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Procédé de fabrication de coke.
L'invention objet du présent brevet se rapporte à l'obten- tion d'un coke doué de propriétés particulières; elle est consti- tuée par un ensemble comportant a) un procédé nouveau de fabri- cation, b) à titre de produit industriel nouveau, le coke obtenu par ce procédé, c) un système nouveau de four pour l'application du procédé.
Afin de rendre plus claire la description qui va suivre, il est nécessaire de résumer tout d'abord rapidement et de façon élémentaire, quelques-unes des connaissances actuelles sur la formation du coke et sur le comportement de ce combustible dans les diverses utilisations qui en sont faites.
Les houilles cokéfiantes ou les mélanges de houilles em- ployés pour la fabrication du coke subissent, dans certaines con- ditions de vitesse d'échauffement à l'abri de l'air, une fusion gâteuse plus ou moins complète : constituants échappent
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à cette fusion; ce sont en particulier : matières minérales (cendres) le carbone amorphe ou graphitique préexistant notam- ment sous forme de "fusain" et enfin certains composés humiques qui se décomposent sans fondre.
Ces constituants infusibles se trouvent enrobés rendant la fusion dans la masse pâteuse extrê- mement complexe dont on peut dire, en première analyse, qu'elle constitue effectivement une phase homogène ; onpeut et on doit même admettre que ces inclusions sont néfastes à l'obtention d'un coke de bonne qualité et qu'elles doivent être pour cette raison aussi peu abondantes que possible ; sont effective- ment très peu abondantes dans les meilleures sortes de charbons à coke naturels.
Au cours de la carbonisation ou pyrogénation, la phase pâ- teuse homogène subit une série de transformations physico-chimi- ques qui se traduisent par l'élimination de produits gazeux ou liquides tandis que la matière restante s'enrichit progressive- ment en carbone et cesse à un certain moment d'être réellement homogène précisément en raison de l'apparition de carbone libre; à une certaine température de l'ordre de 5 50 , la matière res- tante se solidifie (elle est alors appelée semi-coke), puis le chauffage se poursuivant, elle perd encore divers constituants sous forme de composés gazeux, et finalement elle est transformée en coke proprement dit, c'est-à-dire pratiquement en carbone, à peu près pur, contenant les cendres à l'état d'inclusions.
Le carbone constituant le coke se trouve partiellement à l'état amorphe et partiellement à l'état de graphite; on admet généralement que l'élévation de la température finale de cokéfac- tion accroît la proportion de graphite, mais cette proportion paraît être surtout liée au fait que le coke déjà formé se trouve en présence d'hydrocarbures, en phase gazeuse, subissant la dissociation pyrogénée ; dans ce cas on observe que le coke est formé par une masse de carbone amorphe revêtue d'une pellicule de graphite.
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Il est d'un usage constant de faire des mélanges de charbons pour obtenir ce que l'on appelle - de façon impropre d'ailleurs - "la Date à coke". Si l'on désire obtenir un coke véritablement homogène les divers constituants doivent être fusibles les uns dans les-autres (sauf naturellement les cendres, le fusain..).
Une règle pratique sera donnée ci-après pour obtenir des mélanges fondents, mais très fréquemment la condition de fusion complète n'est pas observée dans la technique actuelle, c'est ainsi par exemple que l'on introduit dans la "pâte à coke" des charbons maigres ou anthraciteux infusibles, du poussier de coke ou de semi-coke ou encore des charbons flambants secs. Lorsqu'on pratique de tels mélanges on prend généralement la précaution de broyer très finement (à l'impalpable) le constituant infusible et de le mélanger aussi intimement que possible aux autres consti- tuants, faute de quoi le coke obtenu est analogue à un "béton" ou à du "nougat" dans lequel les grains du constituant infusible se retrouvent à peu près inaltérés dans leur forme et simplement enrobés dans un ciment plus ou moins homogène.
On a observé que les cokes ainsi constitués donnent fréquemment de mauvais ré- sultats à l'usage, spécialement dans le haut-fourneau. En effet, les grains de constituant infusible, même impalpables, sont le plus souvent transformés en graphite particulièrement peu réactif et peu combustible, tandis que le ciment est généralement cons- titué par du carbone amorphe lui-même très réactif et très com- bustible ; il arrive alors que le ciment se gazéifie avec faci- lité dans la partie supérieure du haut fourneau, tandis que les grains graphités mis en liberté, difficiles à gazéifier,sont entraînés à l'état de poussière; il en résulte une "mise au mille" particulièrement élevée, conséquence d'une production abondante de gaz et de l'entraînement de poussières riches en carbone.
