PROCEDE DE FABRICATION D'UN COMBUSTIBLE GAZEUX.
La présente invention est relative à la fabrication de combustibles gazeux en partant d'hydrocarbures, et vise plus particulièrement un procédé et un appareillage nouveaux et perfectionnés, permettant de-'transformer des huiles hydrocarbonées normalement liquides, et des gaz hydrocarbonés condensables, en un gaz homogène, hautement combustible, spécialement applicable, de par ses qualités, au chauffage.
Le procédé de production de combustible gazeux en partant d'huiles hydrocarbonées consiste, suivant l'invention, à faire passer .de la vapeur d'eau a travers une zone contenant des matières réfractaires chaudes pour préchauffer
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vers une zone de réaction sensiblement libre de toute obstruction,- maintenue à une température assez haute pour vaporiser et craquer partiellement un huilé
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gazeux résultant de ladite zone de réaction de haut en bas à travers une zone de fixation contenant de la matière réfractaire susceptible d'emmagasiner des calories, et portée à une température assez élevée pour fixer le mélange réacti onnel gazeux.
D'autre part, l'appareillage destiné à transformer l'huile hydrocarbonée en gaz d'huile comprend, suivant l'invention :.
- une chambre d'accumulation de chaleur contenant une masse réfractaire dans laquelle sont ménagées des lacunes permettant le passage d'un gaz;
- une chambre de réaction vide, à parois.garnies en réfractaires;
- des moyens de raccordement permettant de faire circuler les gaz de la chambre d'accumulation de chaleur à la partie inférieure, de la chambre de réaction vide; - une chambre de fixation contenant une masse réfractaire entrecoupée de lacunes permettant le passage des gaz;
- un conduit à gaz reliant les parties supérieures de la chambre de réaction vide et de la chambre de fixation; <EMI ID=3.1> chambre de réaction vide et de la chambre de fixation; l'une de ces conduites montantes étant reliée à sa base à la chambre d'accumulation de chaleur et l'autre étant reliée à sa base à la base de la chambre de fixation; <EMI ID=4.1> tion' de chaleur;
- un ajutage d'arrosage vers la partie supérieure de la chambre de réaction vide pour y injecter de haut en bas l'huile hydrocarbonée; <EMI ID=5.1> la chambre de fixation, la chambre de réaction et la chambre d'accumulation de chaleur; -
- enfin, un conduit de liaison assurant le retour de gaz recirculé depuis un point en aval de la chambre de réaction jusqu'à la base de la chambre de réaction.
On connaît déjà un système à quatre chambres, à circulation en contre-courant, pour la production de combustibles gazeux à partir d'hydrocarbures liquides. La présente invention vise essentiellement un procédé à circulation unidirectionnelle, comportant trois zones principales assurant la décomposition pyrolytique des matières premières hydrocarbonées pour les transformer en combustible 'gazeux.
Le succès de la fabrication industrielle de gaz d'huile est fonction d'un grand nombre de facteurs, parmi lesquels on peut citer : la possibi-
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la possibilité de craquer les fractions les moins chères des huiles de pétrole, telles que les gaz-oils légers ou les résidus lourds de craquage; la possibilité de pouvoir produire du gaz.,, rapidement et en continu, en partant des huiles hydrocarbonées.et de pouvoir, inversement, interrompre la production d'une manière simple et rapide; enfin l'utilisation d'un dispositif de craquage de construction économique et peu encombrant.
La présente invention se propose de transformer d'une manière efficace les hydrocarbures liquides en gaz à haut pouvoir calorifique et à faible densité; elle se propose de réaliser cette transformation en partant d'huiles de pétrole de basse qualité, en éliminant les sous-produits carbonés. Elle "vise un appareil de production économique, peu encombrant et durable. D'autre buts et avantages de l'invention ressortiront de la suite de la description et du dessin annexé.
L'appareillage permettant de réaliser la transformation d'huile
en gaz conformément à l'invention, comprend en combinaison :
- une chambre ^d'accumulation de chaleur destinée à emmagasiner, puis à restituer des calories, et contenant à cet effet des matériaux réfractaires entre lesquels sont ménagées des lacunes permettant le passage des gaz;
- une conduite montante verticale s'élevant au-dessus* de la chambre d'emmagasinage de la chaleur et reliée par sa partie inférieure à la base de cette chambre pour l'évacuation des déchets gazeux;
- une valve ou un opercule de cheminée au sommet de la conduite montante;
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pour l'introduction d'air primaire; <EMI ID=8.1>
chaleur;
- une chambre de réaction vide, à parois garnies de'réfractaires, près de la base de laquelle est ménagé un orifice que doivent traverser les gaz qui pas-'- <EMI ID=9.1>
- un conduit à gaz, à parois garnies de réfractaires, reliant le sommet de la chambre d'accumulation de la. chaleur à la base de la chambre de réaction en un point situé à un niveau plus bas que ledit orifice;
- un raccord d'admission d'air secondaire dans' la base de la chambre de réaction;
- un raccord d'admission d'huile de chauffage ménagée:.. vers là base, de la chambre de réaction en un point situé plus haut que ledit orifice;
- une ouverture pour l'introduction d'hydrocarbure gazeux porteur dans la-base de la chambre de réaction;
- un ajutage d'arrosage dirigé vers le bas et situé vers la partie supérieure de la chambre de réaction pour assurer la dispersion de l'huile de départ;
- une chambre de fixation à parois garnies de réfractaires et contenant des matériaux réfractaires pourvus de lacunes permettant le passage des gaz;
- un conduit à parois garnies de réfractaires reliant les parties supérieures de la chambre de réaction et de la chambre de fixation;
- une seconde conduite montante verticale, à parois garnies de réfractaires, s'élevant à une hauteur supérieure à celle de la chambre de fixation et reliée à la base de celle-ci;
- un opercule de cheminée, fixe au débouché supérieur de la seconde conduite mon- <EMI ID=10.1>
- une c analisation d' évacuation du gaz produit partant de la seconde conduite montante;
-enfin, une ouverture d' admission d'air dans cette seconde conduite montante pour l'introduction dans celle-ci d'un courant d'air inverse.
Suivant une variante de l'invention, l'installation comprend :
une chambre d'accumulation de la chaleur destinée à emmagasiner, puis à restituer des calories et contenant à cet effet des matériaux réfractaires entrecoupées de lacunes permettant le passage des gaz;
- une conduite montante verticale disposée au-dessus de cette chambre d'accumulation et partant du sommet de celle-ci;
- un opercule de cheminée fixé au débouché supérieur de la conduite montante; .
- des ouvertures d'admission de vapeur d'eau, d'air direct et d'hydrocarbure gazeux porteur dans la conduite montante.-,
- une chambre de réaction vide, à parois garnies de réfractaires, vers la base de laquelle est ménagé un orifice que doivent traverser les gaz passant à travers la chambre de réaction;
- un conduit à gaz à parois garnies de réfractaires reliant la-base de la chambre d'accumulation de chaleur à la base de la chambre de la. réaction en un point situé. plus bas que ledit orifice; <EMI ID=11.1> tion;
- une ouverture d'admission d'huile de chauffage ménagée vers la base de la chambre de réaction en un point situé au-dessus dudit orifice;
- une buse d'arrosage dirigée vers le bas, située vers le sommet de la chambre de réaction pour assurer la dispersion de l'huile de départ;
- une chambre de fixation à parois garnies en réfractaires et contenant des matériaux réfractaires entrecoupés de lacunes permettant le.passage des gaz; - des ouvertures d'admission auxiliaires d'huile de chauffe- et d'air débouchant dans la partie supérieure de la chambre de fixation;
- une conduite à parois garnies en réfractaires reliant les sommets des chambres de réaction et de fixation;
- une seconde conduite montante verticale à parois garnies en réfractaires s'élevant au-dessus de la chambre de fixation et raccordée à celle-ci par sa- base;
- un opercule de cheminée au débouché supérieur de la seconde conduite montante;
- une canalisation d'évacuation du gaz produit partant de la seconde conduite montante;
- enfin, une ouverture d'admission d'air dans cette seconde conduite montante pour l'introduction d'un courant d'air inverse. -
Selon un premier mode de mise en oeuvre, le procédé objet de l'invention, consiste :
- à faire passer de l'air à travers une première zone remplie au moins partiellement de matériaux réfractaires chauds entrecoupés de lacunes permettant le passage de l'air pour préchauffer celui-ci;
- à introduire l'air ainsi préchauffé de bas en haut dans une seconde zone, vide, en contact direct avec une matière combustible qui brûle en présence de cet air préchauffé pour céder des calories aux parois de la seconde zone;
- à faire passer les gaz de combustion produits par la réaction des matières combustibles avec l'air de haut en bas à travers une troisième zone au moins partiellement remplie de matériaux réfractaires entrecoupés de lacunes permettant le passage de ces gaz, pour transmettre ainsi les calories des gaz de combustion aux matériaux réfractaires;
- à évacuer les gaz de combustion de cette troisième zone;
- à faire passer de la vapeur d'eau de bas en haut à travers la première zone;
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- à introduire ce mélange dans la base de la seconde zone;
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zone en contre-courant par rapport au courant ascendant de vapeur d'eau et d'hydrocarbure gazeux porteur, dont la vitesse est maintenue à une valeur assez haute pour empêcher que les matières carbonées ne puissent sortir de la seconde zone par en bas;
- à évacuer les constituants gazeux sensiblement exempts de matières carbonées
- solides ou liquides du sommet de la seconde zone;
- à les envoyer de haut en bas à travers la troisième zone, de manière à fixer ces gaz;
- à évacuer enfin ces constituants gazeux de la troisième zone.
