz fluidifiant tel que de la vapeur, des gaz carneaux, etc., vers la chambre de dispersion 4 où il est mis en suspension dans une nouvelle quantité de gaz de fluidifi- cation fournie par la conduite 5.
Dans le but de faire démarrer
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le procédé, le gaz fluidifiant et/ou le charbon peuvent être ré- chauffés à une température de l'ordre de 800 à 1500 F par des dispositifs usuels non représentés. La suspension de charbon fluidifiée passe sous la pression du tu@@u vertical 2 par la conduite 6 dans la partie conique 8 d'un carboniseur essentielle- ment cylindrique 10;
la partie cylindrique du carboniseur 10 est séparée de la partie inférieure conique 8 par une grille de répartition à travers laquelle la suspension de charbon passe dans la zône de carbonisation 12 pour y former une masse de solides fluidifiée, dense, bouillonnante, qui a un niveau supérieur 13 bien défini.Dans la zône de carbonisation 12, le charbon est maintenu à des températures de carbonisation allant d'environ 800 à environ 2200 F de préférence d'environ 1000 à 14000F, par la chaleur fournie par le dispositif de chauffage 25, comme cela apparaîtra plus clairement plus loin.
Les produits volatils de carbonisation sont retirés par le haut à travers un séparateur usuel de gaz et de solides 15 qui sert à séparer les fines particules solides entraînées et à les renvoyer par le tuyau 17 vers la zône 12.Les produits volatils de carbonisation sensiblement exempts de ines particules solides quittent le séparateur 15 par la conduite 10 pour être emmagasinés ou soumis d'autres traitements en vue de la récupération de produits précieux comme des hydrocarbures gazeux, des combustibles de moteurs, des ruiles lourdes hydrocarburées, du goudron, de l'am- moniaque et d'autres produits de carbonisation.
Les résidus solides fluidifiés de cokéfaction tels que du coke sont retirés de la zône 12 par le tuyau 20 et passent dans la chambre de dispersion 22 dans laquelle ils sont mis en suspension dans un gaz oxydant tel que de l'air et/ou de l'oxy- gène qui est fourni par le conduit 23 et qui peut être réchauffé en particulier, au cours de la période de démarrage, jusqu'à une température allant de 1600 à 2500 F. La quantité de gaz oxydar. fournie est de préférence un peu plus petite que celle requise
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pour une combustion complète du carbone du coke en CO et CO2.
La suspension de coke formée dans la chambre 22 passe sous la pression du tuyau vertical 20 par la conduite 24 dans le dis- positif de chauffage 25 qui peut avoir la même construction que le dispositif de chauffage 10 de la fig. 1 ou l'une quelconque des modifications décrites à propos de la fig. 1. Comme on l'a représenté à la fig.2 le dispositif de chauffage 25 est pourvu de grilles de distribution inférieure et supérieure 26 et 28 respectivement, supportant un lit 30 de coke fluidifié et un lit 32 de solides fluidifiés à faible teneur en carbone, respectivement.
Le fonctionnement du dispositif de chauffage 25 est en substance telle qu'on l'a indiqué plus haut à propos du dispositif de chauffage 10 de la fig..1 Dans la zône 30 une partie des constituants carbonacés du coke est transformée en CO et CO2 par le gaz oxydant fourni par la conduite 23 de manière à établir dans la zône 30 une température d'@nviron 1200 à 2200 F, de préférence entre 1600 et 2000 F. Les gaz de combustion avec quelques résidus de combustion entraînés, de petites dimensions et à faible teneur en carbone, s'élèvent à travers l'espace libre 34 pour être enrichis, si on le désire, par un gaz oxydant arrivant au moyen de la conduite 35.
Le mélange qui contient à présent suffisamment d'oxygène pour transformer tout le CO en CO2 passe par la grille 28 dans le lit de solides fluidifiés à faible teneur en carbone 32, où la combustion complète en 00- de sensiblement tous les constituants combus- tibles a lieu, comme on l'a décrit plus haut, à des températures allant d'environ 1600 à environ 2500 F. Le lit de solides flui- difiés 32 consiste essentiellement en résidus de combustion à faible teneur en carbone transportés de la zône 30, et en résidus solides de gazéification remis dans le cycle à partir du générateur de gaz 45 comme cela apparaîtra plus loin. Des solides inertes supplémentaires peuvent être fournis d'une
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source extérieure par la conduite 36.
Le gaz de carneaux chaud est retiré à. la partie supérieure au moyen d'un séparateur de gaz et de solides 38 et de la conduite 39 tandis que les fines par- ticules solides séparées peuvent être envoyées par la conduite 37 au lit 32.
Le résidu solide fluidifié de combustion contenant environ de 2 à 30% et de préférence de 10 à 25% de carbone, est retiré de la zone 30 travers le tuyau 40. Une petite partie, habituellement pas supérieure à environ 25, des solides du tuyau 40 passe à la température de la zône 30 par la conduite 41 dans la zône de carbonisation 12 pour fournir au moins une partie de la chaleur requise pour la carbonisation. la plus grande partie des solides du tuayau 40 passe par la conduite 42 dans la zpone de gazéification 43 du générateur à gaz 45 qui a une construction semblable celle du carboniseur 10. Les solides de la zône de gazéification 43, supporté par la grille 44, forment une suspension censé ayant un niveau supérieur 46, fluidifiée par la vapeur fournie par la conduite 47 et les gaz produits par la réaction entre le carbone et la vapeur.
La quantité de vapeur fournie sera suffisante en vue de transformer une quantité suffisante de carbone présent dans la zône 43 pour produire la quantité désirée de CO et H2, à des températures comprises entre les limites approximatives de 1400 à 2400 F, de préférence entre environ 1600 et 1800 F, La plus grande partie de la chaleur requise pour entretenir la réaction de gazéification est fournie par la chaleur sensible des solides retirés de la zône 30 du dispositif de chauffage 45.Le gaz combustible consistant essentiellement en CO et H2, dans les proportions du gaz à l'eau, est entraîné du générateur 45 dans le séparateur 49 et la conduite 50, les solides séparés étant renvoyés par la conduite 48 à la zône 43.
Le gaz extrait ar la conduite 50 peut être utilisé comme combustible ou pour la synthèse d'hydrocarbures ou pour un autre but quelconque désiré.
