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PROCEDE ET DISPOSITIF POUR COKEFIER DES MATIERES BITUMEUSES. LIQUIDES A
HAUTE TEMPERATURE.
La cokéfaction de brai de houille ou de lignite, de résidus de pétrole à point d'ébullition élevé ou d'autres matières analogues, se fait dans des fours d'une capacité relativement grande, à des températures supé- rieures à 1000 . Il s'ensuit des durées de cuisson excessivement prolongées, parce que les chambres assez larges des fours ne permettent d'obtenir qu'une vitesse de cokéfaction relativement faible., En outre, lors de l'enfournement, le brai contient plus de 40 % de composants volatils, de sorte que jusqu'au moment de la formation du coke, de grandes quantités de liquides doivent ê- tre vaporisées.
Le remplissage des chambres avec de grandes quantités de brai ou de résidus, présente encore l'inconvénient que la matière à traiter, li- quide, exerce sur la maçonnerie réfractaire des chambres de fortes sollici- tationso En outre, à cause des écarts de température auxquels la maçonnerie du four est exposée en raison de la discontinuité du travail, ainsi que des grandes quantités de brai dont la chambre est rempli.e, la maçonnerie est su- jette, après un temps de travail relativement court, à des fuites et des détériorations.
Pour éviter ces inconvénients du procédé discontinu de cokéfac- tion connu, il a été proposé de projeter le brai ou l'huile finement divisé, dans un espace de cokéfaction plus grand. Dans ce cas la hauteur limitée de chute n'est pas suffisante pour faire passer les gouttes de brai ou d'huile à l'état solide, avant leur arrivée sur les parois de la chambre.
C'est pourquoi, après un temps de travail relativement court, il se forme déjà des morceaux de coke qui s'agglomèrent, ne cuisent pas uniformément et de ce fait ne peuvent être évacués de la chambre qu'avec difficultéo
Il a été constaté qu'on peut arriver à une formation uniforme et rapide de coke, lorsque la matière à traiter, le cas échéant préchauffée, est libérée de ses composants volatils à une température supérieure à son point de fusion jusqu'à atteindre l'état visqueux, par distillation, oxydation
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ou polymérisation ou par d'autres procédés analogues, et est amenée ensuite à l'état solide sous l'action de hautes températureso L'élimination préala- ble proposée ici peut être exécutée au moyen de dispositifsrelativement simples,
comme par exemple des colonnes à corps de remplissage ou des colon- nes avec plateaux à cloches. Le reste des matières volatiles se trouvant encore dans la matière à traiter, peut être éliminé très rapidement, de sorte que la matière à traiter peut en un temps court correspondant, passer de l'état liquide à l'état solide.
Ce nouveau procédé peut être réalisé de façon particulièrement avantageuse lorsque la matière à traiter, ayànt subi une élimination préala- ble et étant visqueuse, se trouve sous une forme finement et uniformément divisée, par exemple sous la forme de gouttes, de filets ou de rubans, pour passer à l'état solide. Cette conformation uniforme de la matière à traiter assure un chauffage uniforme et par conséquent une formation uniforme de coke, de sorte que le nouveau procédé de travail permet de satisfaire aux conditions de qualité les plus variées.
Afin de ne pas entraver le passage de la chaleur dans la ma- tière à traiter, en cas de chauffage indirect de la chambre de cokéfaction, on dirige, suivant l'invention, là matière à traiter, en un mouvement libre descendant ou ascendant et descendant,à travers la chambre de cokéfaction sans qu'il y ait contact avec les parois. On peut ainsi supprimer les sail- lies des parois, qui entraîneraient le passage de la chaleuro En même temps de cette manière, le revêtement réfractaire de la chambre de cokéfaction est ménagé au maximum.
Pour de nombreux usages, le coke obtenu à partir de résidus de pétrole ou de brai, ne doit contenir que peu ou pas de composants volatils, Suivant la présente invention, le reste des composants volatils du coke est éliminé par calcination, par chauffage direct ou indirecte Une situation par- ticulièrement simple se présente lorsque la chaleur nécessaire à la calcina- tion provient de la combustion d'une partie correspondante du cokeo La com- bustion partielle doit toutefois mener à une calcination la plus uniforme possible de la totalité de la charge.