Les inventeurs ont reconnu, au contraire, que le bon coke de haut fourneau doit être constitué par une masse spongieuse de
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carbone amorphe - présentant une réactivité et une combustibilité aussi élevées que possible - protégée par une pellicule de graphite continue et aussi épaisse que possible. un tel coke introduit dans le haut fourneau résiste dans de bonnes conditions à la gazéification dans la partie supérieure du parcours (diminution de la production de gaz) mais il conserve une capacité de com- bustion élevée qui se développe dans la zone à très haute tempe- rature au voisinage des tuyères.
On peut ainsi pousser l'allure du fourneau et augmenter le tonnage, le gaz produit est moins abondant et moins chaud, les poussières entraînent moins de carbone, les pertes relatives par rayonnement sont diminuées et, en définitive, la "mise au mille" est améliorée. Ce qui vient d'être dit de l'usage du coke dans le haut fourneau pourrait être repris moyennant quelques modifications, à propos du coke de fonderie (cubilot) et du coke destiné à alimenter les gazogènes pour gaz à l'eau à marche cyclique.
Le procédé objet du présent brevet a précisément pour but l'obtention d'un tel coke (pour HF, cubilots, gaz à l'eau, etc..)
La première condition à réaliser consiste à choisir les charbons entrant dans la constitution de la pâte à coke: On sait que les charbons naturels peuvent être classés en fonction de leur indice de Matières Volatiles (indice rapporté au charbon Dur, eau et cendres déduites) et de leur indice de gonflement (Méthode AFNOR: Mll-001); on obtient ainsi le diagramme représen- té sur la fig. l. Le découpage de ce diagramme est arbitraire; dans ce qui suit il sera fait usage des notations et du décou- page représentés par la dite figure 1 à l'exclusion de tous autres
Les charbons de la catégorie 5a sont en général aptes à donner du bon coke sans qu'il soit nécessaire de faire de mélange.
Les charbons des catégories 5b, 6a, 6b, 6c, 7a et 7b doivent normalement être employés en mélange. Dans certaines conditions qui seront précisées ci-après les charbons de la catégorie 4b et certains charbons de la catégorie 8 peuvent également être .employésen mélanges.
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Dans tous les cas, on recherchera autant que possible,à constituer un mélange homogène présentant les caractéristiques ci-après, données à titre de simple indication: Indice de matiè- res volatiles compris entre 18 et 32%, Indice de gonflement com- pris entre 5 et 7; étant bien entendu qu'il ne s'agit là que d'un moyen simple pour dégrossir le problème, le mélange devant ensuite faire l'objet d'essais plus détaillés ; peut encore exprimer cette première règle en disant que le mélange doit se rapprocher le plus possible du point 5a type soit MV = 22% G = 5,
Dans le choix des constituants du mélange, on évitera les charbons disparates c'est-à-dire appartenant à des classes éloi- gnées l'une de l'autre dans la série:
4b, 5a, 5b, 6a, 6b, 6c, 7a, 7b, 8, à moins que l'on ne fasse intervenir des charbons in- termédiaires servant en quelque sorte de fondants ou de tiers solvants. A titre d'exemples: un mélange exclusivement composé de 5b et 7b ne saurait donner de bons résultats, tandis qu'un mélan- ge quaternaire 5b,6b,6c et 7b conviendrait bien ; de même on pourra utiliser un mélange ternaire tel que 5a, 6b et 6c. Deux charbons appartenant à des familles assez éloignées l'une de l'autre mais possédant une frontière commune, peuvent oarfois être utilisés s'ils sont eux-mêmes voisins de la frontière commune. Cette règle de continuité est particulièrement importante pour les catégories 4b et 8 qui imposent l'emploi des charbons limitrophes c'est-à-dire 5a pour 4b et 7b pour 8.