Suivant un mode de mise en oeuvre particulier, on chauffe l'appareil jusqu'à une température de craquage des gaz, en faisant passer de l'air de haut en bas à travers une conduite montante à parois garnies en réfractaires préalablement chauffées, puis de haut en bas à travers un empilage de briques chauffé contenu dans une première chambre pour chauffer l'air encore davantage; on fait passer l'air ainsi préchauffé de la base de la première chambre garnie de l'empilage dans la base d'une chambre vide dans laquelle on admet de l'air secondaire et de l'huile de chauffe, cette dernière brûlant et cédant ainsi des calories aux parois de la seconde chambre vide;
puis on dirige les gaz de combustion à travers un conduit à gaz jusqu'au sommet d'une troisième chambre contenant un empilage de briques et de haut en bas à travers cette chambre pour chauffer cet empilage, et on évacue les gaz de combustion à l'air libre par une seconde conduite montante partant de la base de la troisième chambre; on admet de la vapeur d'eau dans la première conduite montante de haut en bas à travers la première zone, de bas en haut à travers la seconde zone, et de haut en bas <EMI ID=14.1>
troduit de la vapeur d'eau et un hydrocarbure gazeux de support dans la première conduite montante de haut en bas à travers les empilages de la première, chambre, puis on la fait passer par un orifice de bas en haut dans la seconde
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d'huile à gazéifier, la vitesse du mélange de vapeur d'eau et d'hydrocarbure gazeux porteur étant maintenue assez élevée pour empêcher les vapeurs d'huile et le carbone de passer de haut en bas à travers l'orifice; on évacue les constituants gazeux sensiblement exempts de matières carbonées solides et
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vers la partie supérieure d'une troisième chambre; puis on fait passer les constituants gazeux de haut en bas à travers cette troisième chambre contenant les matériaux réfractaires chauds pour y fixer le gaz; on fait passer les constituants gazeux de la base de la troisième chambre de bas en haut à travers la seconde conduite montante, et on évacue les constituants gazeux de' celle-ci à l'air libre; on purge le système des constituants gazeux en faisant [deg.]passer. de la va-
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puis de haut en bas à travers la première chambre, de bas en haut à- travers la seconde chambre, de haut en bas à travers la troisième chambre, et enfin de bas en haut à travers la seconde conduite montante.; on injecte un courant inverse d'air dans le sommet de la' seconde conduite montante, de bas en haut à travers la chambre de fixation, de haut en bas à travers la chambre de réaction, de bas en haut à travers la première chambre, et on évacue à l'air libre les gaz de combustion résultant de la combustion des dépôts charbonneux dans les chambres, par la-première conduite montante, restituant ainsi les calories aux empilages réfractaires dans la première chambre.
Suivant une variante de mise en oeuvre, on fait passer de l'air .. primaire de bas en haut à travers l'empilage de réfractaires chauds contenu dans une première chambre pour préchauffer cet air; on mélange l'air préchauffé à
de l'air secondaire et on le fait passer dans la base d'une seconde chambre vide dans laquelle on introduit.de l'huile de chauffage qui y brûle, cédant de
la chaleur aux parois de la seconde chambre; on envoie les gaz de combustion résultants, avec un excès d'air, au sommet d'une troisième chambre où l'on introduit un appoint d'huile de chauffage qui brûle, pour engendrer un supplément de gaz de combustion; on fait passer les produits de la combustion de haut en bas à travers une troisième chambre contenant des matériaux réfractaires entrecoupés de lacunes permettant le passage des gaz, pour transmettre la chaleur des gaz de combustion aux réfractaires; et on évacue les gaz de combustion à l'atmosphère par une seconde conduite montante partant de la base de là troisième chambre; on fait passer un courant direct d'air de bas en haut à travers la première et la seconde chambre;
de haut en bas à travers la troisième chambre et de bas. en haut à travers la seconde conduite montante pour purger le système des produits de combustion; on fait passer de la vapeur d'eau de bas en haut
à travers les réfractaires de la première chambre; on mélange à la vapeur d'eau un hydrocarbure gazeux porteur; puis on évacue .le mélange de vapeur d'eau .et
de ce gaz porteur par un orifice de bas en haut dans la seconde chambre, vide, en contre-courant par rapport à une pluie descendante d'huile à gazéifier, la vitesse du mélange de vapeur d'eau et de gaz hydrocarbonés porteurs étant maintenue assez grande pour empêcher le passage des vapeurs d'huile et de carbone de haut en bas par l'orifice; on évacue les constituants gazeux, sensiblement débarrassés des matières carbonées solides comme des huiles liquides, par le sommet de la chambre vide par un conduit à gaz, les faisant passer dans le som-
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chambre pour y fixer le gaz; on fait passer les .constituants gazeux'de la base de la troisième -chambre à travers la seconde conduite montante et on les évacue par le sommet de celle-ci; on purge le système des constituants-gazeux qu'il contient, en introduisant, de l'extérieur, de la vapeur d'eau suivie d'un courant
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de haut en bas à travers la troisième chambre, pour les évacuer à l'extérieur par la seconde conduite montante; on injecte un courant d'air inverse dans la seconde conduite montante, de bas en haut à travers la troisième chambre, de haut en bas à travers la seconde et la première; et on évacue enfin les déchets gazeux à l'atmosphère par la première conduite montante, restituant ainsi de
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Le dessin annexé indique schématiquement -les circuits mis en oeuvre dans le procédé et l'appareillage, objets de l'invention.