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Le résidu solide fluidifié de gazéification est retiré par le tuyau montant 52 et passe dans la chambre de dispersion 54, si on le désire après une autre mise en suspension au moyen de la conduite 53.Les solides sont dispersés dans la chambre 54 dans un gaz fluidifiant tel que du gaz de carneaux, provenant du système, fourni par les conduites 55 et 56, et passe sous la pression du tuyau 52 par la conduite 70 vers la zône 30 du dispositif de chauffage 25: Si on le désire, le résidu solide de gazéification peut passer par un autre dispositif d'enlèvement de chaleur tel qu'une chaudière à vapeur 59 avant son entrée dans le dispositif de chauffage 25, pour régler la température à l'intérieur de celui-ci.
Une partie du résidu retiré par la conduite 70 peut passer par la conduite 58 vers la zône à faible teneur en carbone 32 du dispositif de chauffage 35, mais la quantité ainsi renvoyée peut ne pas être grande au point d'augmenter la teneur en carbone de cette zône jusqu'à un niveau élevé non désiré.
Les solides fluidifiés, essentiellement non-carbona- cés, sont retirés de la zône 32 du dispositif de chauffage par le tuyau vertical 60 et son à présent utilisables pour fournir de la chaleur supplémentaire, au niveau de température élevé de la zône 32, aux réactions de carbonisation et de gazéification.
Dans ce but, une petite partie.des solides du tuyau 60, habi- tuellement en quantité non-supérieure à 20%, est détournée par le tuyau 61 et fournie à la zône de carbonisation 12 du carbonisateur 10. Une autre partie des solides chauds, sensiblement non-carbo- nacés est fournie par la conduite 62 à la zône de gazéification 43 du générateur 45.
A cause de la haute température et du carac- tère inerte essentiel de ces solides et à cause de la fourniture de solides carbonacés chauds de la zône de chauffage 30, comme on l'a décrit plus haut, la quantité de solides non-carbonacés fournie aux zones de carbonisation et de gazéification peut être relativement petite et s'élever à une simple fraction soit 5%
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à 20% des solides carbonacés fournis par la zône de chauffage 30.La température des solides non-carbonacés dans le tuyau 60 peut être maintenue au niveau désiré par remise en circulation d'une partie de ceux-ci par les conduites 64,65, la chaudière à vapeur 66 et la conduite 36 avec retour vers la zone 32,
à l'aide d'un gaz d'entraînement fourni par la conduite 67 . Une accumulation excessive de solides dans le système peut être empêchée par un écoulpment convenaale de cendres par la conduite 57 du tuyau 52 ou à partir d'un autre point quelconque convena- ble du système.
La forme de réalisation de l'invention représentée 1; la fig.2 ne permet pas seulement une combustion complète du carbone du dispositif du chauffage, en CO2et donc une production de chaleur plus efficace et une fourniture de chaleur efficace pour les zones de réaction à la concentration en carbone la plus désirable qui puisse être maintenue à un niveau désirable quel- conque par un réglage convenable des courants séparés de solides fournis par les zones de chauffage 30 et 32 respectivement.
Le procédé est donc très souple, se soutenant de lui-même com- plètement paur ce qui concerne l'équilibre de chaleur et peut être réalisé comme procédé entièrement continu par une alimen- tation continue de réastifs et un enlèvement continu des produits solides et fluides de réaction.
Suivant une variante plus particulière de la forme de réalisation de la présente invention représentée à la fig. 2, on a pris soin que le combustible carbonacé soit chargé vers le système et finalement vers le lit à haute teneur en carbone du dispositif de chauffage sous forme de particules de dimensions relativement grandes, tandis qu'on maintient les solides non-carbonacés circulant à travers le système à des limites de dimensions beaucoup plus petites que celles des matières carbonacées? Les vitesses dans le lit à haute teneur en carbone du dispositif de chauffage sont maintenues à,
une valeur telle que la matière de petite dimension est transvasée de ce lit
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et transportée dans le lit à faible teneur en carbone dans lequel elle peut être maintenue en vertu de la vitesse superfi- cielle moindre du gaz ou de la substance analogue. Des moyens pour réaliser cet effet sont bien connus dans la technique de fluidification. Par exemple le lit supérieur 32 du dispositif de chauffage 25 peut avoir une plus grande section transversale que le lit inférieur 30. Dans de nombreux cas, la matière carbonae cée chargée de dimensions relativement grandes, est désagrégée pendant le fonctionnement jusqu'à une dimension de l'ordre des constituants à faible teneur en carbone.
Cela n'empêche pas normalement le fonctionnement du procédé,vu qu'au cours du procédé de désagrégation ,la teneur en carbone de la matière combustible est habituellement réduite et que les fines parti- cules produites de cette manière sont en grande partie des cendres qui à leur tour, conviennent comme constitants des soli- des fluidifiés à faible teneur en carbone. Dans cette opération la partie non carbonacée aura le plus souvent des dimensions de particules de 80 microns ou moins, de préférence de l'ordre de 20-40 microns. La matière carbonacée est chargée avantageuse- ment dans le système en ayant des dimensions de 1/4 à 1/2 pouce environ, quoiqu'il puisse être désirable spécialement pour faire démarrer l'installation, d'introduire un pourcentage important de matières dont les dimensions de particules vont jusqu'à 200- 400 microns.
De cette manière la fourniture de solides extérieurs non-carbonacés au système est pratiquement superflue.
La forme de réalisation de la présente invention représentée à la fig. 2 permet de nombreuses autres variantes.
Par exemple, la totalité ou une partie du coke du carboniseur 10 peut être fournie directement au générateur 45 par les conduites 20,24,68 et 69. Dans ce cas, la teneur en carbone du résidu de gazéification sera relativement élevée et elle peut être mise en circulation par les conduites 52 et 70 vers le lit inférieur 30 du dispositif de chauffage 25. Le gaz fluidifiant
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fourni par les conduites 55 et 56 peut être partiellement ou complètement remplacé par un gaz oxydant dans ce but. On comprendra également que le dispositif de chauffage 25 peut fonctionner à la fois avec le carboniseur 10 seul ou le générateur à gaz 45 seul, par une simple manipulation des vannes dans les conduites 41,42, 61 et 62, et dans le cas de production de gaz seule, en dirigeant l'alimentation de combustible solide par la conduite 69 vers le générateur 45.
Un gaz oxydant peut également être fourni au carboniseur 10 et/ou au Sénérateur 45 pour fournir la chaleur supplémentaire par combustion partielle dans ceux-ci. D'autres modifications entrant dans le cadre de la présente invention apparaîtront aux personnes du métier.
