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Perfectionnements à la distillation de matières carboniques
La présente invention concerne la distillation de matiè- res carboniques et, plus particulièrement, la distillation de solides carboniques distillables tels que le charbon bitumineux, la lignite et les schistes pétrolifères.
Le but principal de la présente invention consiste à créer un procédé et un appareil pour assurer la distillation con- tinue de solides carboniques.
Un autre but de la présente invention consiste à créer un procédé et un appareil pour la distillation de solides carboni- ques afin d'obtenir, de façon continue., un produit solide et le rendement maximum de produits volatils avec un grand débit de solides carboniques.
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Un autre but de la présente invention consiste à créer un procédé et un appareil pour la production continue à partir de lignites ou de charbons bitumineux distillables, d'un produit carbonique granulaire dont la grosseur varie approximativement entre les limites de la grosseur de la charge de charbon ou de lignite, ce produit ne contenant sensiblement pas de morceaux de coke.
Conformément à la présente invention on obtient les résul- tats ci-dessus en utilisant un système à deux récipients. L'un des deux récipients sert de zone de chauffage préalable pour augmenter la température de la matière carbonique finement divi- sée et préalablement distillée et la porter à une température suffisamment haute pour distiller la matière en traitement. Le deuxième récipient constitue la zone de distillation et il est constitué par une cornue horizontale sensiblement cylindrique mon- tée à rotation autour de son axe longitudinal central.
Le fonctionnement est le suivant. Le résidu chaud de la distillation provenant de la zone de chauffage et les solides carboniques finement divisés et non distillés sont chargés séparé- ment à une extrémité de la cornue rotative en proportions telles que la température moyenne des solides contenus dans la cornue soit comprise dans la gamme des températures de distillation des solides carboniques. La rotation de la cornue produit un mélange intime du résidu chaud de la distillation et des solides distilla- bles, ce qui fait que la distillation de ces derniers a lieu. Le résidu solide de la distillation est extrait continuellement à l'extrémité opposée ou extrémité de sortie de la cornue, ce qui provoque un mouvement progressif et continu des solides dans la cornue.
Les produits volatils sont aussi extraits de façon conti- nuelle par la même extrémité de sortie de la cornue. Pour com- pléter le cycle, une partie du résidu de la distillation est ren-
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voyée dans la zone de chauffage.
On a trouvé que la grosseur du résidu de distillation extrait de la zone de distillation de la cornue ne diffère pas de façon appréciable de la grosseur du produit chaud introduit dans la cornue. Cela signifie que le résidu chaud de la distil- lation provenant de la cornue peut être renvoyé directement en circulation dans le réchauffeur sans perte de chaleur notable car il n'exige que peu de choses ou rien pour être amené à un état propre à l'utilisation continue dans le système.
Dans lemode préféré de réalisation de la présente inven- tion, la zone de chauffage préalable, qui se distingue de la zone de distillation comprend un lit fluidifié de résidu granulaire de distillation, la fluidité étant maihtenue par de l'oxygène ou un gaz donnant naissance à de l'oxygène. Le lit de solides carbo- niques granulaires est ainsi porté uniformément, en totalité, à la température désirée, par combustion d'une partie de ce lit. On a constaté que le résidu granulaire de distillation produit dans la cornue rotative est particulièrement apte à être fluidifié.
L'emploi du lit fluidifié pour effectuer le chauffage du résidu de distillation en combinaison avec la distillation des solides carboniques distillables par contact direct avec le résidu chaud de la distillation a pour résultat que l'utilisation de la cha- leur dans le système est maxima.
Le fonctionnement du système ci-dessus, à deux récipients traitant des solides bitumineux tels que du charbon très volatil de la veine de Pittsburgh, qui est un charbon cokéfiant, produit continuellement un rendement élevé en goudron liquide riche en acides de goudron, une quantité notable d'un gaz ayant un grand pouvoir calorifique et un produit carbonisé granulaire et lâche convenant bien pour un certain nombre d'applications et pouvant servir par exemple de combustible solide pour les chaudières. En
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outre, on a constaté que la capacité de production du système dépasse considérablement les espérances et qu'elle est large- ment supérieure à tout ce qui a été proposé jusqu'ici, autant que l'on en puisse savoir.
Pour que l'invention soit mieux comprise et pour qu'il soit plus facile de la mettre en pratique, on la décrira mainte- nant en détail en se référant aux dessins ci-joints, dans les- quels :
La fig. 1 est un'schéma représentant l'appareil dans lequel l'invention peut être mise en pratique.