On prévoit à cet effet, lors de la com- bustion partielle du coke, de faire passer l'air de combustion et les pro- duits de la combustion, répartis uniformément, à travers la chambre de cal= cination, soit du milieu de celle-ci, radialement vers l'extérieur, ou du pourtour de cette chambre radialement vers l'intérieur, pendant que la cou- che de combustible est éventuellement maintenue en agitationo
Par le fait que la couche de coke est uniformément en contact avec l'air de combustion et avec les gaz de fumées formés, il se produit une répartition uniforme correspondante, à l'intérieur de la chambre de cal- cination, et simultanément une élimination uniforme, correspondante, du reste des composants volatilso
Lors de la combustion partielle du coke, en plus des gaz de fu- mée, il se forme également des gaz combustibles.
Il est donc prévu, suivant l'invention, de brûler les gaz aspirés hors de 11 chambre de calcination, le cas échéant ensemble avec d'autres combustibles liquides ou gazeux et d'uti- liser les gaz de fumée, chauds, pour le chauffage direct ou indirect de la chambre de cokéfaction et le cas échéant également pour le chauffage de la colonne de distillation ou de la colonne de séparation pour la matière bitu- meuseo De cette manière on réduit au minimum l'utilisation de la chaleur pour toute l'opération.
Comme il n'est pas souhaitable, pour un chauffage indirect de la chambre de cokéfaction, de laisser passer les produits de la combustion et le gaz de gazogène de la chambre de calcination directement dans la cham- bre de cokéfaction, le coke est, suivant l'invention, accumulé dans la cham- bre de calcination jusqu'au dessus de la sortie pour les gaz, au pourtour extérieur de cette zone.
Comme la calcination du coke a lieu à des températures supérieu- res à 1000 , le coke calciné doit être refroidi directement ou indirectement avant sa sortie du dispositifo On peut effectuer le refroidissement direct
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au moyen de vapeur d'eau, de façon qu'à la partie inférieure de la zone de calcination il y ait encore formation de gaz à l'eau Ce gaz à l'eau peut alors être utilisé pour le chauffage de la chambre de cokéfaction.
Le nouveau procédé peut être réalisé de façon particulièrement simple lorsqu'on libère la matière bitumeuse d'une partie importante de ses composants volatils dans une colonne de distillation, un séparateur ou un dispositif analogue, et qu'ensuite on la dirige dans une cuve haute, avan- tageusement cylindrique, les chambres de cokéfaction, de calcination et de refroidissement étant disposées directement l'une en-dessous de l'autre.
Suivant l'invention on peut disposer la colonne de distilla- tion au-dessus de la chambre de cokéfaction, de façon que le brai évacué de la colonne passe directement dans la chambre de cokéfactiono Le fond de la colonne est exécuté de telle façon que le brai arrive dans la chambre de co- kéfaction sous une forme définie, par exemple sous forme de gouttes, de rubans ou de filets de dimensions définies.
Si le dispositif pour la séparation préalable de la matière bitumeuse et la chambre de cokéfaction sont chauffés indirectement, ces deux appareils sont, suivant l'invention, pourvus chacun d'une chemise pour con- duire les gaz chauffants, l'espace compris entre la chemise intérieure et la chemise extérieure, étant limité chaque fois, en haut et en bas par un canal collecteur.. Ces canaux collecteurs servent à amener et évacuer les gaz chauffants. Pour obtenir néanmoins à l'intérieur de l'espace chauffant un courant de gaz uniforme et pour équilibrer le tirage unilatéral des conduites d'amenée et d'évacuation, la section libre entre l'espace pour les gaz chauffants et le canal collecteur devient, suivant l'invention, de plus en plus petite en s'écartant des conduites de raccordement.
En donnant des dimensions appropriées à la section libre, on obtient un contact uniforme des gaz chauffants avec les parois de la chambre.
Pour l'évacuation des gaz de fumée, etc., de la chambre de cal- cination, le canal collecteur inférieur de la chambre de cokéfaction commu- nique par une fente avec l'extrémité supérieure de la chambre de calcina- tion. De cette façon les produits gazeux de la chambre de calcination peu- vent être utilisés, de la façon la plus simple, pour le chauffage indirect de la chambre de cokéfaction.