A la fig. 3, la forme de réalisation de l'invention décrite avec référence à la fig. 2, est représentée par une variante comprenant une modification des directions de circula- tion des solides fluidifiés entre le carboniseur, le dispositif de chauffage et le générateur à gaz. Les chiffres de référence de la fig. 2 sont utilisés pour désigner des pièces semblables du système représenté à la fig. 3. Si on se reporte à présent à la fig.3, la masse de solides provenant de la trémie 1 est fluidifiée dans la conduite 2 par le gaz fourni par la conduite 3 et envoyée vers le bas vers la zône de carbonisation 12, fluidi- fiée par le gaz fourni par la conduite 6. Le coke est retiré par le tuyau 20 en suspension dans le gaz oxydant de la chambre 22 et s'élève par la conduite 24 vers le lit 30 du dispositif de chauffage 25.
Les solides à haute teneur en carbone sont retirés vers le bas du lit 30 par le tuyau 40 et les solides à faible teneur en carbone du lit 32, vers le bas, par le tuyau 60 pour être utilisés comme on l'a expliqué à propos de la fig.2. Toutefois l'alimentation en solides du générateur 45 a liet à présent dans le courant montant par le tuyau 42a après l'ad- dition de vapeur par la conduite 47 sous la pression des tuyaux verticaux 40/ et/ou 60. Le retour des solides du générateur 45
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aux lits 32 et/ou 30 du dispositif de chauffage est réalisé par un courant descendant par les tuyaux 52,70 et 58. A tous les autres points de vue, le fonctionnement du système est semblable à celui décrit avec référence à la fig. 2.
La disposition de la fig. 3 apporte des, avantages particuliers, par exemple en ce que de la vapeur est employée au transport de solides vers la chambre la plus élevée à la place de l'air, comme à la fig. 2, ce qui réduit la charge de compression pour le fonctionnement .
Le procédé suivant la présente invention apporte l'avantage supplémentaire que la vitesse de circulation et la dimension de particule des solides non carbonacés peuvent être réglées de manière à réduire dans une mesure importante l'extrac- tion par soufflage de matières carbonacées précieuses des zones de carbonisation et de gazéification par augmentation des composants inertes des fines particules solides entraînées.
Le procédé peut être réalisé à des pressions légèrement réduites, atmosphériques ou légèrement élevées, de préférence de l'ordre de 25 à 75 livres par pouce carré. Les vitesses de circulation des solides carbonacés et non-carbonacés vers la carboniseur et le génécateur à gaz peuvent varier dans de larges limites, suivant les gradients de température et les concentrations en carbone impliquées. En général de bons résultats peuvent être obtenus par circulation de 25-200 livres vers le générateur et 1-10 livres vers le carboniseur par livre de charbon chargé.
L'invention sera en outre illustrée par l'exemple spécial suivant : Exemple :
Si on utilise un appareil disposé comme à la fig.
2, chaque tonne de charbon broyé, chargée au système par la trémie 1 et cokéfiée dans le carboniseur 10 à environ 1200 F reçoit de la chaleur provenant d'environ une tonne de solides fluidifiés chauds par la conduite 41 et une tonne par la
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conduite 61. Environ 0,75 tonne de coke frais avec les deux tonnes de solides en circulation sont retirées par la conduite 20 avec 2000 pieds cubes d'air par lesquels, conjointement avec 60. 000 pieds cubes environ d'air introduits par les con- duites 55,56 et 70, l'enlèvement d'environ 90 tonnes de solides par la conduite 42 et le transport de fines particules de cendres à faible teneur en carbone à travers la zône 34 vers la zoône 32, une température d'environ 19000F est maintenue dans la zône 30.
Les solides fluidifiés à teneur relativement élevée en carbone fournis au générateur 45 par la conduite 42 sont addi- tionnés d'environ 10 tonnes de solides à faible teneur en car- bone par la conduite 62 et 1500-2000 livres de vapeur sont introduites par la conduite 47 pour produire en tout un gaz à l'eau contenant environ 1800 F, gaz qui est enlevé par la conduite 50 pour une utilisation ailleurs.
Les solides suffisants pour maintenir le niveau 46 sont retirés par la conduite 52, solides dont environ 95 tonnes sont renvoyées avec 57. 000 pieds cubesd'air à la zone 30 par la conduite 70, c'est-à-dire 4 une vitesse propre à maintenir le niveau supérieur de la zône 30 et environ 5 tonnes avec 3000 pieds cubes d'air par la conduite 58 vers la zône 32 pour maintenir le niveau supérieur de celle-ci 2000 à 5000 pieds cubes d'air sont introduits par la conduite 35 en supplément, par lesquels la température de la zône 32 est maintenue à environ 2000 F. Environ 10 tonnes de solides fluidifiés sont enlevés par la conduite 64, refroidis dans la chaudière à chaleur perdue 66 et renvoyés par la conduite 36.
Si la teneur en CO des gaz carneaux provenant de la conduite 39 devient excessive, la circulation et l'enlèvement de chaleur à travers la chaudière à chaleur perdue 66 sont augmentés, le le retour des solides du générateur par la conduite 52 est diminué et par la conduite 70 il est augmenté avec des changements cor- respondants dans les proportions d'enlèvement par 40' et 60, et si c'est nécessaire, des solides inertes sont fournis par 36.
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Les cendres non éliminées d'une autre manière hors du système sont déchargées en un point convenable.
Tandis que la description précédente et les opé- rations données à titre d'exemple ont servi à illustrer les applications spéciales et les résultats de l'invention, d'autres variantes évidentes pour les personnes du métier se trouvent dans le cadre de la présente invention. Seules les limitations sont imposées à la présente invention qui sont indiquées aux revendications annexes.
R e v e n d i c a t i o n s
1. Le procédé de production de chaleur par la com- bustion de matières solides carbonacées avec des gaz oxydants, qui comprend les caractéristiques consistant à soumettre les matières solides carbonacées à la combustion dans un lit à concentration en carbone relativement élevée pour produire des gaz de combustion comprenant une-proportion importante de CO, et à faire passer les gaz de combustion à travers au moins un lit de solides à concentration en carbone relativement faible dans des conditions de combustion conduisant à une conversion sensiblement complète de l'oxyde de carbone en anhydride carbonique.
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"Improved method for the treatment of fuels".