La fig. 2 est une coupe transversale longitudinale centra- le d'une partie de l'appareil représenté dans la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe transversale verticale par la ligne 3-3 de la fig. 2.
On considérera d'abord la fig. 1 des dessins, figure qui représente un développement d'un mode préféré de l'invention.
10 désigne une cornue horizontale sensiblement cylindrique mon- tée à rotation autour de son axe longitudinal central. Cette cornue est pourvue d'une couche de matière isolante 12. Une trémie 14 sert à contenir des solides carboniques distillables qui sont introduits à l'intérieur de la cornue 10 par un conduit 15 au moyen d'un dispositif d'alimentation à vis d'archimède variable 16.
Un autre dispositif d'alimentation à vis d'Archimède varia- ble 18 monté près du dispositif 16 sert à introduire un résidu carbonique chaud de distillation en forme de produit granulaire, par un conduit 19 dans la cornue 10, où un lit 20 de solides à niveau sensiblement constant est maintenu au moyen de disposi- tifs élévateurs 22 et 24. Lorsque la cornue 10 tourne, ces dis- positifs élévateurs prennent des solides dans le lit 20 et les laissent tomber dans une trémie 26, d'où les solides sont transportés à l'extérieur de la cornue par un conduit 27 au moyen d'un transporteur à vis d'Archimède 28. Une description
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plus détaillée de la cornue 10 sera donnée plus loin lorsqu'il sera question des figs. 2 et 3.
Les produits volatils qui prennent naissance dans la cornue 10 sortent de celle-ci par le conduit 27 et sont envoyés dans une chambre à poussière 30 contenant de l'eau 32 destinée à retenir la poussière. Le gaz sortant de cette chambre est transport: par un conduit 34 dans un épurateur à arrosage 36 où toutes les va- peurs condensables se condensent. Le produit condensé liquide est extrait par le fond 38 de l'épurateur, pendant que le produit gazeux non condensable sort de l'épurateur au sommet par le con- duit 40.
Une pièce de garde 42 empêche les produits solides ve- nant de la cornue rotative d'entrer dans la chambre à poussière 30 et ces produits sont obligés de passer dans le conduit de sortie 44,Ce conduit de sortie est divisé en deux conduits 46 et 48 Ce dernier aboutit au magasin à produits, tandis que le pre- mier sert à renvoyer une partie du résidu de la distillation en circulation dans le système. Pour assurer que la grosseur du résidu solide de la distillation reste au-dessous d'une certaine valeur, on fait passer ce résidu à travers un tamis 50,les parties trop grosses étant envoyées au magasin à produit par le conduit 52.
La partie restante du résidu de la circulation, celle qui passe à travers le tamis 50, est transportée par le conduit 54 dans une trémie 56, d'où elle est envoyée au moyen d'un transporteur à vis variable 58 dans un récipient de chauffage préalable 60.
Le récipient 60 comprend deux sections 62 et 64. La pre- mière section ou section inférieure sert à maintenir un lit de solides granulaires 66 sur un élément à grille 68, tandis que la deuxième section sert de chambre de dégagement. Pour mainte- nir le lit 66 à l'état fluidifié, on introduit un gaz contenant de l'oxygène, tel que de l'air, par le tube 70 au fond du réci-
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pient à gaz 60. Un séparateur cyclone 72 sert à renvoyer les fines solides sur le lit, tandis que le produit gazeux s'échappe du récipient par le conduit 74 pour entrer dans un autre sépara- teur cyclone 76, où la séparation entre le gaz et les solides est sensiblement terminée. Le gaz est ensuite envoyé à l'appareil de purification par le conduit 78.
Dans les figures 2 et 3 des dessins., qui sont des vues de détail de la cornue rotative 10, les numéros de référence 80 et 82 désignent des sections coniques d'extrémité pourvues respec- tivement de rebords cylindriques 84 et 86. La cornue est supportée à rotation à chaque extrémité par des galets 88 et 90 montés res- pectivement sur des socles 92 et 93. Des flasques robustes 94 et 93 sont reliés aux parties d'extrémité de la cornue et roulent respectivement sur les galets 88 et 90. Une couronne dentée 96 est fixée à la cornue et elle peut être entraînée par un pignon moteur approprié (non représenté) pour faire tourner la cornue.
La cornue est renfermée dans une enveloppe fixe 98, qui porte l'isolant 12 par l'intermédiaire de la garniture 100. L'ensemble de l'enveloppe est supporté par des socles 102.