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de chaleur 1, la chambre de réaction 2, la chambre de fixation 3. et les conduites de liaison sont, de préférence, constituées par des parois métalliques 4. garnies de calorifuge 5 et de matières réfractaires appropriées. 6, telles que des briques ou tuiles réfractaires absorbant la chaleur et protégeant également les parois métalliques 4 du contact direct des gaz chauds. Dans la chambre d' accumulation de chaleur 1 sont disposés des matériaux ou briques réfractaires 7 entrecoupés de lacunes destinées à permettre aux courants gazeux de les traverser. Les briques réfractaires 7 ont pour action d'absorber les calories provenant des gaz de combustion à haute température qui les traversent pendant un certain stade du fonctionnement, et de céder les calories ainsi emmagasinées
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tion. Les gaz de combustion résultant du courant d'air inverse s'évacuent par la base de la chambre d'accumulation de la chaleur 1, par la conduite 8, dans la base de la seconde conduite montante 9, puis passent par l'opercule ou valve de cheminée ouverte 11 dans la cheminée 32. L'air primaire,. servant de comburant pour brûler les matières combustibles destinées à porter l'appareillage à la température de craquage, peut être introduit dans la base de
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Un orifice circulaire 16 ménagé vers la base de la chambre de réaction vide 2 communique aux gaz qui traversent celle-ci de bas en haut une vitesse suffisante, empêchant ainsi la chute de matières carbonées solides et liqui-
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un point situé à un niveau inférieur à celui de l'orifice 16. De l'air secondaire peut commodément être introduit par la canalisation 18 et la vanne 19. L'hydrocarbure gazeux porteur, qui doive être introduit en amont de l'orifice
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par l'orifice 16 peut être aisément accompli en prévoyant dans'ce but une petite cavité 22 en-dessous de l'orifice 16. L'huile à gazéifier, pompée par la cana-
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Les parties supérieures des chambres 2 et 3 sont reliées par un conduit 26 destiné à acheminer les gaz de l'une à l' autre. La chambre de fixation 3 est, de préférence, presque entièrement remplie d'empilages réfractaires ou briques réfractaires 27 ménageant des espaces intermédiaires de manière à permettre le libre passage des gaz. Les gaz pénétrant dans le fond de la chambre 3 ou en sortant, s'écoulent par la conduite 28 qui débouche par son autre extrémité dans la. partie inférieure de la conduite montante principale 29. Pendant les temps de soufflage, les gaz de combustion sont évacués à l'air libre par le sommet de la conduite montante 29, l'opercule de cheminée ouvert 31 et la cheminée 32. L'opercule de cheminée 31 reste fermé pendant les périodes
de gazéification et le gaz combustible s'évacue alors par une canalisation 33 et une vanne 34 vers une caisse de lavage classique, non représentée. Le courant d'air inverse peut être introduit au sommet de la conduite montante 29
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ré de l'invention, on peut utiliser une fraction du gaz produit en tant que gaz hydrocarboné de support, et le renvoyer en circulation à cet effet par la cana-
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le fond de la chambre de réaction 2; on pourrait aussi ajouter un hydrocarbure normalement gazeux provenant d'une source extérieure par une canalisation 41 et une vanne 42..
Dans la plupart des cas, les calories dégagées pendant le temps'
de soufflage .par la combustion des dépôts de carbone résultant de la pyrolyse des hydrocarbures de départ, ne suffisent pas à amener les chambres de réac-
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quag� rapide. En conséquence.. on peut introduire dans la chambre 2 de l'huile de chauffe provenant d'une source extérieure, l'injection étant de préférence,
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celle régnant dans la chambre de réaction 2, peut être réalisée en injectant des quantités dosées d'huile de chauffe dans la partie supérieure de la chambre 3 par la canalisation 45 et la vanne 46.
On va maintenant décrire un cycle de fonctionnement complet, en commençant par la période ou le temps de gazéification.
La vapeur d'eau pénètre par la'canalisation 14 dans la partie in-
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partie 7 des empilages réfractaires, en extrayant une partie de la chaleur emmagasinée de manière à être fortement surchauffée et à se dilater beaucoup. La vapeur surchauffée passe du sommet de la chambre 1 par le conduit 17 dans la base de la cavité 22 de la chambre de réaction 2, où elle se mélange à un hydrocarbure gazeux porteur pénétrant par la canalisation 21. Le mélange de vapeur surchauffée et de l'hydrocarbure gazeux de support passe par l'orifice
16 de bas en haut dans la chambre 2, en contre-courant par rapport à la pluie d'huile injectée de haut en bas par la buse d'arrosage 23.
On constate que si le mélange de vapeur d'eau. et de gaz porteur à travers l'orifice 16 est animé d'une vitesse supérieure à 15,2 mètres seconde environ, la chute des matières carbonées dans la cavité 22 se trouve suffisamment ralentie; si on laissait ces matières carbonées se déposer dans la cavité,. elles s'y accumuleraient rapidement, obstruant l'appareil. A la suite d'une opération de soufflage antérieure, les parois réfractaires de la chambre 2 se trouvent à une
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viron. Dans la chambre 2, il se produit une vaporisation quasi-instantanée de l'huile à gazéifier injectée par la :buse 25, et le craquage de l'huile progresse en même temps, ces deux effets provoquant la mise en liberté de carbo-
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fication de haut en bas, en contre-courant par rapport au courant ascendant
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tuants vaporisés et gazeux par le sommet de la chambré de réaction, emprisonne dans celle-ci les matières carbonées résiduelles, laissant les constituants
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ou liquides. On a constaté de plus que les matières carbonées adhèrent aux surfaces internes de la chambre de réaction vide, en dehors de la trajectoire des courants de fluides circulant lors des divers temps du procédé, évitant ainsi l'obstruction de l'appareillage et assurant un fonctionnement continu sans provoquer aucune réduction appréciable du débit et sans nécessiter d'interruptions pour nettoyage, à la suite de la vaporisation et du craquage de
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rature, convenant au craquage gazeux., qui y règne, et avec l'aide supplémentaire fournie par le passage de volumes relativement importants de vapeur d'eau et de gaz hydrocarboné de support, on constate qu'en général, plus des 75%
des matières hydrocarbonées formées dans ce procédé par la transformation de l'huile, sont retenues dans la chambre de réaction vide. Seuls des gaz et
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lourdes formatrices de carbone, sont soumis à la réaction ultérieure dans la chambre de fixation 3. De cette manière, on réduit notablement les dépôts de carbone sur les empilages 27 de la chambre de fixation 3, ce qui a pour avantage d'éviter l'obturation ou le colmatage des interstices et de réduire l'effritement des briques souvent provoqué par les écarts brusques de temperature et par la température élevée des flammes produites par la combustion des dépôts massifs de charbon sur les empilages.
Dans la chambre 2 a lieu une nouvelle réaction entre le carbone incandescent formé par la pyrolyse de l'huile et la vapeur montant à travers la chambre 2 directement au contact de ce carbone, pour produire du gaz bleu; -on voit ainsi que le carbone est mis à profit pour la production de gaz combustible utile, tout en dégageant l'installation d'une fraction du carbone qui se forme pendant le traitement.
Bien que l'invention permette le craquage de matières premières
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carbures liquides lourds, , pour donner du. gaz combustible, .elle rapplique tout particulièrement à la conversion des huiles hydrocarbonées de basse qualité, telles que les huiles résiduelles lourdes de craquage, dont l'indice de carbone Conradson dépasse 10, pour fournir un gaz à haut pouvoir calorifique et faible densité, sans accumulations de charbon dans l'installation.
La conversion des gaz et vapeurs sortant par le sommet de la chambre 2 est achevée par leur passage descendant à travers les matériaux réfractaires 27 préalablement portés à une température appropriée au craquage gazeux. Comme les gaz et les vapeurs traversant la chambre 3 sont relativement exempts de constituants susceptibles de former du carbone solide ou liquide, et qu'un craquage appréciable a déjà eu lieu dans la chambre de réaction vide 2, la quantité de carbone déposée sur l'empilage 27 est faible et facile à enlever lors de l'opération ultérieure de soufflage par l'air. Les produits de.réaction s'écoulent par la partie inférieure de la chambre 3 par le conduit 28,
et par la conduite montante principale 29, à parois garnies de réfractaires, pour céder une partie de leur chaleur et s'évacuer par la canalisation 33 et la vanne 34 vers la laveuse afin d'y être traités à la manière classique.
Le gaz hydrocarboné porter, constitué par du méthane, de l'éthane, du propane, ou un mélange de plusieurs de ces gaz, introduit dans la chambre 2
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source extérieure. Cependant, dans le mode de mise en oeuvre préféré, on renvoie- en circulation une fraction du gaz produit, fraction de préférence com-
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tilateur 39 et la canalisation 21. L'utilisation de gaz produit en tant quegaz hydrocarboné, porteur offre le gros avantage de dégrader les gaz hydrocarbonés à haut poids moléculaire, réduisant ainsi le pourcentage des fractions éclairantes dans le gaz final et abaissant, sa densité. Le dessin montre le retour du gaz produit à partir du fond de la chambre de fixation 3; cependant, on peut le soutirer de n'importe quel point commode en aval de la chambre de
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29 ou de la canalisation 33. D'autre part, on pourra utiliser un injecteur
à vapeur à la place d'un ventilateur aspirant pour l'introduction du gaz produit renvoyé dans le circuit.