The present invention relates to an improved process for the efficient use of carbonaceous solid fuels, such as coal, coke, peat, tar sands, oil shale and the like, and more particularly relates to a. a process for the efficient generation of heat from such carbonaceous solids.
In the production of heat by the combustion of solid fuels in air, the main products of combustion are carbon monoxide, carbon dioxide and water.
It is well known that a more efficient use of both carbon, fuel and oxygen from the air is achieved in a solid fuel burning fireplace by conducting the combustion in such a way as to produce heat. carbon dioxide preferably to carbon monoxide. Training
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Carbon dioxide instead of carbon dioxide in the combustion reaction consumes more carbon and demands more oxygen per unit of heat produced, as shown by the following equations: a + 02 = CO2 + 94,400 cal.
C + 1/2 02 = CO + 26,700 cal.
In various processes including the production of heat by the combustion of solid carbonaceous materials, such as the manufacture of combustible gases, for example water gas, in the alternating periods of production and blowing, blast air coking operations and analogous operations, the formation of carbon monoxide in the combustion phases cannot be avoided because heated carbon, which by the nature of these processes must be in excess, has a strong tendency to reduce the heat. carbon dioxide to carbon monoxide by a reaction which consumes part of the heat produced by the initial formation of carbon dioxide.
These conditions exist irrespective of whether the combustion processes mentioned are carried out by blowing air or other oxidizing gas over a fixed bed of coarse fragments of solid fuels or whether the technique of fluidized solids is. applied, that is, if the solid fuel is burned in the form of fine particles held by an entraining gas in the form of a dense, turbulent suspension having flow and transfer characteristics heat similar to that of a liquid.
The loss in heat efficiency caused by the formation of large proportions of carbon monoxide in the production of heat from the combustion of solid fuels is of particular importance in processes such as those involving the use of solid combustion residues, hot,
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for providing the heat required by various endothermic chemical reactions such as the production of gases containing carbon monoxide and hydrogen, for example water gas or synthesis gas for synthetic production of hydrocarbons, the coking and cracking of solid and liquid carbonaceous materials and the like.
These methods provide for example a continuous circulation of solid carbonaceous residues from coking or gasification in a fluidized state from the conversion zones to a heating device in which heat is produced by combustion of the carbonaceous constituents of the residue. and re-circulating the heavily heated, fluidized solid combustion residue to the conversion zones to provide the required heat therein. This technique ordinarily involves circulating from the heater to the conversion zones amounts of non-conversion material considerably in excess of the amount of carbon used in the conversions, to provide the large amounts of heat. required in conversions.
While for this purpose the non-conversion material may be unreacted conversion material, such as coke or charcoal, circulation of the required large excess of coke or charcoal to the device. Heating establishes, in the latter, conditions more favorable to the formation of carbon monoxide and leads to the loss of heat efficiency.
In these cases, the ratio of fluidized solids to combustion air flow rate is determined by heat transfer considerations; The contact time of carbon with air is controlled primarily by maintaining the carbon concentration in the circulating solids stream at the proper value. In the carbo-
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In coalization and water gas fabrication, the losses of fluidized bed solids are often greater than the amount of ash fed to the system in the fresh coal. This tends to increase the carbon concentration in the fluidized beds.
If, for example, the loss, such as suspended matter in the landfill gas or the like, is twice the amount of ash charged to the system, the average concentration of the solid particles in the ash of the circulating solids stream may rise up to 'to about 50% of the total. Such a concentration leads to the formation of CO in the combustion gas, as indicated above. One method of avoiding this increase in carbon concentration is to reduce the losses to an amount equal to that of the ash to be discarded. This is often difficult and expensive, and the loss adjustment is not as accurate and sensitive as one would like.
In addition, when the combustion of carbon in the combustion zone is carried out completely in carbon dioxide by maintaining a low carbon concentration in the combustion zone, the carbon concentration of the solids entering the gas production zone may for example to go down to 0.8% and that of the solids leaving the gas generator down to 0.2% of which would give exactly enough carbon to provide the heat required by combustion in the combustion zone.
Under these conditions, fuel gas is produced in the gasification zone from the carbon heat vehicle mixture, at a carbon concentration of down to about 0.2%. At this low level, a considerable excess volume of fuel gas generating space must be provided to accomplish the desired reactions.
It has also been proposed to reduce the formation of carbon monoxide by the use of fuel beds.
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thin, which decreases the possibility of the carbon dioxide secondary reacting with the additional carbonaceous material. However, this technique, although valuable, is not entirely satisfactory since it comprises either an incomplete conversion of the oxygen supplied or an incomplete reduction of the side reaction, depending on the conditions employed; the use of thin beds also introduces a number of operational difficulties, such as uneven air flow, lack of homogeneity in the distribution of fuel in the bed, etc.
In addition, in the transformation of coal or coke into gas or in the use of coal or coke as a heating material, in a fluidized solids operation, the amounts of gas or process steam and flues are often so high. large that considerable useful material in processing is lost if a relatively expensive recovery facility is not installed. So 5% ash coal can produce enough process gas and flue gas to take up to 50% of the solids introduced instead of the 5% that would be desirable for ash content removal.
The present invention overcomes the above-mentioned difficulties and provides various additional advantages. These advantages, the nature of the invention and the manner in which it is carried out will be fully understood by reading the following description with reference to the drawing which represents a semi-schematic view of the apparatus particularly suitable for the realization of the invention.
The main object of the present invention is to provide a process for the efficient production of heat from solid carbonaceous materials.
Another object of the invention is to provide a process for carrying out the combustion of carbonaceous solids.
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processed in such a way that it produces CO2 in preference to CO as the gaseous product of combustion.
Another object of the invention is to promote the combustion of carbonaceous solids to CO2, preferably to CO, in a combustion zone operating according to the fluidized solids technique.
Another object of the present invention is to promote the combustion of carbonaceous solids to CO2 preferably to CO in a combustion zone operating according to the technique of fluidized solids and from which the strongly heated solid residues are used to maintain operations consuming heat, for example the reaction in a zone or zones for converting solids to fluidized fuels, the combustion zone receiving a supply of solids from at least one of these operations.
Other objects and advantages of the invention will appear below.
It has been found that these objects can be fully achieved in general by subjecting the solid fuels to combustion with an oxidizing gas, in a bed of relatively high carbon concentration, and by passing hot gases through. combustion containing carbon dioxide and carbon monoxide with an oxidizing gas on a second bed of solids having a sufficiently low carbon concentration to promote complete combustion of carbon monoxide to carbon dioxide by surface action, while avoiding reduction of carbon dioxide to carbon monoxide by excess carbon.