La deuxième condition à réaliser consiste à maintenir dans la masse, pendant la fusion pyrogénée, l'intégralité des consti- tuants bitumineux qui y prennent naissance ; sait que les pseudc constituants ne préexistent pas dans le charbon naturel (au moins pour leur majeure partie) mais qu'ils se forment au cours de la pyrogénation ; on sait aussi que ces pseudo-constituants dits: "constituants gamma", forment une série à peu près continue de gamma 1 à gamma 4, les premiers étant liquides et plus ou moins A
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volatils, les derniers étant solides ; ces constituants sont so- lubles et miscibles les uns dans les autres.
Un échauffement trop lent, alors que des précautions spé- ciales ne sont pas crises, risque de provoquer, d'une part, le départ des constituants les plus volatils et les plus fluides et, d'autre part, la décomposition pyrogénée des constituants les plus lourds, ce qui nuit à l'homogénéité du semi-coke produit.
Au contraire si par un moyen approprié (par exemple en opérant sous pression) les constituants sont maintenus en place on ob- tient une phase pâteuse homogène, même si les charbons entrant dans le mélange ne sont pas, par eux-mêmes, entièrement fusibles: tel est le cas par exemple des charbons extrêmes (4b et 8) qui contiennent des constituants infusibles Dar eux mêmes mais pou- vant être solubilisés dans l'ensemble des constituants bitumi- neux. On a pu réaliser ainsi, en opérant sous pression, la fusion homogène d'une Date à coke contenant une proportion élevée de charbons flambants secs (catégorie 8) et même de lignites situés au delà de la catégorie 8.
La fusion étant obtenue dans les con- ditions ci-dessus définies, la Dyrogénation et la formation de semi-coke se poursuivent car une élévation progressive de la température ; si la?pyrogénation a lieu en présence d'hydrocarbu- res gazeux, on obtient ultérieurement la formation d'une pellicu- le de graphite d'autant plus résistante que le contact est main- tenu pendant un temps plus long que réchauffement est plus progressif et que la température finale est plus élevée.
Pour arriver à ce résultat on opère dans un four à distillation continue dans lequel le coke en voie de formation, et les produits volatils (gazeux ou liquides) émanant de la pyrogénation, chemi- nent dans le même sens ; sait que dans les fours ordinaires d'usines à gaz dits à distillation continue, au contraire, le coke en voie de formation et les produits volatils cheminant en sens inverse.
En principe la cornue (ou chambre) dans laquelle se
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fait l'opération peut être verticale,inclinée ou même horizontale et la progression du charbon et des produits volatils peut se faire dans un sens quelconque (ascendant ou descendant) mais a fin d'obtenir simultanément la compression du mélange en cours de pyrogénation et la progression dans un même sens du coke et des produits volatils, les inventeurs ont adopté , comme mode de réalisation particulier, la disposition verticale pour la cornue et la circulation ascendante pour les produits.
Suivant ce mode de réalisation le four utilisé se compose par conséquent d'une série de chambres verticales à chauffage externe munies chacune à leur partie inférieure d'un dispositif d'alimentation sous pression pour l'introduction de la pâte à coke et, à la partie supérieure, d'un dispositif d'extraction du coke, d'une part, et des produits gazeux et volatils d'autre part ; l'ensemble étant étanche afin d'éviter les pertes de gaz. On notera que le gaz obtenu par cracking ooussé des hydrocarbures gazeux et liquides en présence de coke est essentiellement composé d'hydrogène et d'oxyde de carbone ; gaz est susceptible d'applications en synthèses chimiques ; àtitre de produit industriel nouveau, l'invention comprend donc également le gaz pour synthèses chimi- ques obtenu par ce procédé.
La description qui va suivre est donnée à titre d'exemple; il est entendu que les dispositions de détail, la nature des ma- tériaux utilisés pour la construction, la forme des organes peuvent subir des modifications, même importantes, sans sortir du cadre de l'invention objet du présent brevet.
La figure 2 représente une coupe schématique en élévation d'une chambre ou cornue.
La figure 3 représente une section du four suivant le plan horizontal AB.
La figure 4 représente une section du four suivant le plan horizontal CD.
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La cornue de distillation est composée de deux parties: la partie inférieure 1 est métallique et la partie supérieure 2 est constituée en matériaux réfractaires (silice, silico-alumi- neux, carborundum, etc) .
La partie métallique comporte en principe des génératrices verticales parallèles (comme représenté sur le dessin) mais, pour le traitement de pâtes à coke ayant des caractères particuliers, on peut être amené à lui donner une certaine cônicité (conver- gence des génératrices vers le haut ou vers le bas suivant le cas) .