A la fin du temps de gazéification, .on interrompt l'introduction
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lation de l'hydrocarbure gazeux porteur en fermant la vanne 38; on purge l'appareil en poursuivant l'injection de vapeur d'eau par la canalisation 14 jusqu'à ce que les constituants gazeux aient été expulsés du système par la canalisation 33 et la vanne 34, au moyen de la vapeur injectée, ces gaz étant ainsi récupérés. Le gaz bleu formé par la réaction de la vapeur d'eau et du carbone peut également être récupéré en insufflant un courant direct d'air introduit par la canalisation 12 dans le système et en sortant par la canalisation 33. Aussitôt après l'opération de purge, un courant inverse d'air injecté par la canalisation 35 et la vanne 36, descend par la conduite montante
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courant d'air inverse entraîne la plus grosse partie des dépôts charbonneux sur l'empilage 27 et une partie de ceux déposés sur les'parois de la chambre de réaction 2. Les produits chauds de la combustion du carbone s'écoulent
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des calories aux empilages 7 en vue du préchauffage ultérieur du courant d'air direct et de la surchauffe ultérieure du courant direct de vapeur d'eau. On arrête alors le courant d'air inverse, et on ferme l'opercule 11 et on ouvre l'opercule 31. L'air primaire admis par la canalisation 12 et la vanne 13 monte à travers l'empilage 7; il est ainsi préchauffé et l'air préchauffé pas-se du sommet de la chambre 1 par la conduite 17 dans la partie inférieure de
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qui serait trop basse pour assurer la surchauffe de la vapeur pendant le temps de gazéification il est en général désirable d'introduire une fraction de
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un point situé en aval de la chambre d'accumulation de chaleur 1. De cette façon, la quantité de chaleur emmagasinée par l'empilage 7 pourra se répartir entre l'air en cours de. préchauffage et la vapeur en cours de surchauffe, dans toute proportion voulueo L'air préchauffé monte par l'orifice 16, rencontrant
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s'enflamme, dégageant de la chaleur et amenant les parois réfractaires de la chambre de réaction vide à une température de craquage convenable. On prévoit un excès d'air pour brûler les dépôts charbonneux sur les parois de la chambre 2, formés au cours de la période de fabrication précédente, la chaleur résultante étant également cédée au garnissage réfractaire des parois de la chambre 2, économisant ainsi du combustible. Les gaz de combustion, avec de l'air secondaire en excès chauffé à haute température, traversent le conduit trans-
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sont insuffisants en volume ou en température pour amener les réfractaires 27
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re par la canalisation 45 et la vanne 46. On a constaté en pratique qu'un courant descendant de gaz de combustion chauds, pour chauffer l'empilage 27
de la chambre de fixation 2, assure un gradient de température descendante relativement uniforme, suivant la trajectoire des gaz de combustion,;et une répartition plus uniforme de la chaleur dans tout le volume de l'empilage,
y faisant ainsi régner des conditions de craquage plus uniformes et réduisant les risques de sur-craquage ou de sous-craquage des vapeurs d'huile pendant=
le temps de gazéification. Les gaz de combustion usés, quittant la chambre
de fixation 3 sont évacués à l'atmosphère par le conduit 28, la conduite montante 29 et l'opercule de cheminée 31.
Pour éviter toute dilution du produit gazeux par les gaz de combustion inertes contenus dans le système à la fin de la période de soufflage d'air, il est préférable de purger l'appareil avant de commencer la période de gazéification. Ce purgeage peut être réalisé tout simplement en insufflant de la vapeur d'eau par la canalisation 14 et la vanne 15 dans l'appareil, et en éva-
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çant par la période ou le temps de gazéification peut alors être répété.
La figure 2 représente une variante de l'appareil, destinée à une variante de mise en oeuvre du procédé de l'invention. L'appareil comprend ici trois zones principales, à savoir une chambre d'accumulation de la chaleur 51, une chambre de réaction 52 et une chambre de fixation 53, chacune constituée par une paroi extérieure métallique 54 avec un garnissage réfractaire 55 et une couche de calorifuge 56 entre la paroi et le garnissage. La chambre d'accumulation de chaleur 51 contient un empilage réfractaire 57 qui <EMI ID=51.1>
qui passent en contact direct avec l'empilage, et les restitue ensuite aux courants ascendants d'air et de vapeur au cours des temps de soufflage et de gazéification respectivement. Une conduite montante verticale secondaire 58 part du sommet de la chambre 51 et sert à évacuer les gaz de combustion par
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montante secondaire 58 peut également servir de voie d'entrée pour le courant direct de vapeur d'eau par la canalisation 62, la vanne 63 et la canalisation
64, pour le courant direct d'air passant par la canalisation 65 et la vanne
66 et pour lé courant porteur d'hydrocarbure gazeux passant par la canalisation 67. Un conduit à gaz 68 raccorde le fond de la chambre d'accumulation
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obstruée par aucun remplissage d' aucune sorte, sauf un diaphragme en réfractaire ménageant un orifice circulaire 69 disposé à une faible distance au-dessus du fond de la chambre 52 et servant à communiquer une grande vitesse au courant gazeux ascendant passant à travers la chambre. De l'huile de chauffage et de l'air comburant secondaire sont introduits par les canalisations 71 et 72 respectivement dans la chambre de réaction 52, de préférence vers la base de .celle-ci. A la partie supérieure de cette-chambre sont disposées des buses. 73 qui dirigent une pluie d'huile de départ de haut en bas, en contre-courant par rapport au courant de vapeur d'eau et de gaz hydrocarboné de support. Les gaz sont transférés de l'une à l'autre des deux. chambres
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les relient en leurs sommets. La chambre de fixation 53 qui contient l'empilage réfractaire 75 est pourvue de canalisations auxiliaires 76 et 77 pour l'huile de chauffage et l'air secondaire, respectivement, fournissant un appoint de chaleur à l'empilage. Une conduite transversale 78 à parois garnies
<EMI ID=55.1>
<EMI ID=56.1>
re par l'opercule de cheminée 81 prévu au débouché supérieur de la conduite montante 79 et par la cheminée 82. Pendant la période de gazéification, le gaz produit s'évacue de la conduite montante 79 par la canalisation 83 et la vanne 84 vers la laveuse. Un courant d'air inverse entre dans l'appareil par la canalisation 85 et la vanne 86. On peut faire re-circuler une fraction
<EMI ID=57.1>
canalisation 88, des vannes 89 et 91 et de la canalisation 67 dans la conduite montante secondaire 58. Si l'on utilise un gaz hydrocarboné porteur provenant d'une source extérieure, on peut l'injecter par la canalisation 92 et la vanne 93. '
Dans la variante de la figure 2, un cycle opératoire complet consiste à faire passer un courant d'air ascendant par la conduite 65, par la vanne
66 et la canalisation 64, puis de haut en bas à travers la conduite montante secondaire 58 et la chambre d'accumulation de chaleur 51, pour préchauffer cet air. L'air préchauffé passe ensuite par la conduite 68 dans le fond de
la chambre vide 52 dans laquelle on introduit de l'air secondaire et l'huile de chauffage, cette dernière brûlant et chauffant ainsi les parois garnies de réfractaires de la chambre 52 jusqu'à une température convenable pour le craquage gazeux. L'air en excès brûle les dépôts carbonés sur les parois de la chambre 52, fournissant un appoint de chaleur et éliminant les accumulations de carbone. Les produits de la combustion sont transmis par le conduit transversal 74 dans la partie supérieure de la chambre de fixation 53, où on peut fournir un appoint de chaleur par injection d'huile de chauffage auxiliaire
et d'air, par les conduites 76 et 77. Les produits de la combustion, à
haute températire, descendant à travers la chambre 53, élèvent la température de l'empilage 75 jusqu'à une valeur convenable pour le craquage gazeux. ,Les gaz épuisés sont évacués à l'atmosphère par la conduite 78, la conduite montante principale 79 et l'opercule ouvert 81.