Solids suitable for use in the low carbon solids bed include inert, possibly expensive, materials such as sand,
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clay, ordinary hearth ash or such ashes from the solid fuel used in the combustion zone or the like. Catalytic materials capable of increasing oxidation reaction rates, such as iron oxide, iron ore, rusty iron scrap, high iron clays, red sludge, catalysts spent cracking agents and many other substances having a similar catalytic action can be used in the same way, alone or in admixture with the inert materials mentioned above.
The carbon concentration in the high carbon concentration bed may be up to 80% or more, while that of the low carbon concentration bed will not be higher than 5% and preferably will be below. 0.5% of the solids present.
The temperature in the high carbon solid fuel bed can be controlled so as to fall within the broad limits including the operating limits of solid fuel combustion, namely about 1000 to about 2500 F or more, depending on the heat requirements of the endothermic reaction or other heat consuming operation for which the heat produced in the combustion zone is to be used. Usually these temperatures are from about 1600 F to about 2000 F.
The combustion gases can enter the second bed of low carbon solids at or around the temperature reached in the first combustion zone and thereby establish the temperature level required to initiate the combustion of carbon monoxide. in carbon dioxide in the second combustion zone. Additional oxidizing gas can be added to the low carbon solids beds to effect the desired complete combustion of carbon monoxide to carbon dioxide.
However,
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under certain conditions, such as short contact time, the amount of unreacted oxygen remaining in the combustion gases leaving the combustion area at high carbon concentration may be sufficient to substantially convert it out. oxidized carbon to carbon dioxide, so that the supply of additional oxidizing gas can be suppressed if desired. The temperature in the low carbon concentration bed tends to rise higher than that maintained in the previous zone, which is due to the heat produced by the additional combustion of carbon monoxide to carbon dioxide.
If desired, sufficient heat can be removed from the low carbon combustion zone to establish a constant temperature level which for most applications can be within the approximate limits of 1600. at 2500 F.
It will be appreciated that more than one bed containing low carbon solids can be provided to achieve subsequent combustion of any combustible waste, if desired. The different beds of relatively high and low carbon concentration can be arranged in a single vessel or, if desired, in different vessels, the appropriate number of vessels and beds disposed therein depending primarily on the size of the vessel. construction and price considerations In general if the carbon concentration of low carbon solids is kept low enough, high carbon solids can contain any desired proportion of carbon without preventing complete final combustion of usable carbon in carbon dioxide.
The present invention brings great advantages in particular when it is applied to a combustion zone or to a heating device operating according to the fluidized solids technique, in which the solid fuel is burned in a bed of fine particles of
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fuel maintained by an entraining gas in the form of a dense, turbulent suspension having the characteristics of a boiling liquid.
According to a preferred variant of the embodiment of the invention, the solid fuel is burned in a fluidized bed containing the fuel to form combustion gases comprising carbon dioxide and carbon monoxide and the combustion gases. pass over at least one other fluidized bed of solids at low carbon concentration to substantially effect complete combustion of the carbon monoxide to carbon dioxide. In this case, all or part of the solids at low carbon concentration, instead of being supplied to the system from a foreign source, can be supplied as the solid combustion residue carried by the gases. combustion of the previous combustion zone in the fludified state.
This can be achieved by proper adjustment of the gas velocities in the different zones, for example by a suitable increase in the gas velocity in the combustion zone from the stream the low carbon solids are to be supplied.
If desired, the action of carbon which can be driven in this manner from the high carbon bed to the low carbon bed can be counterbalanced by continual or periodic addition of inert solids. tes, such as sand or ash, in amounts suitable for the low carbon bed. This added inert material can also serve to prevent excessively high temperatures from developing in the low carbon bed or beds.
This latter action can also be achieved by circulating the solids from the low carbon bed, continuously or periodically, to a heat removal device, such as a boiler for production.
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steam / from there to the low carbon bed.
This method of heat control has particular significance when the heat produced in the combustion zones is to be utilized in the form of sensible heat of the fluidized solids to support endothermic reactions, eg. eg the carbonization and / or gasification of solid carbona. cées, according to one of the important objects of the present invention.
After having explained the general nature and the aims of the invention, it will be better understood by the more detailed description which follows, made with reference to the appended drawings in which:
Fig. 1 is a partly diagrammatic and partly diagrammatic representation of a heating device suitable for carrying out a preferred variant of the present invention.
Fig. 2 is a partly schematic and partly diagrammatic representation of a system of reaction zones to which heat is supplied according to the present invention, and
Fig. 3 is a partly schematic and partly diagrammatic representation of a variant of the system shown in FIG. 2.
Referring now in detail to Fig. 1, finely divided carbonaceous solids of relatively high carbon content, such as coal, coke, residue from coking or gasification or the like, are provided by any means. (not shown) to pipe 1 and pass into a dispersion chamber 2 where they are mixed with an oxidizing gas, such as air and / or oxygen, supplied by pipe 3. The size of the parts - Finely divided solids cules can vary from less than 100 mesh to 1/4 or 1/2 inch. Line 1 may be in the form of a vertical pipe well known in the solids art.
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fluidized, an entraining gas such as steam, air, flue gas, etc., being added through lines 4, if desired.
To start the process, the oxidizing gas supplied by line 3 and / or the carbonaceous solids supplied by line 1 can be reheated to suitable temperatures to start the combustion of the carbon. The mixture of solids and oxidizing gas passes, if desired, under the pseudo-hydrostatic pressure of the vertical pipe 1 through line 6 to the lower conical part 8 of a substantially cylindrical combustion zone, or of a heating device. 10.
The cylindrical part of the heater 10 is separated from the lower conical part 8 by a distribution grid 12 through which the mixture of carbonaceous solids and oxidizing gas passes into the cylindrical part to form above the grid 12 a turbulent dense slurry 13 resembling a boiling liquid, and having a well-defined upper level 14. Some or all of the finely divided high carbon solids may be supplied to the fluidized bed 13, above the grid 12 by conduit 15 using any suitable mechanism or pseudo-hydrodynamic means known in the art (not shown).
In the fluidized bed 13 a sufficient quantity of carbon can be converted. CO2 and CO so as to produce a temperature of about 1600 to 2000 F, which can be achieved by providing an amount of oxygen which will burn a sufficient amount of carbon to provide the required heat. The temperature inside bed 13 can be easily maintained at any desired level between 1000 and 2000 F by proper control of the oxygen supply and the rate of the oxidizing gas. The products of combustion include CO2 AND a significant proportion of CO formed by reduction of CO2 by unburned carbon, a proportion which varies according to the conditions maintained
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in the lower bed.