L'ensemble de la cornue métallique et réfractaire est placé dans un laboratoire 3 chauffé par brûleurs à gaz ou autrement, suivant les dispositifs habituels des fours d'usines à gaz ou des fours à coke.
A la partie inférieure du four se trouve un bouclier métal- lique cylindrique 4 d'axe 5 muni de deux ouvertures : première 6 correspond à l'ouverture inférieure de la cornue ; deuxième 7 correspond à la base d'une trémie d'alimentation 8 qui reçoit la "pâte à coke" d'un dispositif d'alimentation approprié non représenté sur la figure.
A la partie supérieure, la cornue est surmontée d'une chambre métallique 9 avec laquelle elle communique librement.
La chambre 9 est recourbée comme représenté sur la figure et elle porte un tampon de déchargement 10 ou tout autre moyen étanche permettant d'extraire le coke de façon intermittente ou continue. En outre la chambre 9 porte une tuyauterie 11 disposée pour l'évacuation du gaz et autres produits volatils. Une série de nervures, fixes ou amovibles, sert de renforcement à la partie supérieure de la chambre 9 à l'endroit où se produit la disloca- tion du gâteau de coke. Au-dessous du bouclier cylindrique 4 se trouve l'appareil d'introduction de la pâte à coke. Cet appareil se compose d'un bouclier cylindrique 13 de même axe et
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de même rayon de courbure que le bouclier 4 contre lequel il est exactement appliqué.
Le bouclier 13 porte une ouverture 6' qui oeut venir en coincidence soit avec l'ouverture 6 comme représenté sur la figure 2,,soit, par rotation autour de l'axe 5 dans le sens de la flèche F, avec l'ouverture 7 de la trémie 8. Le bouclier 13 a une étendue suffisante pour que l'ouverture 7 se trouve ob- struée lorsque 6et 6' sont en coïncidence et pour que 6 soit à son tour obstruée lorsque 6' coïncide avec 7. Au-dessous de 6' se trouve une capacité métallique 14 dans laquelle peut se mou- voir un poussoir 15 agissant à la manière d'un piston.
Le pous- soir 15 est mis en mouvement alternatif vers le haut et vers le bas par tout dispositif approprié, mécanique, hydraulique ou autre ; à titre d'exemple la figure 2 représente une commande hy- draulique : le poussoir 15 est relié à un piston de presse 16 qui se meut dans un pot de presse 17 oscillant autour de l'axe 5.
Le système permettant de faire osciller l'ensemble du pot de presse 17 de la capacité 14 et du bouclier 13 autour de l'axe 5 est facile à concevoir et n'a pas été représenté.
Le fonctionnement est le suivant.
L'appareil étant supposé en ordre de marche, c'est-à-dire la cornue étant chauffée et pleine de coke en voie de formation, on amène le bouclier 13 dans la position telle que 6' coïncide avec 7 ; en abaissant le poussoir 15 on remplit la capacité 14 de "pâte à coke". On fait alors tourner autour de 5 l'ensemble 13-14- 17 : les ouvertures 6' et 6 étant en coïncidence le poussoir 15 est lentement déplacé vers le haut ce qui a pour effet d'intro- duire la charge de pâte à coke dans la cornue. Il est évident que le mouvement d'oscillation du mécanisme d'alimentation peut être remplacé par un mouvement de translation, les boucliers cylindriques étant alors remplacés par des boucliers plans ou même par des boucliers cylindriques, les génératrices étant alors parallèles à la translation.
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Le poids de coke contenu dans la cornue et le frottement de la charge contre les parois assurent la pression nécessaire à la réussite de l'opération.
La partie métallique de la cornue est de dimensions telles et la vitesse de progression est déterminée de telle façon que le semi-coke est déjà solidifié lorsque la charge pénètre dans la cornue réfractaire, laquelle est portée à température élevée.
Le semi-coke achève, par conséquent, de se transformer en coke dans une atmosphère d'hydrocarbures comme il a déjà été indiqué dans l'exposé de principe du procédé.