Pour éviter de souiller le gaz produit au moyen des produits de
la combustion, on purge l'appareil en y faisant passer un courant ascendant
de vapeur d'eau introduit par la canalisation 62, la vanne 63, la canalisation 64, cet air descendant ensuite à travers la colonne montante secondaire
58 et la chambre-, d'accumulation de chaleur 51, passant par la conduite transversale 60, de bas en haut par la chambre de réaction 52, le long de la condui-
<EMI ID=58.1>
lement par la conduite 78, de bas en haut par la conduite montante principale
79 et enfin à l'air libre par l'intermédiaire de l'opercule de cheminée 81.
Le purgeage du système pour le nettoyer des gaz de combustion est suivi d'un temps de gazéification proprement dit, qui consiste à faire passer un mélange de vapeur d'eau injectée par la canalisation 62, la vanne 63 et la canalisation 64, avec un gaz hydrocarboné porteur introduit par la canali-
<EMI ID=59.1>
de haut en, bas en contact direct avec l'empilage réfractaire 57, surchauffant ainsi la vapeur d'eau, puis à travers le conduit 68, de bas en haut par l'orifice 69 près du fond de la chambre de réaction vide 52, passant ensuite de bas en haut en contre-courant par rapport à la plaie d'huile à gazéifier tombant des buses 73, et sortant enfin par la conduite transversale 74 dans la partie supérieure de la chambre de fixation 53. Les dépots carbonés formés par la vaporisation et la décomposition pyrolytique de cette huile de gazéi-
<EMI ID=60.1> consommés par la réaction avec la vapeur d'eau. pour former -du gàz'bleu. Le' mélange gazeux sensiblement exempt de matières carbonées solides ou:liquides est fixé par passage de haut en bas à travers l'empilage réfractaire 75 maintenu à une température de craquage gazeux. Le gaz combustible résultant s'évacue par la base de la chambre de fixation 53, passe par la conduite 78, la conduite montante principale 79 et sort par la canalisation 83 et la vanne
84 vers la laveuse pour y subir un traitement classique. Une fraction du gaz
<EMI ID=61.1>
<EMI ID=62.1>
réduire le risque de sur-craquage et de sous-craquage.
On peut, bien que ce ne soit pas là un mode opératoire préféré, supprimer l'injection d'un courant gazeux porteur et remplacer celui-ci par de la vapeur d'eau, pour servir de milieu propulseur au cours des périodes de gazéification. Dans certains cas de mise en oeuvre du procédé, on peut
<EMI ID=63.1>
tion ou pendant certaines fractions de ces périodes. Par exemple, pendant la première partie d'une période de gazéification? la quantité de- gaz produit peut être si faible qu'il serait difficile de le remettre en circulation; ainsi, le renvoi du gaz produit dans le circuit peut être avantageusement retardé jusqu'après les trente premières secondes par exemple. D'autre part, il peut se présenter des circonstances spéciales dans lesquelles on désire limiter la dégradation du gaz, normalement réalisée par sa remise en circula-
<EMI ID=64.1>
re-circuler que pendant une fraction de la période de gazéification.
Pour éviter le risque d'explosion que constituerait l'introduction d'air de soufflage à travers l'appareil contenant des gaz combustibles à la fin de la période de gazéification, on peut insuffler de la vapeur d'eau par
<EMI ID=65.1>
nalisation 83. De cette manière, le gaz d'huile contenu dans le système pourra être récupéré, et on évite en même temps dé souiller l'atmosphère en le déchargeant à l'air libre. La vapeur et le gaz bleu restant dans l'appareil peuvent être expulsés en envoyant un courant d'air direct entrant par la canalisation 65 et sortant par la canalisation 83.
Pour restituer de la chaleur à l'empilage réfractaire 57, on injecte ,un courant d'air inverse par la canalisation 85 et la vanne 86, ce courant d'air descendant par la conduite montante principale 79, montant dans la cham-
<EMI ID=66.1>
voquant alors la combustion d'une partie des dépôts charbonneux formés pendant la période de gazéification, les gaz de combustion résultants à haute température entrant_par la base de la chambre d'accumulation de chaleur 51, cédant
<EMI ID=67.1>
mosphère par la conduite montante secondaire 58 et l'opercule de cheminée 59. Le cycle opératoire peut alors être répété, en commençant par le temps de soufflage
La durée de chaque cycle est variable, suivant la nature de l'huile chargée, les conditions opératoires et la qualité du gaz désiré.
<EMI ID=68.1>
sante pour les temps de soufflage et de gazéification. Il est superflu de recourir à des pressions très supérieures ou inférieures à la pression atmos-
<EMI ID=69.1>
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METHOD OF MANUFACTURING A GASEOUS FUEL.
The present invention relates to the manufacture of gaseous fuels starting from hydrocarbons, and more particularly relates to a new and improved method and apparatus, making it possible to-'transform normally liquid hydrocarbon oils, and condensable hydrocarbon gases, into a gas. homogeneous, highly combustible, especially applicable, by virtue of its qualities, to heating.
The process for producing gaseous fuel from hydrocarbon oils consists, according to the invention, in passing water vapor through a zone containing hot refractories to preheat.
<EMI ID = 1.1>
to a reaction zone substantially free of any obstruction, - maintained at a temperature high enough to vaporize and partially crack an oil
<EMI ID = 2.1>
gas resulting from said reaction zone from top to bottom through an attachment zone containing refractory material capable of storing calories, and brought to a temperature high enough to fix the gaseous reaction mixture.
On the other hand, the apparatus intended to transform the hydrocarbon oil into oil gas comprises, according to the invention:.
a heat storage chamber containing a refractory mass in which gaps are formed allowing the passage of a gas;
- an empty reaction chamber, with refractory lined walls;
- Connection means making it possible to circulate the gases from the heat accumulation chamber to the lower part of the empty reaction chamber; - a fixing chamber containing a refractory mass interspersed with gaps allowing the passage of gases;
- a gas pipe connecting the upper parts of the empty reaction chamber and of the fixing chamber; <EMI ID = 3.1> empty reaction chamber and fixation chamber; one of these risers being connected at its base to the heat storage chamber and the other being connected at its base to the base of the fixing chamber; <EMI ID = 4.1> tion of heat;
a spray nozzle towards the upper part of the empty reaction chamber in order to inject therein from top to bottom the hydrocarbon oil; <EMI ID = 5.1> the fixation chamber, the reaction chamber and the heat storage chamber; -
- Finally, a connecting duct ensuring the return of recirculated gas from a point downstream of the reaction chamber to the base of the reaction chamber.
A four-chamber system, with countercurrent circulation, is already known for the production of gaseous fuels from liquid hydrocarbons. The present invention is essentially aimed at a process with unidirectional circulation, comprising three main zones ensuring the pyrolytic decomposition of the hydrocarbon raw materials in order to transform them into gaseous fuel.
The success of the industrial manufacture of oil gas depends on a large number of factors, among which one can quote: the possibility
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the ability to crack the cheaper fractions of petroleum oils, such as light gas oils or heavy cracking residues; the possibility of being able to produce gas. ,, rapidly and continuously, starting from hydrocarbon oils. and of being able, conversely, to interrupt production in a simple and rapid manner; finally, the use of an economical and compact cracking device.
The present invention proposes to efficiently transform liquid hydrocarbons into gases with high calorific value and low density; it proposes to carry out this transformation starting from low quality petroleum oils, eliminating carbon by-products. It is aimed at an economical, space-saving and durable production apparatus. Other objects and advantages of the invention will emerge from the remainder of the description and from the accompanying drawing.
The apparatus for carrying out the transformation of oil
in gas according to the invention, comprises in combination:
- A heat accumulation chamber ^ intended to store, then to restore calories, and containing for this purpose refractory materials between which are formed gaps allowing the passage of gases;
- A vertical riser pipe rising above * the heat storage chamber and connected by its lower part to the base of this chamber for the evacuation of gaseous waste;
- a valve or a chimney cap at the top of the riser;
<EMI ID = 7.1>
for the introduction of primary air; <EMI ID = 8.1>
heat;
- an empty reaction chamber, with walls lined with refractories, near the base of which an orifice is made which must pass through the gases which do not -'- <EMI ID = 9.1>
- a gas conduit, with walls lined with refractories, connecting the top of the accumulation chamber of the. heat at the base of the reaction chamber at a point lower than said orifice;
- a secondary air inlet connection in 'the base of the reaction chamber;
- A heating oil inlet connection: .. towards the base, of the reaction chamber at a point located higher than said orifice;
- an opening for the introduction of gaseous hydrocarbon carrier in the-base of the reaction chamber;
- a spray nozzle directed downwards and located towards the upper part of the reaction chamber to ensure the dispersion of the starting oil;
- a fixing chamber with walls lined with refractories and containing refractory materials provided with gaps allowing the passage of gases;
a duct with walls lined with refractories connecting the upper parts of the reaction chamber and of the fixing chamber;
- A second vertical riser pipe, with walls lined with refractories, rising to a height greater than that of the fixing chamber and connected to the base thereof;
- a chimney cap, fixed to the upper outlet of the second pipe my- <EMI ID = 10.1>
- a channel for evacuating the gas produced from the second riser;
-finally, an air intake opening in this second riser for the introduction therein of a reverse air stream.