Le rebord cyclindrique 84 entoure une ouverture 104 traversée par les vis à vitesse variable 16 et 18. Un obturateur 106 sert à fermer l'extrémité de la cornue. A l'extrémité opposée de la cornue rotative un rebord cylindrique 86 entoure une ouver- ture 108 à travers laquelle passe le transporteur à vi. s 28 qui est disposé dans le conduit 27. Un obturateur 110 sert à fermer cette extrémité de la cornue vis-à-vis de l'atmosphère.
Deux dispositifs élévateurs 112 et 114 sont montés à l'intérieur de la cornue sur la même ligne que la trémie 26 et directement opposés l'un à l'autre (fig. 3). Chacun d'eux comprend un organe de support rigide 116, qui est fixé à une extrémité sur la paroi intérieure de la partie cylindrique de la cornue. Cet organe de support s'étend vers l'axe longitudinal central de la
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cornue et à son extrémité intérieure il est attaché à l'un des bords d'un organe en forme de pelle 118, dont l'autre bord est attaché à la partie conique 82. Les dispositifs élévateurs sont disposés de façon que leurs parties en forme de pelle soient dans le prolongement de la trémie 26 et ils ont une forme telle qu'ils déversent leur contenu dans la trémie lorsqu'ils passent au-dessus de celle-ci.
Le fonctionnement préféré de ce système à deux réci- pients, appliqué par exemple à du charbon très volatil de la veine de Pittsburgh, charbon qui, comme on l'a déjà dit, est un charbon cokéifiant, est le suivant. Les matières premières sont du charbon finement divisé et de l'air, avec un peu de vapeur d'eau le cas échéant. On charge d'abprd la cornue 10 avec du charbon finement divisé et préalablement distilé -(de préférence mailles-0 à + 4),porté uniformément, par des moyens appropriés et pour commencer seulement à une température de distillation.
La température est de préférence comprise entre 800 et 1000 F soit 426 à 538 C. Du charbon finement divisé et préalablement distillé est également introduit dans le récipient de chauffage préalable 60 et porté à une température sensiblement supérieure à celle qui doit être maintenue dans la cornue et généralement comprise entre 1000 et 1400 F, 538 soit à 760 C,mais pouvant dépendre moins de la température à maintenir dans la cornue. La chaleur nécessaire dans le récipient 60 est produite de préférence par un courant d'air ou d'oxygène que l'on fait monter à travers le lit de solides carboniques granulaires 66, ce qui produit une combustion partielle et un dégagement de chaleur. Cette chaleur est immédiatement distribuée uniformément dans toute limasse du lit.
Le fonctionnement du récipient de fluidification ser- vant à produire un état de fluidification est bien connu des spé- cialistes. La vitesse de l'air, la profondeur du lit, etc... sont
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des facteurs qui peuvent être facilement déterminés. A cause de la fluidification du lit, les solides granulaires que celui-ci contient sont maintenus à une température uniforme. Les produits gazeux de la combustion sont séparés des fines, dans la chambre de dégagement 64, au moyen d'un séparateur cyclone 72. Une nouvelle séparation est obtenue au moyen d'un séparateur cyclone 76.Le gaz ainsi produit est un gaz n'ayant qu'un faible pouvoir calorifique et pouvant servir pour certaines applications limitées.
Si,on le désire, on peut utiliser de la vapeur d'eau en combinaison avec l'air pour produire la fluidification dans le récipient 60.
La composition du gaz résultant est modifiée en conséquence. Bien que l'utilisation d'une zone de chauffage fluidifiée soit préfé- rable pour la mise en pratique de la présente invention, on peut employer aussi d'autres dispositifs de chauffage propres à chauffer des solides granulaires uniformément dans toute leur masse, par exemple des soles à ringards ou des fours rotatifs.
Le résidu chaud de la distillation venant du récipient 60 est envoyé dans la cornue 10 par les conduits 79 et 19 au moyen du transporteur à vis variable 18. Concurremment avec l'introduction de ce résidu, un courant de charbon finement divisé provenant de la trémie 14 est introduit. Le charbon et le résidu de la distillation ont sensiblement tous deux la même grosseur, soit des mailles de-0 à + Les deux courants de solides sont mélangés intimement dans la cornue par la rotation de celle-ci. A l'extrémité d'entrée de la cornue les solides ont leur différence de température maxima, ce qui fait que la distillation du charbon est rapide et effective et que le passage du charbon de l'état plastique à l'état sec est rapide. Il ne se produit que peu ou pas d'agglomération du charbon.