La cornue métallique (fig.2) est munie extérieurement et intérieurement de nervures ; nervures extérieures 18 forment un quadrillage qui a pour effet de consolider la paroi d'une part, et d'autre part, d'améliorer la transmission de la chaleur; les nervures verticales internes 19 ont pour effet d'une part, d'améliorer la transmission calorifique dans la masse et, d'autre part, de préparer dans le semi-coke des amorces de rupture et des rainures dans lesquelles se dégageront les matières volatiles au cours de la carbonisation à haute température.
Le semi-coke est en principe formé et solidifié avant péné- tration dans la cornue réfractaire 2 (Fig.4); celle-ci a pour cette raison, une section légèrement plus grande que la cornue métallique et elle est dépourvue de nervures internes. Dans la chambre à coke 9 sont disposés des pulvérisateurs d'eau pour assurer l'extinction et le refroidissement du coke.
A titre de variante, le dispositif général et le mode de fonctionnement sont modifiés comme suit :
Dans le cas où l'on désire obtenir un coke très combustible et très réactif, par exemple du coke pour usages domestiques, chauffage central ou gazogènes à gaz pauvre, il y a lieu d'évi- ter la formation de graphite pelliculaire et, corrélativement, il est alors possible de récupérer des produits liquides de va-
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leur et du gaz à plus haut pouvoir calorifique. Pour obtenir ce résultat il suffit de supprimer l'évacuation de gaz à la partie supérieure 11 et de ménager un départ au voisinage de la jonction entre la cornue métallique et la cornue réfractaire.
Dans ce cas les produits volatils de la pyrogénation circulent dans le même sens que le charbon pour le parcours inférieur (cornue métalli- que) et en sens inverse du charbon pour le parcours supérieur (partie réfractaire). Dans ce cas également les pulvérisateurs d'eau de la chambre à coke 9 peuvent être remplacés par des in- jections de vapeur ce qui a pour effet, d'une part, d'assurer l'extinction du coke et, d'autre part, de provoquer la formation d'une certaine quantité de gaz à l'eau. On remarquera que dans ce processus l'action de la vapeur d'eau sur le coke incandescent a pour effet d'accroître la réactivité et la combustibilité du coke produit.
A titre de deuxième variante, le procédé et le four peuvent être modifiés en vue de l'obtention de semi-coke : suffit de supprimer la partie réfractaire ou, tout au moins d'en réduire notablement la hauteur, suivant que l'on désire obtenir un semi- coke plus ou moins évolué. De même dans ce cas, le départ de gaz et de goudron pourra se placer plus ou moins bas et même à la partie tout à fait inférieure de la cornue métallique, si l'on désire obtenir un véritable goudron primaire.
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Process for making coke.
The invention which is the subject of the present patent relates to the production of a coke endowed with particular properties; it is made up of a set comprising a) a new manufacturing process, b) as a new industrial product, the coke obtained by this process, c) a new furnace system for the application of the process.
In order to make the following description clearer, it is necessary first of all to summarize quickly and in an elementary manner, some of the current knowledge on the formation of coke and on the behavior of this fuel in the various uses which it uses. are made.
Coking coal or coal mixtures used for the manufacture of coke undergo, under certain conditions of heating rate in the absence of air, a more or less complete pasty fusion: constituents escape
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to this merger; these are in particular: mineral matter (ash) pre-existing amorphous or graphitic carbon, particularly in the form of "charcoal" and finally certain humic compounds which decompose without melting.
These infusible constituents are coated, rendering the fusion in the pasty mass extremely complex, which can be said, on first analysis, that it effectively constitutes a homogeneous phase; one can and must even admit that these inclusions are detrimental to obtaining a coke of good quality and that they must therefore be as scarce as possible; are indeed very scarce in the best kinds of natural coking coals.
During carbonization or pyrogenation, the homogeneous dough phase undergoes a series of physico-chemical transformations which result in the elimination of gaseous or liquid products while the remaining material is progressively enriched in carbon and ceases at a certain moment to be really homogeneous precisely because of the appearance of free carbon; at a certain temperature of the order of 5 50, the remaining material solidifies (it is then called semi-coke), then the heating continuing, it loses again various constituents in the form of gaseous compounds, and finally it is transformed into coke proper, that is to say practically into carbon, almost pure, containing the ash in the state of inclusions.