L'envoi d'air de combustion dans la chambre de calcination se fait, suivant l'invention, au moyen d'un ou plusieurs tuyaux qui pénètrent presque jusqu'au centre de la chambre et sont, le cas échéant, refroidis à l'eau. Il est évidemment possible de diriger l'air de combustion, les gaz de fumée, etc., dans la chambre de calcination, radialement de l'extérieur vers l'intérieur. Dans ce cas il'faut prévoir sur le pourtour extérieur de la chambre de calcination, une fente circulaire pour l'entrée de l'air de combustion, alors que les gaz de fumée, etc. venant du milieu de la chambre de calcination, sont déviés et dirigés vers la chemise de chauffage de la chambre de cokéfaction.
Le dessin annexé représente schématiquement un dispositif sui- vant l'invention. Ce dispositif se compose principalement d'un séparateur 1 et d'un four à cuve 2. Le brai de houille à cokéfier arrive par l'entrée 3 dans le séparateur 1 et s'écoule vers le bas sur les tôles de déviation 4, en une pellicule relativement mince.
Le séparateur est pourvu d'une chemise de chauffage 5, pour conduire les gaz chauffantso Ceux-ci pénètrent par l'ouverture 6 dans le canal 7 et par l'espace 8 cheminent répartis uniformément, vers le hauto A l'extrémité supérieure de la chemise de chauffage 5 est prévu le canal cir- culaire 9, d'où les gaz de chauffage sont aspirés par l'ouverture 10. Sui- vant les propriétés et la composition du brai et aussi suivant la pression règnant dans le séparateur, celui-ci est chauffé à une température de 300 à 500 degrés. Les vapeurs libérées du brai sont évacuées par l'ouverture 11.
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Pour abaisser la température de vaporisation du brai on peut amener dans le séparateur par l'ouverture 12, de la vapeur d'eau surchauffée ou un autre véhicule gazeux quelconque.
La vaporisation des composants à bas point d'ébullition du brai est contrôlée de telle façon que le brai, à la température de travail donnée, arrive dans le dispositif de répartition 13, à l'état visqueuxo Généralement, le brai de houille ne contient alors plus qu'environ 20 % de matières vola- tileso Le dispositif de répartition 13 est pourvu d'un fond percé de nombreu- ses ouvertures, de sorte que le brai arrive dans la chambre de cokéfaction 14 sous la forme d'un nombre correspondant de minces filetso Au bas de cette chambre se raccordent la chambre de calcination 15 et la chambre de refroi- dissement 16. Le coke de brai, calciné et refroidi est évacué par la vis d'Archimède 17 de façon qu'il reste accumulé à l'intérieur du four à cuve, jusqu'à l'extrémité supérieure de la chambre de calcination 15.
Par contre, la chambre de cokéfaction 14 n'est remplie que par des gaz et des vapeurs ainsi que par des filets de brai tombant libremento
La chambre de cokéfaction 14 est entourée par une chemise de chauffage 18 conduisant les gaz chauffants. Ceux-ci pénètrent par l'ouver- ture 19 dans le canal circulaire 20 et cheminent alors, uniformément répartis, par l'espace 21 vers le haut. A l'extrémité.supérieure de la chambre de coké- faction 14, les gaz de chauffage se rassemblent dans le canal circulaire 22 et sont aspirés par l'ouverture 23. A cet endroit, on peut diriger une partie des gaz de chauffage vers le canal circulaire 7, et les utiliser pour le chauf- fage du séparateur 1. L'autre partie des gaz évacués peut servir au préchauf- fage de l'air de combustion ou du brai.
Pendant la chute libre des filets de brai, relativement minces, à travers la chambre de cokéfaction 14, l'action des parois de la chambre, chauffées à plus de 1000 , est telle que le reste des composants volatils est si rapidement et si complètement vaporisé, que le brai passe à l'état solideo La chambre de calcination 15 est donc remplie par un granulé de brai à grains relativement petits, contenant encore quelques composants volatils.