Les vapeurs produites sont extraites immédiatement de la moitié supérieure de la cornue par la trémie 26 et elles sor- tent par le conduit 27. Concurremment, avec l'extraction des
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vapeurs produites, le lit de solides contenu dans la cornue rotative est maintenu à un niveau sensiblement constant au moyen de dispositifs élévateurs 22 et 24, qui cueillent des solides granulaires secs à l'extrémité opposée de la cornue et les lais- sent tomber dans la trémie 26. Cette extraction continuelle de solides granulaires entraine un mouvement continu et progressif des solides de l'extrémité d'entrée à 1-'extrémité de sortie. On règle la durée du séjour dans la cornue en faisant varier l'intro- duction totale de solides dans la cornue, ainsi qu'on le conçoit facilement.
On a constaté par exemple qu'avec le réchauffeur à 649 C soit 1200 F et pour une température de distillation de 482 C soit 900 F dans la cornue, le laps de temps nécessaire pour distiller du charbon de la veine de Pittsburgh, d'une grosseur de moins de 6 mm. et dans la cornue et par le procédé de la présente invention, varie entre 15 et 20 minutes.,
Quant à la température maintenue dans la cornue, on la règle en réglant les proportions relatives de charbon et de résidu granulaire de distillation introduites par les transporteurs à vis variables 16 et 18, ainsi qu'en réglant la température du résidu de distillation chauffé avant son introduction dans la cornue.
Si on le désire, la charge de charbon peut être préalable- ment chauffée avant d'être chargée dans la cornue, jusqu'à un point tout juste inférieur à celui auquel le charbon commence à dégager des vapeurs d'hydrocarbure. La différence de température entre le résidu de distillation introduit dans la cornue et la tem- pérature moyenne de distillation à l'intérieur de la cornue peut descendre jusqu'à 28 C soit 50 F. Relativement au réglage du rapport entre la proportion de charbon de la veine de Pittsburgh et celle de son résidu de distillation introduit dans la cornue, pour éviter l'agglomération, on a constaté qu'il est nécessaire de maintenir ce rapport inférieur à 1 à 3 en poids.
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Les vapeurs produites par l'appareil de carbonisation sont débarrassées de la poussière au moins partiellement dans la chambre à poussière 30, comme d'habitude, puis elles passent dans un épurateur ou dans une chambre de condensation 36, où le gou- dron contenu dans les produits se condense et se sépare. La partie non condensable, qui est un gaz ayant un grand pouvoir calorifi- que, est extraite au sommet par le conduit 40, pour être purifiée ensuite par les procédés usuels.
Les produits solides sortant de la cornue sont entrai- nés par la vis 28 dans le conduit de sortie 44, d'où une partie de ces produits est envoyée au magasin à. produits par le conduit 46. La grosseur du résidu de distillation sortant de la cornue est en général sensiblement la même que celle du charbon intro- duite ce qui est une découverte remarquable en soi en ce qui concerne le charbon fortement cokéfiant, car ce produit solide peut être renvoyé en circulation pour être utilisé sans autre traitement et par conséquent sans perte de chaleur. Toutefois, il peut arriver à l'occasion qu'une petite proportion du char- bon carbonisé ait une grosseur supérieure à la grosseur désirée.
Ces morceaux trop gros sont séparés sur un tamis 50 et envoyés au magasin à produits par le conduit 52. La partie qui passe à travers le tamis 50 est transportée par le conduit 54 ou par tout moyen approprié tel qu'un élévateur, un transporteur à vis, un dispositif pneumatique, etc.. dans la trémie 56, d'où elle est envoyée dans le récipient de fluidification 60 par le trans- porteur à vis variable 58. La vitesse d'arrivée des solides dépendra naturellement du niveau que l'on désire maintenir pour le lit dans la partie inférieure 62 du récipient. Le cycle ci- dessus se répète alors.
Les produits sortant de la cornue sontun résidu car- bonique de distillation, du gaz, du goudron et de la vapeur d'eau. Le produit sortant du réchauffeur fluidifié est un gaz .de ventilation.
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Le produit solide résultant de l'application du procédé et de l'appareil en question au charbon très volatil de la veine de Pittsburgh, de la façon décrite ci-dessus, est un solide gra- nulaire lâche doht la grosseur est sensiblement la même que celle du charbon introduit dans l'opération. Ce produit est friable, cellulaire et il n'est pas aggloméré, contrairement à celui qui est obtenu par d'autres procédés à partir de charbon cokéfiant.