The carbon constituting the coke is found partially in the amorphous state and partially in the graphite state; it is generally accepted that the increase in the final coking temperature increases the proportion of graphite, but this proportion appears to be mainly linked to the fact that the coke already formed is in the presence of hydrocarbons, in the gaseous phase, undergoing dissociation pyrogenous; in this case it is observed that the coke is formed by a mass of amorphous carbon coated with a film of graphite.
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It is a constant practice to mix coals to obtain what is called - improperly moreover - "the Coking Date". If it is desired to obtain a truly homogeneous coke, the various constituents must be fusible into each other (except, of course, the ash, charcoal, etc.).
A practical rule will be given below for obtaining melt mixtures, but very frequently the condition of complete melting is not observed in the current art, it is thus for example that one introduces in the "coke paste" lean or anthracite infusible coals, coke or semi-coke dust or even flaming dry coals. When such mixtures are used, the precaution is generally taken to grind very finely (intangible) the infusible constituent and to mix it as intimately as possible with the other constituents, otherwise the coke obtained is analogous to a " concrete "or" nougat "in which the grains of the infusible constituent are found more or less unaltered in their shape and simply coated in a more or less homogeneous cement.
It has been observed that the cokes thus formed frequently give poor results in use, especially in the blast furnace. In fact, the grains of infusible constituent, even impalpable, are most often transformed into graphite which is particularly not very reactive and not very combustible, while the cement is generally constituted by amorphous carbon which is itself very reactive and very combustible; it then happens that the cement gasifies with ease in the upper part of the blast furnace, while the graphitized grains set free, difficult to gasify, are entrained in the state of dust; this results in a particularly high "mileage", a consequence of an abundant production of gas and the entrainment of dust rich in carbon.
The inventors have recognized, on the contrary, that good blast furnace coke must consist of a spongy mass of
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amorphous carbon - exhibiting as high reactivity and combustibility as possible - protected by a continuous graphite film as thick as possible. such a coke introduced into the blast furnace resists gasification in the upper part of the path under good conditions (reduction in gas production) but it retains a high combustion capacity which develops in the very high temperature zone - erasing in the vicinity of the nozzles.
We can thus increase the speed of the furnace and increase the tonnage, the gas produced is less abundant and less hot, the dust entails less carbon, the relative losses by radiation are reduced and, ultimately, the "metering" is improved. What has just been said about the use of coke in the blast furnace could be repeated with a few modifications, with regard to foundry coke (cupola) and coke intended to supply gasifiers for water gas in cyclical operation .
The purpose of the process which is the subject of this patent is precisely to obtain such a coke (for HF, cupolas, water gas, etc.)
The first condition to be fulfilled consists in choosing the coals entering into the constitution of the coking paste: We know that natural coals can be classified according to their volatile matter index (index related to hard coal, water and ash deducted) and their swelling index (AFNOR method: Mll-001); the diagram shown in FIG. l. The division of this diagram is arbitrary; in what follows, use will be made of the notations and the splitting represented by said figure 1 to the exclusion of all others
Category 5a coals are generally able to give good coke without the need for mixing.
Coals of categories 5b, 6a, 6b, 6c, 7a and 7b should normally be used as a mixture. Under certain conditions which will be specified below, coals of category 4b and certain coals of category 8 can also be used as mixtures.
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In all cases, as much as possible, an attempt will be made to constitute a homogeneous mixture exhibiting the following characteristics, given as a simple indication: volatile matter index between 18 and 32%, swelling index comprised between 5 and 7; it being understood that this is only a simple way to rough up the problem, the mixture then having to be the subject of more detailed tests; can still express this first rule by saying that the mixture must get as close as possible to point 5a type, i.e. MV = 22% G = 5,
In the choice of the constituents of the mixture, one will avoid the disparate coals that is to say belonging to distant classes from each other in the series:
4b, 5a, 5b, 6a, 6b, 6c, 7a, 7b, 8, unless one brings in intermediate coals serving as a sort of flux or third-party solvents. By way of examples: a mixture exclusively composed of 5b and 7b cannot give good results, while a quaternary mixture 5b, 6b, 6c and 7b would be suitable; likewise, a ternary mixture such as 5a, 6b and 6c can be used. Two coals belonging to families quite distant from each other but having a common border, can sometimes be used if they are themselves neighbors of the common border. This rule of continuity is particularly important for categories 4b and 8 which require the use of adjacent coals, that is to say 5a for 4b and 7b for 8.