According to a variant of the invention, the installation comprises:
a heat accumulation chamber intended to store and then release calories and for this purpose containing refractory materials interspersed with gaps allowing the passage of gases;
- A vertical riser pipe disposed above this accumulation chamber and starting from the top thereof;
- a chimney cap fixed to the upper outlet of the riser; .
- openings for the admission of water vapor, direct air and carrier gas hydrocarbon in the riser.
- an empty reaction chamber, with walls lined with refractories, towards the base of which an orifice is formed which must pass through the gases passing through the reaction chamber;
- A gas pipe with walls lined with refractories connecting the base of the heat storage chamber to the base of the chamber. reaction at a located point. lower than said orifice; <EMI ID = 11.1> tion;
a heating oil inlet opening made towards the base of the reaction chamber at a point located above said orifice;
- a downwardly directed spray nozzle, located towards the top of the reaction chamber to ensure the dispersion of the starting oil;
- A fixing chamber with walls lined with refractories and containing refractory materials interspersed with gaps allowing the gas passage; - auxiliary heating oil and air intake openings opening into the upper part of the fixing chamber;
- A pipe with walls lined with refractories connecting the tops of the reaction and fixing chambers;
a second vertical riser pipe with walls lined with refractories rising above the fixing chamber and connected to the latter by its base;
- a chimney cap at the upper outlet of the second riser;
- An evacuation pipe for the gas produced starting from the second riser pipe;
- Finally, an air intake opening in this second riser for the introduction of a reverse air stream. -
According to a first mode of implementation, the method which is the subject of the invention consists of:
- In passing air through a first zone filled at least partially with hot refractory materials interspersed with gaps allowing the passage of air to preheat the latter;
- Introducing the air thus preheated from the bottom up into a second, empty zone, in direct contact with a combustible material which burns in the presence of this preheated air to transfer calories to the walls of the second zone;
- to pass the combustion gases produced by the reaction of the combustible materials with the air from top to bottom through a third zone at least partially filled with refractory materials interspersed with gaps allowing the passage of these gases, to thus transmit the calories from combustion gases to refractory materials;
- to evacuate the combustion gases from this third zone;
- passing water vapor from the bottom to the top through the first zone;
<EMI ID = 12.1>
- introducing this mixture into the base of the second zone;
<EMI ID = 13.1>
zone in counter-current with respect to the ascending current of water vapor and gaseous hydrocarbon carrier, the speed of which is maintained at a value high enough to prevent the carbonaceous matter from leaving the second zone from below;
- to evacuate the gaseous constituents substantially free of carbonaceous matter
- solids or liquids from the top of the second zone;
- to send them from top to bottom through the third zone, so as to fix these gases;
- finally removing these gaseous constituents from the third zone.
According to a particular embodiment, the apparatus is heated to a gas cracking temperature, by passing air from top to bottom through a riser pipe with walls lined with previously heated refractories, then up and down through a stack of heated bricks contained in a first chamber to further heat the air; the air thus preheated is passed from the base of the first chamber lined with the stack into the base of an empty chamber into which secondary air and heating oil are admitted, the latter burning and yielding thus calories at the walls of the second empty chamber;
then the combustion gases are directed through a gas duct to the top of a third chamber containing a stack of bricks and from top to bottom through this chamber to heat this stack, and the combustion gases are evacuated to the top. free air by a second riser from the base of the third chamber; water vapor is admitted into the first riser from top to bottom through the first zone, from bottom to top through the second zone, and from top to bottom <EMI ID = 14.1>
troduces water vapor and a carrier gas into the first riser from top to bottom through the stacks of the first chamber, then passed through a bottom-up orifice into the second
<EMI ID = 15.1>
oil to be gasified, the velocity of the mixture of water vapor and carrier hydrocarbon gas being maintained high enough to prevent oil vapors and carbon from passing up and down through the orifice; the gaseous constituents substantially free of solid carbonaceous matter are removed and
<EMI ID = 16.1>
towards the upper part of a third bedroom; then the gaseous constituents are passed from top to bottom through this third chamber containing the hot refractory materials to fix the gas therein; passing the gaseous constituents of the base of the third chamber from bottom to top through the second riser, and venting the gaseous constituents therefrom to the open air; the system is purged of gaseous constituents by passing [deg.]. of the va-
<EMI ID = 17.1>
then top to bottom through the first chamber, bottom to top through the second chamber, top to bottom through the third chamber, and finally bottom to top through the second riser .; a reverse flow of air is injected into the top of the second riser, from bottom to top through the fixation chamber, from top to bottom through the reaction chamber, from bottom to top through the first chamber, and the combustion gases resulting from the combustion of the carbonaceous deposits in the chambers are evacuated to the open air via the first riser, thus restoring the calories to the refractory stacks in the first chamber.
According to an alternative embodiment, primary air is passed from bottom to top through the stack of hot refractories contained in a first chamber in order to preheat this air; the preheated air is mixed with
secondary air and is passed through the base of a second empty chamber into which is introduced. the heating oil which burns therein, yielding
heat to the walls of the second chamber; the resulting combustion gases are sent, with an excess of air, to the top of a third chamber where additional heating oil is introduced which burns, to generate additional combustion gas; the products of combustion are passed from top to bottom through a third chamber containing refractory materials interspersed with gaps allowing the passage of the gases, to transmit the heat from the combustion gases to the refractories; and the combustion gases are discharged to the atmosphere by a second riser from the base of the third chamber; a direct flow of air is passed from bottom to top through the first and second chambers;
up and down through the third bedroom and down. upwards through the second riser to purge the system of combustion products; we pass water vapor from the bottom to the top
through the refractories of the first chamber; a gaseous carrier hydrocarbon is mixed with water vapor; then evacuated .the mixture of water vapor .and
of this carrier gas through an orifice from bottom to top in the second chamber, empty, in counter-current with respect to a descending rain of oil to be gasified, the speed of the mixture of water vapor and carrier hydrocarbon gases being maintained large enough to prevent the passage of oil and carbon vapors up and down through the orifice; the gaseous constituents, substantially free of solid carbonaceous materials such as liquid oils, are evacuated through the top of the empty chamber via a gas duct, passing them into the top
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chamber for fixing gas; the gaseous constituents of the base of the third chamber are passed through the second riser and discharged through the top thereof; the system is purged of the gaseous constituents which it contains, by introducing, from the outside, water vapor followed by a current
<EMI ID = 19.1>
from top to bottom through the third chamber, to discharge them to the outside through the second riser; injecting a reverse flow of air into the second riser, from bottom to top through the third chamber, from top to bottom through the second and the first; and the gaseous waste is finally evacuated to the atmosphere via the first riser, thus restoring
<EMI ID = 20.1>
The appended drawing shows schematically the circuits implemented in the method and the apparatus, which are subjects of the invention.
<EMI ID = 21.1>
heat 1, the reaction chamber 2, the fixing chamber 3. and the connecting pipes are preferably formed by metal walls 4. lined with heat insulation 5 and suitable refractory materials. 6, such as refractory bricks or tiles absorbing heat and also protecting the metal walls 4 from direct contact with hot gases. In the heat storage chamber 1 are arranged refractory materials or bricks 7 interspersed with gaps intended to allow the gas streams to pass through them. The refractory bricks 7 have the action of absorbing the calories from the high-temperature combustion gases which pass through them during a certain stage of operation, and of releasing the calories thus stored
<EMI ID = 22.1>
tion. The combustion gases resulting from the reverse air flow are discharged through the base of the heat storage chamber 1, through line 8, into the base of the second riser 9, then pass through the cover or open chimney valve 11 in the chimney 32. The primary air ,. serving as an oxidizer to burn the combustible materials intended to bring the equipment to the cracking temperature, can be introduced into the base of
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A circular orifice 16 formed towards the base of the empty reaction chamber 2 imparts sufficient velocity to the gases which pass through it from the bottom upwards, thus preventing the fall of solid and liquid carbonaceous materials.