Lorsqu'il est convenablement réglé, ainsi qu'on l'a dit plus haut, relativement au rapport entre la matière préalablement chauffée et le charbon cokéfiant chargé, le produit ne contient sensiblement pas de morceaux de coke. Comme une grande partie de ce produit solide a traversé la zone de chauffage préalable, cette partie contient moins de matières volatiles que celle qui n'a traversé que la cornue. La teneur de cette dernière par- tie en matières volatiles est déterminée par la température moyenne régnant à l'intérieur de la cornue. La différence de teneur en matières volatiles dépend de la différence de tempé- rature entre la zone de chauffage préalable et la zone de distil- lation et on peut en conséquence, la faire varier si on le désire.
Le produit solide convient bien pour servir de combustible solide pour les chaudières, ainsi que pour de nombreuses autres ap- plications.
Le produit de la nature du goudron est un fluide et par le procédé ci-dessus, dans le cas du charbon de la veine de Pittsburgh, on obtient un rendement de 118 à 122 litres soit 26 à 27 gallons par tonne de charbon. Sa teneur en cendres est inférieure à 1% et lorsqu'il est distillé jusqu'à 300 C, on constate que 30% passent sous forme de produit distillé.
40% environ de ce produit distillé sont des acides du goudron.
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Lorsqu'il a été séparé de la partie condensable, le gaz sortant de la cornue a un pouvoir calorifique d'environ 800 B.T.U. ou davantage par pied cube. Le rendement en gaz de cette nature est d'environ 2000 pieds cubes par tonne de char- bon.
Le produit gazeux sortant du réchauffeur fluidifié a un pouvoir calorifique de 75 à 80 B.T.U'. et sa température correspond à celle du récipient de fluidification. Environ 28.000 pieds cubes de ce gaz sont produits par tonne de charbon traitée.
L'exemple ci-dessus décrit l'application de l'invention au charbon très volatil de la veine de Pittsburgh, mais cette description n'a été donnée qu'à titre de renseignement. Le pro- cédé et l'appareil qui sont décrits ci-dessus peuvent être appliqués à n'importe quels solides carboniques distillables, y compris le charbon bitumineux cokéfiant ou non, les lignites, les schistes pétrolifères, etc..
Dans l'application aux char- bons cokéfiants autres que le charbon très volatil de la veine de Pittsburgh, et autres que les schistes pétrolifères cokéfiants, les proportions préférées de charbon ou.de schiste et de résidu de distillation introduites dans la cornue peuvent être autres que celles qui sont spécifiées dans l'exemple ci-dessus, suivant les propriétés de cokéfication particulières du charbon, mais il est facile de déterminer celles-ci. Dans l'application à des charbons non cokéfiants, à des lignites, à des schistes pé- trolifères non cokéfiants, une plus grande latitude est permise dans le réglage des proportions de charge fraîche et de résidu chaud de distillation et également dans le choix de la tempé- rature de fonctionnement, car ces matières ne s'agglomèrent pas.
En pareil cas, la température jusqu'à laquelle la charge est chauffée et la température de la zone de chauffage préalable peuvent être aussi hautes que cela est pratique pour effectuer la distillation désirée.
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Improvements in carbon dioxide distillation
The present invention relates to the distillation of carbonic materials and, more particularly, to the distillation of distillable carbonic solids such as bituminous coal, lignite and oil shales.
The main object of the present invention is to provide a process and an apparatus for ensuring the continuous distillation of carbonic solids.
Another object of the present invention is to provide a process and apparatus for the distillation of carbonaceous solids in order to continuously obtain a solid product and the maximum yield of volatile products with a high flow rate of carbonaceous solids. .
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Another object of the present invention is to provide a process and apparatus for the continuous production from distillable lignites or bituminous coals of a granular carbon product the size of which varies approximately between the size limits of the feedstock. coal or lignite, this product containing substantially no lumps of coke.
In accordance with the present invention the above results are obtained using a two vessel system. One of the two vessels serves as a pre-heating zone to increase the temperature of the finely divided and pre-distilled carbonic material and bring it to a temperature high enough to distill the material under treatment. The second receptacle constitutes the distillation zone and it consists of a substantially cylindrical horizontal retort rotatably mounted about its central longitudinal axis.
The operation is as follows. The hot residue of the distillation from the heating zone and the finely divided, undistilled carbon dioxide solids are charged separately to one end of the rotating retort in proportions such that the average temperature of the solids in the retort is within the range. range of carbon dioxide distillation temperatures. The rotation of the retort produces an intimate mixture of the hot residue from the distillation and the distillable solids, so that the latter distillation takes place. The solid residue from the distillation is continuously withdrawn at the opposite end or exit end of the retort, causing a gradual and continuous movement of the solids in the retort.