The second condition to be met consists in maintaining in the mass, during the pyrogenic fusion, all of the bituminous constituents which originate therein; knows that the pseud constituents do not pre-exist in natural charcoal (at least for the most part) but that they are formed during pyrogenation; we also know that these so-called pseudo-constituents: "gamma constituents", form an approximately continuous series from gamma 1 to gamma 4, the former being liquid and more or less A
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volatile, the latter being solid; these constituents are soluble and miscible with one another.
Too slow heating, when special precautions are not necessary, risks causing, on the one hand, the departure of the most volatile and fluid constituents and, on the other hand, the pyrogenic decomposition of the constituents that are the most fluid. heavier, which affects the homogeneity of the semi-coke produced.
On the contrary, if by appropriate means (for example by operating under pressure) the constituents are kept in place, a homogeneous pasty phase is obtained, even if the coals entering the mixture are not, by themselves, entirely fusible: this is the case, for example, with extreme coals (4b and 8) which contain constituents which are infusible in themselves but which can be dissolved in all of the bituminous constituents. It was thus possible to achieve, by operating under pressure, the homogeneous melting of a coking Date containing a high proportion of dry flaming coals (category 8) and even of lignites located beyond category 8.
The melting being obtained under the conditions defined above, the Dyrogenation and the formation of semi-coke continue because a gradual rise in temperature; if the pyrogenation takes place in the presence of gaseous hydrocarbons, the further formation of a graphite film is obtained, the more resistant the more contact is maintained for a longer time and the more gradual heating up. and the final temperature is higher.
To achieve this result, the operation is carried out in a continuous distillation furnace in which the coke in the process of formation, and the volatile products (gaseous or liquid) emanating from the pyrogenation, travel in the same direction; knows that in ordinary furnaces of gas plants known as continuous distillation, on the contrary, the coke in the process of formation and the volatile products traveling in the opposite direction.
In principle the retort (or chamber) in which
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the operation can be vertical, inclined or even horizontal and the progression of the coal and the volatile products can be done in any direction (upward or downward) but in order to simultaneously obtain the compression of the mixture during pyrogenation and the progression in the same direction of coke and of the volatile products, the inventors have adopted, as a particular embodiment, the vertical arrangement for the retort and the upward circulation for the products.
According to this embodiment, the oven used therefore consists of a series of vertical externally heated chambers each provided at their lower part with a pressurized supply device for the introduction of the coke paste and, at the bottom. upper part, of a device for extracting coke, on the one hand, and gaseous and volatile products on the other; the whole being sealed in order to avoid gas losses. It will be noted that the gas obtained by cracking ooussé gaseous and liquid hydrocarbons in the presence of coke is essentially composed of hydrogen and carbon monoxide; gas is susceptible of applications in chemical synthesis; As a new industrial product, the invention therefore also comprises the gas for chemical synthesis obtained by this process.
The following description is given by way of example; it is understood that the detailed arrangements, the nature of the materials used for the construction, the shape of the components may undergo modifications, even significant ones, without departing from the scope of the invention which is the subject of this patent.
Figure 2 shows a schematic sectional elevation of a chamber or retort.
FIG. 3 represents a section of the furnace along the horizontal plane AB.
FIG. 4 represents a section of the furnace along the horizontal plane CD.
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The distillation retort is made up of two parts: the lower part 1 is metallic and the upper part 2 is made of refractory materials (silica, silico-alumina, carborundum, etc.).
In principle, the metal part comprises parallel vertical generatrices (as shown in the drawing) but, for the treatment of coke pulp having particular characteristics, it may be necessary to give it a certain conicity (convergence of the generatrices upwards. or down as appropriate).
The whole of the metal and refractory retort is placed in a laboratory 3 heated by gas burners or otherwise, according to the usual devices of gas factory ovens or coke ovens.
At the lower part of the furnace there is a cylindrical metal shield 4 of axis 5 provided with two openings: first 6 corresponds to the lower opening of the retort; second 7 corresponds to the base of a feed hopper 8 which receives the "coke paste" from a suitable feed device not shown in the figure.
At the top, the retort is surmounted by a metal chamber 9 with which it communicates freely.