<EMI ID = 24.1>
a point located at a level lower than that of the orifice 16. Secondary air can conveniently be introduced through the line 18 and the valve 19. The carrier gas hydrocarbon, which must be introduced upstream of the orifice
<EMI ID = 25.1>
through port 16 can be easily accomplished by providing for this purpose a small cavity 22 below port 16. The oil to be carbonated, pumped through the line.
<EMI ID = 26.1>
The upper parts of chambers 2 and 3 are connected by a conduit 26 intended to convey the gases from one to the other. The fixing chamber 3 is preferably almost entirely filled with refractory stacks or refractory bricks 27 leaving intermediate spaces so as to allow the free passage of the gases. The gases entering the bottom of the chamber 3 or leaving, flow through line 28 which opens at its other end into the. lower part of the main riser 29. During the blowing times, the combustion gases are discharged into the open air through the top of the riser 29, the open chimney cap 31 and the chimney 32. The cap fireplace 31 remains closed during periods
gasification and the fuel gas is then evacuated through a pipe 33 and a valve 34 to a conventional washing box, not shown. Reverse air flow can be introduced at the top of riser 29
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re of the invention, it is possible to use a fraction of the gas produced as a carrier hydrocarbon gas, and to return it to circulation for this purpose through the pipeline.
<EMI ID = 28.1>
the bottom of the reaction chamber 2; one could also add a normally gaseous hydrocarbon coming from an external source via a pipe 41 and a valve 42 ..
In most cases, the calories released during the time '
blowing by the combustion of carbon deposits resulting from the pyrolysis of the starting hydrocarbons, are not sufficient to bring the reaction chambers
<EMI ID = 29.1>
quag � fast. Consequently, it is possible to introduce into the chamber 2 heating oil from an external source, the injection preferably being,
<EMI ID = 30.1>
that prevailing in the reaction chamber 2, can be carried out by injecting metered quantities of heating oil into the upper part of the chamber 3 via the pipe 45 and the valve 46.
A complete operating cycle will now be described, starting with the gasification period or time.
The water vapor enters through the channel 14 in the internal part.
<EMI ID = 31.1>
part 7 of the refractory stacks, by extracting part of the heat stored so as to be greatly superheated and to expand greatly. The superheated steam passes from the top of chamber 1 through line 17 into the base of cavity 22 of reaction chamber 2, where it mixes with a carrier hydrocarbon gas entering through line 21. The mixture of superheated steam and the gaseous carrier gas passes through the orifice
16 from bottom to top in chamber 2, in counter-current to the rain of oil injected from top to bottom by the spray nozzle 23.
It is found that if the mixture of water vapor. and carrier gas through the orifice 16 is driven at a speed greater than approximately 15.2 meters per second, the fall of the carbonaceous materials in the cavity 22 is sufficiently slowed down; if we allowed these carbonaceous materials to settle in the cavity ,. they would quickly accumulate there, clogging the device. Following a previous blowing operation, the refractory walls of chamber 2 are at a
<EMI ID = 32.1>
viron. In chamber 2, there occurs an almost instantaneous vaporization of the oil to be gasified injected by the nozzle 25, and the cracking of the oil progresses at the same time, these two effects causing the release of carbon.
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top-to-bottom fication, counter-current to the updraft
<EMI ID = 34.1>
killers vaporized and gaseous from the top of the reaction chamber, traps residual carbonaceous matter in it, leaving the constituents
<EMI ID = 35.1>
or liquids. It has also been observed that the carbonaceous materials adhere to the internal surfaces of the empty reaction chamber, outside the path of the fluid streams circulating during the various stages of the process, thus avoiding the obstruction of the apparatus and ensuring operation. continuous without causing any appreciable reduction in flow rate and without requiring interruptions for cleaning, following vaporization and cracking of
<EMI ID = 36.1>
rature, suitable for the gaseous cracking, which prevails there, and with the additional assistance provided by the passage of relatively large volumes of water vapor and of the carrier hydrocarbon gas, it is found that in general, more than 75%
hydrocarbonaceous materials formed in this process by the conversion of the oil are retained in the empty reaction chamber. Only gases and
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heavy carbon formers, are subjected to the subsequent reaction in the fixing chamber 3. In this way, the carbon deposits on the stacks 27 of the fixing chamber 3 are significantly reduced, which has the advantage of avoiding sealing or plugging of the interstices and reducing the crumbling of the bricks often caused by the sudden temperature changes and by the high temperature of the flames produced by the combustion of massive deposits of coal on the piles.
In chamber 2 a new reaction takes place between the incandescent carbon formed by the pyrolysis of the oil and the vapor rising through chamber 2 directly in contact with this carbon, to produce blue gas; it can thus be seen that the carbon is used for the production of useful fuel gas, while freeing the installation of a fraction of the carbon which is formed during the treatment.
Although the invention allows the cracking of raw materials
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heavy liquid carbides,, to give. fuel gas, .it is particularly relevant to the conversion of low quality hydrocarbon oils, such as heavy cracked residual oils, whose Conradson carbon number exceeds 10, to provide a gas with high calorific value and low density, without accumulations of coal in the installation.
The conversion of the gases and vapors leaving the top of the chamber 2 is completed by their downward passage through the refractory materials 27 previously brought to a temperature suitable for gas cracking. As the gases and vapors passing through chamber 3 are relatively free of constituents capable of forming solid or liquid carbon, and appreciable cracking has already taken place in empty reaction chamber 2, the amount of carbon deposited on the stacking 27 is small and easy to remove during the subsequent air blowing operation. The reaction products flow through the lower part of the chamber 3 through the conduit 28,
and by the main riser pipe 29, with walls lined with refractories, to release part of their heat and to evacuate through the pipe 33 and the valve 34 to the washer in order to be treated there in the conventional manner.
The carrier hydrocarbon gas, consisting of methane, ethane, propane, or a mixture of several of these gases, introduced into chamber 2
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external source. However, in the preferred embodiment, a fraction of the gas produced is returned to circulation, which fraction is preferably combined.
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The fan 39 and the pipe 21. The use of gas produced as a carrier hydrocarbon gas offers the great advantage of degrading the high molecular weight hydrocarbon gases, thus reducing the percentage of the illuminating fractions in the final gas and lowering its density. The drawing shows the return of gas produced from the bottom of the fixation chamber 3; however, it can be withdrawn from any convenient point downstream of the
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29 or line 33. On the other hand, an injector can be used
steam instead of a suction fan for the introduction of the product gas returned to the circuit.
At the end of the carbonation time, the introduction is interrupted
<EMI ID = 42.1>
lation of the gaseous hydrocarbon carrier by closing valve 38; the apparatus is purged by continuing the injection of water vapor through line 14 until the gaseous constituents have been expelled from the system through line 33 and valve 34, by means of the injected steam, these gases thus being recovered. The blue gas formed by the reaction of water vapor and carbon can also be recovered by blowing a direct stream of air introduced through line 12 into the system and out through line 33. Immediately after the operation of purge, a reverse flow of air injected through line 35 and valve 36, descends through the riser
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reverse air flow entrains most of the carbonaceous deposits on the stack 27 and part of those deposited on the walls of the reaction chamber 2. The hot products of carbon combustion flow out.