Volatiles are also continuously extracted through the same exit end of the retort. To complete the cycle, part of the residue from the distillation is
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seen in the heating zone.
It has been found that the size of the still residue extracted from the retort distillation zone does not differ appreciably from the size of the hot product introduced into the retort. This means that the hot residue of the distillation from the retort can be returned directly to circulation in the heater without noticeable heat loss since it requires little or nothing to be brought to a state of its own. continuous use in the system.
In the preferred embodiment of the present invention, the preheating zone, which differs from the distillation zone comprises a fluidized bed of granular distillation residue, the fluidity being maintained by oxygen or a gas giving rise. to oxygen. The bed of granular carbon solids is thus brought uniformly, in its entirety, to the desired temperature, by combustion of a part of this bed. It has been found that the granular distillation residue produced in the rotary retort is particularly suitable for being fluidized.
The use of the fluidized bed to effect the heating of the distillation residue in combination with the distillation of the distillable carbonic solids by direct contact with the hot residue of the distillation results in the maximum heat utilization in the system. .
Operation of the above system, with two vessels handling bituminous solids such as High Volatile Pittsburgh Seam Coal, which is a coking coal, continuously produces a high yield of liquid tar rich in tar acids, a notable amount of a gas having a high calorific value and a granular and loose carbonized product which is well suited for a number of applications and which can serve, for example, as solid fuel for boilers. In
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Furthermore, it has been found that the production capacity of the system considerably exceeds expectations and is far superior to anything that has been proposed so far, as far as is known.
In order that the invention may be better understood and to make it easier to practice it, it will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 is a diagram showing the apparatus in which the invention can be practiced.
Fig. 2 is a central longitudinal cross section of a portion of the apparatus shown in FIG. 1.
Fig. 3 is a vertical cross section taken through line 3-3 of FIG. 2.
We will first consider FIG. 1 of the drawings, which figure shows a development of a preferred embodiment of the invention.
10 denotes a substantially cylindrical horizontal retort rotatably mounted about its central longitudinal axis. This retort is provided with a layer of insulating material 12. A hopper 14 serves to contain distillable carbonic solids which are introduced into the interior of the retort 10 through a conduit 15 by means of a screw feed device. 'variable archimedes 16.
Another variable Archimedean screw feeder 18 mounted adjacent to device 16 serves to introduce hot carbonic residue from distillation in the form of a granular product, through conduit 19 into retort 10, where a bed 20 of solids. at substantially constant level is maintained by means of elevating devices 22 and 24. As retort 10 rotates these elevating devices pick up solids from bed 20 and drop them into hopper 26, where the solids are. transported outside the retort through a conduit 27 by means of an Archimedean screw conveyor 28. A description
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more detail of the retort 10 will be given later when it comes to figs. 2 and 3.
The volatiles which originate in the retort 10 exit therefrom through the conduit 27 and are sent to a dust chamber 30 containing water 32 intended to retain the dust. The gas leaving this chamber is transported: by a conduit 34 to a spray scrubber 36 where all the condensable vapors condense. The condensed liquid product is removed through the bottom 38 of the scrubber, while the non-condensable gaseous product exits the scrubber at the top through line 40.
A guard 42 prevents the solid products coming from the rotating retort from entering the dust chamber 30 and these products are forced to pass into the outlet duct 44. This outlet duct is divided into two ducts 46 and 48 The latter ends up in the product store, while the former serves to return part of the distillation residue which circulates in the system. To ensure that the size of the solid residue from the distillation remains below a certain value, this residue is passed through a sieve 50, the oversized parts being sent to the product store via line 52.
The remaining part of the circulation residue, that which passes through the screen 50, is transported through the conduit 54 to a hopper 56, from where it is sent by means of a variable screw conveyor 58 into a heating vessel. prior 60.
Container 60 includes two sections 62 and 64. The first or lower section serves to hold a bed of granular solids 66 on a grid member 68, while the second section serves as a clearance chamber. To keep bed 66 in a fluidized state, an oxygen-containing gas, such as air, is introduced through tube 70 at the bottom of the vessel.
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gas column 60. A cyclone separator 72 serves to return the fines solids to the bed, while the gaseous product escapes from the container through line 74 to enter another cyclone separator 76, where the gas separation. and the solids is substantially complete. The gas is then sent to the purification apparatus through line 78.