A mixture of lower concentrations of finely divided solids and gases containing CO, CO2 and nitrogen, if air is used as the oxidizing gas enters the headspace 17 from the fluidized bed of solids 13.
The oxide content of the gas mixture leaving bed 13 depends on the completeness of the reaction in bed 13 but is preferably kept low. The highly heated, reduced carbon fluidized solids are entrained from bed 13 through overflow pipes 19 and can be used at substantially the temperature level of bed 13 as heat carriers in any desired operation which consumes heat. heat. If desired, the hot gas mixture of space 17 can be supplied through line 20 with a sufficient amount of oxidizing gas to allow substantially complete conversion of its CO content to CO2.
This secondary oxidant gas can be reheated to any desired temperature, preferably by using waste heat from heater 10 in any customary manner. The gas mixture, enriched with oxygen and entrained solids rises through a second grid 22 into a fluidized bed 24 of finely divided, low carbon solids forming a well-defined upper level 25. The desired fluidization of the bed. of solids 24 is achieved by proper control of the surface velocity of the gas mixture rising through the grid 22.
The solids of bed 24 are preferably maintained at near zero carbon concentrations to promote the efficient combustion of CO to CO 2 at temperatures which can vary between about 1600 and 2500 F. These solids may consist essentially of solid residues of. low carbon combustion from bed 13. An inert solid material, such as ash, sand, clay, etc. having
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Suitable particle sizes can be provided through line 27 to establish the low carbon bed or to counterbalance any carbon entrained from bed 13 or to control the temperature of bed 24.
The particle size of the low carbon solids of bed 24 can vary approximately within the same limits as those of the high carbon solids supplied to the bed. 13.
However, in many cases a relatively smaller particle size of the low carbon solids compared to the high carbon solids offers considerable advantages as will become clearer hereinafter.
The combustion gases now consisting mainly of CO2 and N2, if air is used as the oxidizing gas, and containing a small proportion of fine carbonaceous solid particles, rise to the gas and solids separator 29 which can be of the centrifugal and / or electric type. The separated solids are returned from the separator 29 through line 30 to bed 24 and the hot combustion gases substantially free of solid particles leave the heater 10 through line 31 to be discharged or used in any customary manner, for example. by use of its sensible heat, for reheating purposes, in the present process or otherwise.
Hot fluidized solids substantially free of carbon are removed through overflow pipe 33. All or part of the solids entrained by pipe 33 can be returned to the cycle through lines 33a, 35 and 27 to the bed. 24 using an entraining gas such as steam supplied by line 34.
On the other hand a significant portion of the solids from pipe 33 can be removed from the system through line 37 to be used, if desired, at substantially the temperature level of bed 24 as a heat carrier.
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for any heat-consuming operation. In particular, in the latter case, it is preferable to maintain the temperature of the low carbon bed 24 at a desired level by re-cycling some of the solids by means of lines 33a and 35 through. a heat removing device, such as a steam boiler 36. In this way, the temperature of the bed 24 can be prevented from rising too high and at the same time inexpensive valuable steam can be produced .
The surface velocity of the gases passing through beds 13 and 24 is controlled so as to achieve the desired fluidification and depends largely on the particle size of the solids to be fluidized. Typically the operating speed is within the limits of about 0.5 to 10 feet per second.
In the drawing, the heater 10 is shown as having a uniform diameter. However, it will be understood that the diameters of the different parts 13, 17 and 24 of the heater may differ in order to maintain the gas velocities at the proper values with respect to the retention of levels 14 and 25, etc.
The arrangement of the heater can be further modified by the use of a number of low carbon bunk beds, of the type of bed 24, with the carbonaceous solids, preferably cooled, flowing to it. the upper bed and forming towards the lower beds a counter-current for the materials coming from the bed 13 with high carbon content? It also comes within the scope of the present invention to provide separate containers for the different beds of fluidized solids described above.
Om will readily understand from the foregoing that the process according to the present invention results in more efficient heat production by the complete combustion of everything.
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the reaction carbon to CO2. In addition the heat produced can be made available at least at two different temperature levels, and as sensible heat of relatively high carbon solids up to substantially zero carbon content, which can be used separately depending on their carbon content and temperature or suitable mixtures to provide heat to heat consuming operations at any desired levels of temperature and carbon concentration.
These and other advantages are particularly significant in conjunction with the embodiments of the present invention shown in Figs. 2 and 3.
The invention is shown in Figs. 2 and 3 in relation to the transformation of solid fuels into more valuable fluid fuels by endothermic transformation, such as carbonization and gasification. It will be understood, however, that the present invention is understood to be true. applies to any reaction the consumption of heat which can be facilitated, as far as the heat balance is concerned, by the sensible heat of carbonaceous or non-carbonaceous solids.
Referring now in detail to Fig. 2, the system shown here essentially comprises carbonizer 10, heater 25, and gas generator 45. Carbonizable solid fuel, such as char or charcoal. any other carbonizable solid, in a% ± finely divided state having a particle size which can vary from less than 200 mesh to 1/4 and 1/2 inch, passes from the feed hopper through suitable conveying devices such as a pipe 2 which can be supplied by the pipe 3 with fluidifying gas such as steam, flue gases, etc., to the dispersion chamber 4 where it is suspended in a new quantity of fluidifying gas - cation supplied by pipe 5.
In order to start
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the process, the fluidifying gas and / or the carbon can be reheated to a temperature of the order of 800 to 1500 F by standard devices not shown. The fluidized carbon slurry passes under the pressure of the vertical tube 2 through line 6 into the conical portion 8 of a substantially cylindrical carbonizer 10;
the cylindrical part of the carbonizer 10 is separated from the lower conical part 8 by a distribution grid through which the carbon slurry passes into the carbonization zone 12 to form therein a fluidized, dense, bubbling mass of solids which has a level well defined upper 13. In the carbonization zone 12, the coal is maintained at carbonization temperatures ranging from about 800 to about 2200 F, preferably about 1000 to 14000F, by the heat supplied by the heater 25, as will appear more clearly below.