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heat to the stacks 7 for the subsequent preheating of the direct air stream and subsequent superheating of the direct stream of water vapor. The reverse air flow is then stopped, and the cover 11 is closed and the cover 31 is opened. The primary air admitted through the pipe 12 and the valve 13 rises through the stack 7; it is thus preheated and the preheated air passes from the top of chamber 1 through line 17 in the lower part of
<EMI ID = 45.1>
which would be too low to ensure the superheating of the steam during the gasification time, it is generally desirable to introduce a fraction of
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a point located downstream of the heat accumulation chamber 1. In this way, the amount of heat stored by the stack 7 can be distributed between the air being. preheating and the steam being superheated, in any desired proportion o The preheated air rises through port 16, meeting
<EMI ID = 47.1>
ignites, giving off heat and bringing the refractory walls of the empty reaction chamber to a suitable cracking temperature. Excess air is provided to burn off the carbonaceous deposits on the walls of chamber 2, formed during the previous manufacturing period, the resulting heat also being transferred to the refractory lining of the walls of chamber 2, thus saving fuel . The combustion gases, with excess secondary air heated to high temperature, pass through the trans- duct.
<EMI ID = 48.1>
are insufficient in volume or temperature to bring the refractories 27
<EMI ID = 49.1>
re through line 45 and valve 46. It has been found in practice that a downward stream of hot combustion gases, to heat the stack 27
of the fixing chamber 2, ensures a relatively uniform descending temperature gradient, following the path of the combustion gases, and a more uniform distribution of heat throughout the volume of the stack,
thereby ensuring more uniform cracking conditions and reducing the risks of over-cracking or under-cracking of the oil vapors during =
the gasification time. Spent combustion gases leaving the chamber
fixing 3 are evacuated to the atmosphere through the duct 28, the riser 29 and the chimney cap 31.
To avoid dilution of the gaseous product by the inert combustion gases contained in the system at the end of the air blowing period, it is preferable to purge the apparatus before starting the gasification period. This purging can be carried out quite simply by blowing water vapor through line 14 and valve 15 into the apparatus, and by evacuating it.
<EMI ID = 50.1>
Eating through the period or the gasification time can then be repeated.
FIG. 2 represents a variant of the apparatus, intended for a variant implementation of the method of the invention. The apparatus here comprises three main zones, namely a heat storage chamber 51, a reaction chamber 52 and a fixing chamber 53, each constituted by a metallic outer wall 54 with a refractory lining 55 and a layer of heat insulation 56 between the wall and the lining. The heat storage chamber 51 contains a refractory stack 57 which <EMI ID = 51.1>
which pass in direct contact with the stack, and then returns them to the ascending currents of air and vapor during the blowing and gasification times respectively. A secondary vertical riser 58 starts from the top of the chamber 51 and serves to evacuate the combustion gases via
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secondary riser 58 may also serve as an inlet for the direct flow of water vapor through line 62, valve 63 and line
64, for the direct flow of air passing through line 65 and the valve
66 and for the carrier stream of gaseous hydrocarbon passing through line 67. A gas conduit 68 connects the bottom of the accumulation chamber
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obstructed by no filling of any kind, except a refractory diaphragm leaving a circular orifice 69 disposed at a small distance above the bottom of the chamber 52 and serving to impart a high speed to the ascending gas stream passing through the chamber. Heating oil and secondary combustion air are introduced through lines 71 and 72 respectively into reaction chamber 52, preferably to the base thereof. At the top of this chamber are nozzles. 73 which direct a rain of starting oil from top to bottom, countercurrent to the stream of water vapor and carrier hydrocarbon gas. The gases are transferred from one to the other of the two. bedrooms
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connect them at their summits. The fixing chamber 53 which contains the refractory stack 75 is provided with auxiliary pipes 76 and 77 for heating oil and secondary air, respectively, providing additional heat to the stack. A transverse pipe 78 with lined walls
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<EMI ID = 56.1>
re through the chimney cap 81 provided at the upper outlet of the riser pipe 79 and by the chimney 82. During the gasification period, the gas produced is discharged from the riser pipe 79 via the pipe 83 and the valve 84 towards the gasification period. washer. A reverse air flow enters the device through line 85 and valve 86. A fraction can be recirculated.
<EMI ID = 57.1>
line 88, valves 89 and 91 and line 67 in secondary riser 58. If a carrier hydrocarbon gas from an external source is used, it can be injected through line 92 and valve 93. '
In the variant of FIG. 2, a complete operating cycle consists in passing an ascending air stream through line 65, through valve
66 and the pipe 64, then from top to bottom through the secondary riser pipe 58 and the heat storage chamber 51, to preheat this air. The preheated air then passes through line 68 in the bottom of the
the empty chamber 52 into which are introduced secondary air and the heating oil, the latter burning and thus heating the walls lined with refractories of the chamber 52 to a temperature suitable for gas cracking. The excess air burns the carbonaceous deposits on the walls of chamber 52, providing additional heat and removing carbon build-up. The products of combustion are transmitted through the transverse duct 74 to the upper part of the fixing chamber 53, where additional heat can be provided by injection of auxiliary heating oil.
and air, via pipes 76 and 77. The products of combustion,
High temperature, descending through chamber 53, raises the temperature of stack 75 to a value suitable for gas cracking. , The exhausted gases are discharged to the atmosphere through line 78, the main riser line 79 and the open cover 81.
To avoid contaminating the gas produced by means of
combustion, the device is purged by passing an ascending current through it
of water vapor introduced through line 62, valve 63, line 64, this air then descending through the secondary riser
58 and the heat storage chamber 51, passing through the transverse pipe 60, from bottom to top through the reaction chamber 52, along the pipe.
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also via line 78, from bottom to top via the main riser
79 and finally in the open air via the chimney cap 81.
The purging of the system to clean it of the combustion gases is followed by a gasification time proper, which consists in passing a mixture of water vapor injected through the pipe 62, the valve 63 and the pipe 64, with a carrier hydrocarbon gas introduced through the
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from top to bottom in direct contact with the refractory stack 57, thereby superheating the water vapor, then through conduit 68, from bottom to top through orifice 69 near the bottom of the empty reaction chamber 52, then passing from bottom to top in counter-current with respect to the wound of oil to be gasified falling from the nozzles 73, and finally exiting through the transverse pipe 74 in the upper part of the fixing chamber 53. The carbonaceous deposits formed by the vaporization and pyrolytic decomposition of this gas oil
<EMI ID = 60.1> consumed by reaction with water vapor. to form -du gàz'bleu. The gas mixture substantially free of solid or liquid carbonaceous materials is fixed by passage up and down through the refractory stack 75 maintained at a gas cracking temperature. The resulting fuel gas is discharged through the base of the attachment chamber 53, passes through line 78, main riser 79 and exits through line 83 and the valve.
84 towards the washer to undergo a conventional treatment. A fraction of the gas
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reduce the risk of over-cracking and under-cracking.
It is possible, although this is not a preferred procedure, to suppress the injection of a carrier gas stream and to replace this with water vapor, to serve as a propellant medium during the gasification periods. In certain cases of implementation of the method, it is possible
<EMI ID = 63.1>
tion or during certain fractions of these periods. For example, during the first part of a gasification period? the quantity of gas produced may be so small that it would be difficult to put it back into circulation; thus, the return of the gas produced in the circuit can be advantageously delayed until after the first thirty seconds, for example. On the other hand, there may be special circumstances in which it is desired to limit the degradation of the gas, normally achieved by its recirculation.
<EMI ID = 64.1>
re-circulate only for a fraction of the gasification period.
To avoid the risk of explosion that would constitute the introduction of blowing air through the appliance containing combustible gases at the end of the gasification period, water vapor can be blown through
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nalisation 83. In this way, the oil gas contained in the system can be recovered, and at the same time it is possible to avoid contaminating the atmosphere by discharging it into the open air. Steam and blue gas remaining in the appliance can be expelled by sending a direct stream of air entering through line 65 and out through line 83.
To restore heat to the refractory stack 57, a reverse air stream is injected through pipe 85 and valve 86, this air stream descending through the main riser pipe 79, rising in the chamber.
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thus evoking the combustion of part of the carbonaceous deposits formed during the gasification period, the resulting combustion gases at high temperature entering through the base of the heat storage chamber 51, yielding
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mosphere via the secondary riser 58 and the chimney cap 59. The operating cycle can then be repeated, starting with the blowing time
The duration of each cycle is variable, depending on the nature of the oil charged, the operating conditions and the quality of the desired gas.
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health for blowing and gasification times. It is superfluous to resort to pressures much higher or lower than the atmospheric pressure.
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