In Figures 2 and 3 of the drawings, which are detail views of the rotary retort 10, reference numerals 80 and 82 denote conical end sections provided with cylindrical flanges 84 and 86, respectively. The retort is rotatably supported at each end by rollers 88 and 90 mounted on pedestals 92 and 93, respectively. Heavy-duty flanges 94 and 93 are connected to the end portions of the retort and roll on rollers 88 and 90, respectively. Ring gear 96 is attached to the retort and can be driven by a suitable drive pinion (not shown) to rotate the retort.
The retort is enclosed in a fixed casing 98, which carries the insulation 12 through the gasket 100. The entire casing is supported by pedestals 102.
The cylindrical rim 84 surrounds an opening 104 through which the variable speed screws 16 and 18. A shutter 106 serves to close the end of the retort. At the opposite end of the rotating retort a cylindrical rim 86 surrounds an opening 108 through which the vi conveyor passes. s 28 which is disposed in the conduit 27. A shutter 110 serves to close this end of the retort vis-à-vis the atmosphere.
Two elevator devices 112 and 114 are mounted inside the retort on the same line as the hopper 26 and directly opposite to each other (Fig. 3). Each of them includes a rigid support member 116, which is attached at one end to the inner wall of the cylindrical portion of the retort. This support member extends towards the central longitudinal axis of the
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retort and at its inner end it is attached to one of the edges of a shovel-shaped member 118, the other edge of which is attached to the conical part 82. The lifting devices are arranged so that their shaped parts shovel are in the extension of the hopper 26 and they have a shape such that they discharge their contents into the hopper when they pass above the latter.
The preferred operation of this two-vessel system, applied, for example, to highly volatile coal from the Pittsburgh seam, which coal, as already mentioned, is coking coal, is as follows. The raw materials are finely divided coal and air, with some water vapor if necessary. Abprd the retort 10 is charged with finely divided and pre-distilled carbon - (preferably 0 to +4 mesh), brought evenly, by suitable means and to start only at a distillation temperature.
The temperature is preferably between 800 and 1000 F or 426 to 538 C. Finely divided and pre-distilled coal is also introduced into the pre-heating vessel 60 and brought to a temperature substantially higher than that which must be maintained in the retort. and generally between 1000 and 1400 F, 538 or 760 C, but may depend less on the temperature to be maintained in the retort. The heat required in vessel 60 is preferably produced by a stream of air or oxygen which is passed through the bed of granular carbon solids 66, which produces partial combustion and the release of heat. This heat is immediately distributed evenly throughout any slime in the bed.
The operation of the fluidizing vessel for producing a fluidizing state is well known to those skilled in the art. Air speed, bed depth, etc. are
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factors that can be easily determined. Due to the fluidization of the bed, the granular solids therein are maintained at a uniform temperature. The gaseous products of combustion are separated from the fines, in the release chamber 64, by means of a cyclone separator 72. A further separation is obtained by means of a cyclone separator 76. The gas thus produced is a n 'gas. having a low calorific value and can be used for certain limited applications.
If desired, water vapor can be used in combination with air to provide fluidization in vessel 60.
The composition of the resulting gas is changed accordingly. Although the use of a fluidized heating zone is preferred for the practice of the present invention, other heaters capable of heating granular solids uniformly throughout their mass may also be employed, for example. cores or rotary kilns.
The hot distillation residue from vessel 60 is sent to retort 10 through conduits 79 and 19 by means of variable screw conveyor 18. Concurrent with the introduction of this residue, a stream of finely divided coal from the hopper. 14 is introduced. The carbon and the residue from the distillation are both substantially the same size, ie meshes of -0 to +. The two streams of solids are intimately mixed in the retort by the rotation of the latter. At the inlet end of the retort the solids have their maximum temperature difference, which makes the charcoal distillation rapid and efficient and the passage of charcoal from plastic to dry state is rapid. Little or no agglomeration of the coal occurs.
The vapors produced are extracted immediately from the upper half of the retort through hopper 26 and exit through conduit 27. Concurrently with the extraction of the retort.
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vapors produced, the bed of solids in the rotating retort is maintained at a substantially constant level by means of elevators 22 and 24, which pick up dry granular solids at the opposite end of the retort and drop them into the retort. hopper 26. This continual extraction of granular solids causes a continuous and gradual movement of solids from the inlet end to the outlet end. The length of stay in the retort is controlled by varying the total solids introduction into the retort, as will be readily appreciated.