Volatile carbonization products are removed from above through a conventional gas and solids separator 15 which serves to separate entrained fine solid particles and return them through pipe 17 to zone 12. Substantially free volatile carbonization products solid particles leave separator 15 through line 10 to be stored or subjected to other treatments for the recovery of valuable products such as gaseous hydrocarbons, engine fuels, heavy hydrocarbon oils, tar, gas. ammonia and other carbonization products.
The fluidized solid coking residues such as coke are removed from zone 12 through pipe 20 and pass into dispersion chamber 22 where they are suspended in an oxidizing gas such as air and / or gas. 'oxygen which is supplied by line 23 and which can be reheated in particular, during the start-up period, to a temperature ranging from 1600 to 2500 F. The quantity of gas oxidized. supplied is preferably a little smaller than required
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for a complete combustion of the carbon of the coke into CO and CO2.
The coke slurry formed in chamber 22 passes under the pressure of vertical pipe 20 through line 24 into heater 25 which may have the same construction as heater 10 of FIG. 1 or any of the modifications described in connection with FIG. 1. As shown in Fig. 2 the heater 25 is provided with lower and upper distribution grids 26 and 28 respectively, supporting a bed 30 of fluidized coke and a bed 32 of fluidized solids with low content. carbon, respectively.
The operation of the heating device 25 is in substance as indicated above with regard to the heating device 10 of fig. 1 In zone 30 a part of the carbonaceous constituents of the coke is transformed into CO and CO2. by the oxidizing gas supplied by line 23 so as to establish in zone 30 a temperature of about 1200 to 2200 F, preferably between 1600 and 2000 F. The combustion gases with some entrained combustion residues, of small dimensions and low carbon, rise through headspace 34 to be enriched, if desired, by an oxidizing gas supplied through line 35.
The mixture which now contains enough oxygen to convert all the CO to CO2 passes through grate 28 into the low-carbon fluidized solids bed 32, where the complete combustion in 00- of substantially all of the fuel components. takes place, as described above, at temperatures ranging from about 1600 to about 2500 F. Fluidified solids bed 32 consists primarily of low carbon combustion residues carried from zone 30, and in solid gasification residues put back into the cycle from the gas generator 45 as will appear below. Additional inert solids can be supplied from a
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external source via pipe 36.
Hot flue gas is withdrawn to. the upper part by means of a gas and solids separator 38 and line 39 while the separated fine solid particles can be sent through line 37 to bed 32.
The liquefied combustion solid residue containing about 2 to 30% and preferably 10 to 25% carbon is removed from zone 30 through pipe 40. A small portion, usually no more than about 25, of the pipe solids 40 passes to the temperature of zone 30 through line 41 in carbonization zone 12 to provide at least part of the heat required for carbonization. the greater part of the solids of the pipe 40 passes through the pipe 42 in the gasification zone 43 of the gas generator 45 which has a construction similar to that of the carbonizer 10. The solids of the gasification zone 43, supported by the grid 44, form a suspension said to have an upper level 46, fluidized by the steam supplied by the line 47 and the gases produced by the reaction between the carbon and the steam.
The amount of steam supplied will be sufficient to transform a sufficient amount of carbon present in zone 43 to produce the desired amount of CO and H2, at temperatures between the approximate limits of 1400 to 2400 F, preferably between about 1600 and 1800 F. Most of the heat required to maintain the gasification reaction is supplied by the sensible heat of the solids withdrawn from zone 30 of the heater 45. The fuel gas consisting essentially of CO and H2, in the proportions from gas to water, is entrained from generator 45 in separator 49 and pipe 50, the separated solids being returned through pipe 48 to zone 43.
The gas extracted through line 50 can be used as a fuel or for the synthesis of hydrocarbons or for any other desired purpose.
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The fluidized solid gasification residue is withdrawn through the riser pipe 52 and passes into the dispersion chamber 54, if desired after further suspension through the line 53. The solids are dispersed in the chamber 54 in a gas. fluidizer such as flue gas, coming from the system, supplied by the pipes 55 and 56, and passes under the pressure of the pipe 52 by the pipe 70 to the zone 30 of the heater 25: If desired, the solid residue gasification may pass through another heat removal device such as a steam boiler 59 before it enters the heater 25, to regulate the temperature therein.
Some of the residue removed through line 70 may pass through line 58 to the low carbon area 32 of heater 35, but the amount so returned may not be so large that the carbon content of the heater increases. this zone to an unwanted high level.
The fluidized solids, essentially non-carbonaceous, are removed from zone 32 of the heater through vertical pipe 60 and are now usable to provide additional heat, at the high temperature level of zone 32, to the reactions. carbonization and gasification.
For this purpose, a small portion of the solids from pipe 60, usually not more than 20%, is diverted through pipe 61 and supplied to char area 12 of carbonizer 10. Another part of hot solids , substantially non-carbonaceous is supplied by line 62 to the gasification zone 43 of generator 45.
Because of the high temperature and essential inertness of these solids and because of the supply of hot carbonaceous solids from the heating zone 30, as described above, the amount of non-carbonaceous solids supplied. to carbonization and gasification zones can be relatively small and amount to a simple fraction i.e. 5%
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at 20% of the carbonaceous solids supplied by the heating zone 30.The temperature of the non-carbonaceous solids in the pipe 60 can be maintained at the desired level by recirculating a part of these through the pipes 64,65, the steam boiler 66 and line 36 with return to zone 32,
with the aid of a drive gas supplied by line 67. Excessive buildup of solids in the system can be prevented by convene ash flow through line 57 of pipe 52 or from any other convenient point in the system.
The embodiment of the invention shown 1; Fig. 2 not only allows complete combustion of the carbon from the heater, into CO2 and therefore more efficient heat production and efficient heat delivery to the reaction zones at the most desirable carbon concentration that can be maintained to any desirable level by proper control of the separate streams of solids supplied by heating zones 30 and 32 respectively.
The process is therefore very flexible, fully self-supporting with regard to heat equilibrium and can be carried out as a fully continuous process by a continuous supply of reagents and continuous removal of solid and fluid products. reaction.
According to a more particular variant of the embodiment of the present invention shown in FIG. 2, care was taken that the carbonaceous fuel was charged to the system and ultimately to the high carbon bed of the heater as relatively large particle sizes, while maintaining the non-carbonaceous solids circulating at. through the system to limits of dimensions much smaller than those of carbonaceous materials? The speeds in the high carbon bed of the heater are maintained at,
a value such that the small dimension material is transferred from this bed
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and transported to the low carbon bed in which it can be maintained by virtue of the lower surface velocity of the gas or the like. Means for achieving this effect are well known in the art of fluidization. For example the upper bed 32 of the heater 25 may have a larger cross section than the lower bed 30. In many cases, the carbonaceous material loaded with relatively large dimensions, is broken up during operation to a size of. the order of low carbon constituents.