Le coke de brai devant, pour son utilisation ultérieure être généralement exempt de tous composants volatils, on effectue dans la chambre 15 une cal- cination correspondanteo
Dans le présent exemple d'exécution, la chaleur nécessaire à cette opération est produite par la combustion d'une partie du coke. A cet effet, on amène vers le milieu de la chambre de calcination de l'air par un, deux ou plusieurs tuyaux 24 disposéshorizontalement. Pour tenir compte de la haute température, ces tuyaux sont faits en matériau très réfractaire, ou bien ils sont refroidis par un moyen approprié, par exemple de l'eau. Il est encore avantageux, quand l'air est introduit par plusieurs tuyaux, de dis- poser ceux-ci symétriquement, afin de diriger à l'intérieur de la cuve un courant de gaz uniforme.
De façon correspondante, le débit de l'air passant dans chaque tuyau peut être réglé indépendamment.
Les produits gazeux de combustion i nmés, ainsi que les compo- sants volatils éliminés du coke, cheminent à l'intérieur de la cuve, du mi- lieu vers le haut et les côtés, et par la fente 25 arrivent dans le canal circulaire 20. Par l'introduction symétrique de l'air de combustion et la déviation symétrique, il se forme à l'intérieur de la cuve un courant symé- trique et rotatif des gaz, ce qui a pour effet de calciner le coke de brai uniformément.
Les composants volatils évacués de la zone de calcination ser- vent à chauffer la chambre de cokéfaction 14. A cet effet le canal circu- laire 20 reçoit par l'ouverture 19 une quantité correspondante d'air de com- bustion. Pour le cas où les composants volatils ne suffisent pas pour le chauffage de la chambre de. cokéfaction 14 et du séparateur 1,, on peut enco- re complémentairement amener vers le canal 20, des combustibles gazeux ou liquides et également une quantité correspondante d'air de combustion. L'air de combustion est avantageusement préchauffé, de façon poussée, dans un préchauffeur d'air.
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De la chambre de calcination 15, le coke de brai arrive dans la chambre de refroidissement 16, qui est entourée d'une chemise de refroidisse- ment 26. Celle-ci regoit par l'ouverture 27 un agent réfrigérant, par exemple de l'eau, qui sort de la chemise de refroidissement par l'ouverture 28.
La vis d'Archimède 17 évacue de façon continue le coke de brai du four à cuve. Convenablement exécutée, la vis d'Archimède peut empêcher dans une grande mesure les rentées d'air extérieur dans le four à cuve.
Pour pouvoir chauffer uniformément les parois du four à cuve et du séparateur, il faut se préoccuper de la répartition uniforme correspon- dante des gaz chauffants. A cet effet, comme le montre en pointillés la fige 2, le canal circulaire 22 est muni d'une chicane dont la hauteur dimi- nue à mesure que la distance augmente. Sur la figo 2, le canal circulaire 22 est, afin de rendre la description plus claire, dessiné à plus grande échel- le. On y remarque que la hauteur de la chicane 29 diminue, plus elle s'éloi- gne de l'ouverture de raccordement 23, comme l'indique la ligne en pointillés, De façon correspondante, la section libre de la fente 30 pour les gaz, croit en s'éloignant de l'ouverture 23. Le four à cuve est ainsi léché uniformé- ment sur tout son pourtour par les gaz chauffants.
Suivant la matière à cokéfier, les températures des chambres 14 et 15 varient avantageusement entre 900 et 1400 degréso A cet effet, parti- culièrement pour les plus hautes températures, les parois seront construites en matériau réfractaire0 Par contre, la paroi de la chambre de refroidisse- ment 16 pourra avantageusement être faite en tôle de fer.
REVENDICATIONS. la) Procédé pour cokéfier des matières bitumeuses, liquides à haute température, par,exemple des brais de lignite ou de houille, des ré- sidus de pétrole ou d'autres matières analogues, caractérisé en ce que la matière éventuellement préchauffée est libérée de ses composants volatils, à une température supérieure à son point de fusion, par distillation, oxyda- tion, polymérisation ou par un autre procédé analogue, jusqu'à ce qu'elle atteigne l'état visqueux et est ensuite amenée à l'état solide par l'action de températures plus élevées.