It was found, for example, that with the heater at 649 C or 1200 F and for a distillation temperature of 482 C or 900 F in the retort, the time required to distill coal from the Pittsburgh seam, of thickness less than 6 mm. and in the retort and by the method of the present invention, varies between 15 and 20 minutes.,
As for the temperature maintained in the retort, it is regulated by adjusting the relative proportions of carbon and of granular distillation residue introduced by the variable screw conveyors 16 and 18, as well as by adjusting the temperature of the heated distillation residue before its introduction into the retort.
If desired, the carbon feed can be preheated before being charged into the retort, to a point just below where the carbon begins to give off hydrocarbon vapors. The temperature difference between the distillation residue introduced into the retort and the mean distillation temperature inside the retort can drop to 28 C or 50 F. Relative to the adjustment of the ratio between the proportion of carbon from the Pittsburgh vein and that of its distillation residue introduced into the retort, to avoid agglomeration, it has been found that it is necessary to keep this ratio below 1 to 3 by weight.
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The vapors produced by the carbonization apparatus are at least partially freed of dust in the dust chamber 30, as usual, and then pass to a scrubber or to a condensation chamber 36, where the tar contained in the products condenses and separates. The non-condensable part, which is a gas having a high calorific value, is extracted at the top through line 40, in order to be subsequently purified by the usual methods.
The solid products leaving the retort are drawn by the screw 28 into the outlet duct 44, from where a part of these products is sent to the store at. produced by line 46. The size of the distillation residue exiting the retort is generally substantially the same as that of the coal introduced, which is a remarkable discovery in itself with regard to highly coking coal, since this solid product can be returned to circulation for use without further treatment and therefore without heat loss. Occasionally, however, a small proportion of the charred charcoal may be larger than the desired size.
These oversized pieces are separated on a sieve 50 and sent to the product store through the conduit 52. The part which passes through the sieve 50 is transported through the conduit 54 or by any suitable means such as an elevator, a conveyor belt. screw, a pneumatic device, etc. in the hopper 56, from where it is sent into the fluidizing vessel 60 by the variable screw conveyor 58. The rate of arrival of the solids will naturally depend on the level at which the solids are supplied. it is desired to maintain the bed in the lower part 62 of the container. The above cycle then repeats.
The products coming out of the retort are carbonic residue from distillation, gas, tar and water vapor. The product leaving the fluidized heater is a ventilation gas.
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The solid product resulting from the application of the process and apparatus in question to the highly volatile Pittsburgh Seam coal, as described above, is a loose granular solid of the size substantially the same as. that of the coal introduced into the operation. This product is friable, cellular and it is not agglomerated, unlike that obtained by other processes from coking coal.
When properly adjusted, as stated above, with respect to the ratio of the preheated material to the charged coking coal, the product contains substantially no lumps of coke. Since much of this solid product has passed through the preheating zone, this part contains less volatiles than that which has passed only through the retort. The volatile matter content of the latter part is determined by the average temperature prevailing inside the retort. The difference in volatile matter depends on the temperature difference between the pre-heating zone and the distillation zone and can therefore be varied if desired.
The solid product is well suited for use as a solid fuel for boilers, as well as for many other applications.
The product of the nature of tar is a fluid and by the above process, in the case of coal from the Pittsburgh seam, a yield of 118 to 122 liters or 26 to 27 gallons per ton of coal is obtained. Its ash content is less than 1% and when it is distilled up to 300 C, it is found that 30% pass in the form of distilled product.
About 40% of this distilled product is tar acids.
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When it has been separated from the condensable part, the gas leaving the retort has a calorific value of approximately 800 B.T.U. or more per cubic foot. The yield of gas of this nature is about 2000 cubic feet per ton of coal.
The gaseous product leaving the fluidized heater has a calorific value of 75 to 80 B.T.U '. and its temperature corresponds to that of the fluidization vessel. About 28,000 cubic feet of this gas are produced per ton of coal processed.
The above example describes the application of the invention to highly volatile coal from the Pittsburgh Seam, but this description has been given for information only. The process and apparatus which are described above can be applied to any distillable carbonic solids, including bituminous coal, coking or not, lignites, oil shales, etc.
In application to coking coals other than the very volatile Pittsburgh Seam coal, and other than coking oil shales, the preferred proportions of coal or shale and distillation residue introduced into the retort may be other than those specified in the example above, depending on the particular coking properties of the coal, but it is easy to determine these. In the application to non-coking coals, lignites, non-coking petroleum shales, greater latitude is allowed in the adjustment of the proportions of fresh feed and hot distillation residue and also in the choice of the mixture. operating temperature because these materials do not clump together.
In such a case, the temperature to which the batch is heated and the temperature of the preheating zone may be as high as is practical to effect the desired distillation.