This does not normally prevent the operation of the process, since during the disintegration process the carbon content of the combustible material is usually reduced and the fine particles produced in this way are largely ash which. in turn, low carbon fluidised solids are suitable as constituents. In this operation, the non-carbonaceous part will most often have particle sizes of 80 microns or less, preferably of the order of 20-40 microns. The carbonaceous material is advantageously charged into the system having dimensions of about 1/4 to 1/2 inch, although it may be desirable especially for starting up the plant, to introduce a large percentage of material whose particle sizes range up to 200-400 microns.
In this way the supply of non-carbonaceous external solids to the system is virtually unnecessary.
The embodiment of the present invention shown in FIG. 2 allows many other variations.
For example, all or part of the coke from the carbonizer 10 can be supplied directly to the generator 45 through lines 20, 24, 68 and 69. In this case, the carbon content of the gasification residue will be relatively high and it can be. circulation via pipes 52 and 70 to the lower bed 30 of the heating device 25. The fluidizing gas
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supplied by lines 55 and 56 can be partially or completely replaced by an oxidizing gas for this purpose. It will also be understood that the heater 25 can operate both with the carbonizer 10 alone or the gas generator 45 alone, by a simple manipulation of the valves in the pipes 41, 42, 61 and 62, and in the case of production. gas only, directing the supply of solid fuel through line 69 to generator 45.
Oxidizing gas can also be supplied to carbonizer 10 and / or Senator 45 to provide additional heat by partial combustion therein. Other modifications coming within the scope of the present invention will appear to those skilled in the art.
In fig. 3, the embodiment of the invention described with reference to FIG. 2, is represented by a variant comprising a modification of the directions of circulation of the fluidized solids between the carbonizer, the heating device and the gas generator. The reference figures in fig. 2 are used to denote similar parts of the system shown in FIG. 3. If we now refer to fig.3, the mass of solids coming from the hopper 1 is fluidized in the pipe 2 by the gas supplied by the pipe 3 and sent downwards to the carbonization zone 12, fluididi - Bound by the gas supplied by line 6. The coke is withdrawn through pipe 20 in suspension in the oxidizing gas from chamber 22 and rises through line 24 to bed 30 of heater 25.
High carbon solids are withdrawn down from bed 30 through pipe 40 and low carbon solids from bed 32 down through pipe 60 for use as discussed above. of fig. 2. However, the supply of solids to generator 45 is now transferred to the upstream stream through pipe 42a after addition of steam through line 47 under the pressure of vertical pipes 40 / and / or 60. Return of solids generator 45
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to the beds 32 and / or 30 of the heater is achieved by a downdraft through pipes 52, 70 and 58. In all other respects the operation of the system is similar to that described with reference to fig. 2.
The arrangement of FIG. 3 provides particular advantages, for example in that steam is used to transport solids to the uppermost chamber instead of air, as in FIG. 2, which reduces the compressive load for operation.
The process according to the present invention provides the further advantage that the flow rate and particle size of the non-carbonaceous solids can be controlled so as to greatly reduce the blow-off of valuable carbonaceous materials from the zones of. carbonization and gasification by increasing the inert components of the entrained fine solid particles.
The process can be carried out at slightly reduced, atmospheric or slightly elevated pressures, preferably in the range of 25 to 75 pounds per square inch. The circulation speeds of carbonaceous and non-carbonaceous solids to the carbonizer and the gas generator can vary within wide limits, depending on the temperature gradients and the carbon concentrations involved. In general good results can be obtained by circulating 25-200 pounds to the generator and 1-10 pounds to the carbonizer per pound of coal loaded.
The invention will be further illustrated by the following special example: Example:
If we use a device arranged as in fig.
2, each ton of crushed coal, loaded to the system through hopper 1 and coked in carbonizer 10 at about 1200 F receives heat from about one ton of hot fluidized solids through line 41 and one ton through
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Line 61. About 0.75 tonnes of fresh coke with the two tonnes of circulating solids are withdrawn through line 20 with 2000 cubic feet of air through which, together with about 60,000 cubic feet of air introduced by the cones. - picks 55, 56 and 70, the removal of about 90 tonnes of solids through line 42 and the transport of fine particles of low carbon ash through zone 34 to zone 32, a temperature of about 19000F is maintained in zone 30.
The relatively high carbon fluidized solids supplied to generator 45 through line 42 are added to about 10 tons of low carbon solids through line 62 and 1500-2000 pounds of steam is introduced through line 62. line 47 to produce altogether a water gas containing about 1800 F, which gas is removed through line 50 for use elsewhere.
The solids sufficient to maintain the level 46 are removed through line 52, solids of which approximately 95 tons are returned with 57,000 cubic feet of air to zone 30 through line 70, i.e. 4 at a clean speed. to maintain the upper level of zone 30 and approximately 5 tons with 3000 cubic feet of air through line 58 to zone 32 to maintain the upper level of the latter 2000 to 5000 cubic feet of air are introduced through the duct 35 additionally, whereby the temperature of zone 32 is maintained at about 2000 F. About 10 tons of fluidized solids are removed through line 64, cooled in waste heat boiler 66 and returned through line 36.
If the CO content of the flue gases from line 39 becomes excessive, the circulation and removal of heat through the waste heat boiler 66 is increased, the return of solids from the generator through line 52 is decreased and by in line 70 it is increased with corresponding changes in the removal proportions by 40 'and 60, and if necessary inert solids are supplied by 36.
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Ash not otherwise removed from the system is discharged at a suitable point.
While the foregoing description and exemplary operations have served to illustrate the special applications and results of the invention, other variations evident to those skilled in the art are within the scope of the present invention. . Only the limitations are imposed on the present invention which are indicated in the appended claims.
R e v e n d i c a t i o n s
1. The process of producing heat by the combustion of carbonaceous solids with oxidizing gases, which comprises the features of subjecting the carbonaceous solids to combustion in a bed of relatively high carbon concentration to produce carbonaceous gases. combustion comprising a substantial proportion of CO, and in passing the combustion gases through at least one bed of solids of relatively low carbon concentration under combustion conditions resulting in substantially complete conversion of carbon monoxide to anhydride carbonic.