The chamber 9 is bent as shown in the figure and it carries an unloading pad 10 or any other sealed means making it possible to extract the coke intermittently or continuously. In addition, the chamber 9 carries a pipe 11 arranged for the evacuation of gas and other volatile products. A series of ribs, fixed or removable, serves as a reinforcement for the upper part of the chamber 9 at the point where the dislocation of the coke cake occurs. Below the cylindrical shield 4 is the apparatus for introducing the coke paste. This device consists of a cylindrical shield 13 of the same axis and
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of the same radius of curvature as the shield 4 against which it is exactly applied.
The shield 13 carries an opening 6 'which oeu come into coincidence either with the opening 6 as shown in Figure 2, or, by rotation around the axis 5 in the direction of arrow F, with the opening 7 of the hopper 8. The shield 13 has a sufficient extent so that the opening 7 is obstructed when 6 and 6 'are in coincidence and so that 6 is in turn obstructed when 6' coincides with 7. Below 6 'is a metal container 14 in which can move a pusher 15 acting in the manner of a piston.
The pusher 15 is put into reciprocating movement upwards and downwards by any suitable device, mechanical, hydraulic or otherwise; by way of example, FIG. 2 represents a hydraulic control: the pusher 15 is connected to a press piston 16 which moves in a press pot 17 oscillating around the axis 5.
The system making it possible to oscillate the assembly of the press pot 17 of the capacity 14 and of the shield 13 around the axis 5 is easy to design and has not been shown.
The operation is as follows.
The apparatus being assumed to be in working order, that is to say the retort being heated and full of coke being formed, the shield 13 is brought into the position such that 6 'coincides with 7; by lowering the pusher 15, the capacity 14 is filled with "coke paste". The assembly 13-14-17 is then rotated around 5: the openings 6 'and 6 being in coincidence the pusher 15 is slowly moved upwards which has the effect of introducing the charge of coke paste. in the retort. It is obvious that the oscillation movement of the feed mechanism can be replaced by a translational movement, the cylindrical shields then being replaced by flat shields or even by cylindrical shields, the generatrices then being parallel to the translation.
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The weight of coke contained in the retort and the friction of the charge against the walls provide the pressure necessary for the operation to be successful.
The metal part of the retort is of such dimensions and the speed of progression is determined such that the semi-coke is already solidified when the charge enters the refractory retort, which is brought to high temperature.
The semi-coke therefore completes its transformation into coke in a hydrocarbon atmosphere as has already been indicated in the principle description of the process.
The metal retort (fig. 2) is provided externally and internally with ribs; outer ribs 18 form a grid which has the effect of consolidating the wall on the one hand, and on the other hand, improving the transmission of heat; the internal vertical ribs 19 have the effect on the one hand of improving the heat transfer in the mass and, on the other hand, of preparing in the semi-coke rupture initiators and grooves in which the volatile materials will emerge during high temperature carbonization.
The semi-coke is in principle formed and solidified before entering the refractory retort 2 (Fig.4); this has for this reason, a section slightly larger than the metal retort and it is devoid of internal ribs. In the coke chamber 9 are arranged water sprayers to ensure the quenching and cooling of the coke.
As a variant, the general device and the mode of operation are modified as follows:
In the case where it is desired to obtain a very combustible and very reactive coke, for example coke for domestic uses, central heating or lean gas gasifiers, it is necessary to avoid the formation of film graphite and, correlatively. , it is then possible to recover liquid products from
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their and gas with higher calorific value. To obtain this result, it suffices to eliminate the evacuation of gas at the upper part 11 and to provide an outlet in the vicinity of the junction between the metal retort and the refractory retort.
In this case, the volatile products of pyrogenation circulate in the same direction as the carbon for the lower path (metal retort) and in the opposite direction of the carbon for the upper path (refractory part). In this case also the water sprayers of the coke chamber 9 can be replaced by injections of steam which has the effect, on the one hand, of ensuring the extinction of the coke and, on the other hand. , cause the formation of a certain quantity of gas in the water. It will be noted that in this process the action of water vapor on the incandescent coke has the effect of increasing the reactivity and combustibility of the coke produced.
As a second variant, the process and the furnace can be modified with a view to obtaining semi-coke: it suffices to remove the refractory part or, at the very least to significantly reduce its height, depending on what is desired obtain a more or less advanced semi-coke. Likewise in this case, the departure of gas and tar can be placed more or less low and even at the completely lower part of the metal retort, if it is desired to obtain a true primary tar.