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PROCEDE DE CONDITIONNEMENT DE LA HOUILLE.
La présente invention se rapporte à un procédé de conditionne- ment de la houille destinée à la fabrication de produits chimiques, par exem- ple de la houille destinée à un procédé d'hydrogénation. Elle se rapporte plus particulièrement à un procédé de chauffage de la houille à des tempéra- tures dépassant 200 C. sans nuire à ses propriétés chimiques ou physiques.
Dans certains processus chimiques comportant l'usage de char- bon finement divisé, il est avantageux de préchauffer la houille avant de la mélanger avec les autres réactifs. Le problème du préchauffage de la houille à des températures dépassant 200 C. est compliqué par la tendance de la houille,à ces températures,, 'à perdre ses constituant volatils et à se cokéfier et se ramollir. Les constituants volatils organiques sont d'une grande importance dans les réactions chimiques qui doivent suivre le préchauf- fage et l'on doit éviter toute perte de matières de ce typeo De plus, la co- kéfaction ou le ramollissement diminuent la réactivité chimique de la houille ou provoquent l'agglomération du charbon qui devient difficile ou impossible à manipuler.
On a déjà proposé de sécher et de cokéfier la houille finement divisée Dans l'opération de séchage, ,la houille est chauffée à une tempé- rature insuffisamment élevée pour que se pose sérieusement le problème de la perte de matières volatiles ou de la cokéfaction et du ramollissement.
Dans la préparation de la houille en vue de la cokéfaction conformément aux anciennes techniques, on ne se préoccupe pas de la perte des constituants volatils ou de la perte de réactivité chimique de la houille. On a égale- ment proposé de préchauffer la bouille finement divisée avant la cokéfaction par oxydation, partielle de la surf$.ce des particules de houille. L'oxydation partielle des particules empêche leur ramollissement et leur agglomération dans les conditions de chauffage qui suivent. Un procédé de ce type diminue beaucoup la valeur du charbon dans certaines réactions chimiques.
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Suivant l'invention, la demanderesse fournit un procédé de chauffage rapide du charbon pulvérisé de grosseur particulaire 'variable à une température comprise entre 200 et 500 C. sans nuire à ses-propriétés chi- miques ou physiques, ce procédé comprenant le mélange de la houille pulvéri- sée avec un gaz inerte porté une- température de 400 à 1200 C., et de pré- férence de 550 à 800 C., et le réglage de la durée du chauffage et-de la répartition particulaire de manière à chauffer la totalité de la houille a- vant que se produise le ramollissaient ou la cokéfaction des particules les plus fines.
Quand on mélange un échantillon de houille pulvérisée avec un gaz inerte d'une température supérieure à celle du charbon, la vitesse à laquelle la température centrale de chaque particule se rapproche de la tem- pérature du gaz dépend principalement de la dimension de la particule. 'La vitesse d'augmentation de la température centrale d'une particule de bouille en contact avec le gaz chaud varie en raison inverse de la dimension de la particule; en d'autres termes la température augmente d'autant plus rapide- ment que la particule est plus petite.
Quand on mélange de la houille pulvérisée de la manière habi- tuelle avec un gaz inerte d'une température supérieure à celle du charbon,' les particules les plus petites sont chauffées avant les particules les plus grosses. La température du gaz diminue à mesure que' sa chaleur passe dans les particules de charbon. Gomme on le verra dans les dessins annexés ; la température des particules plus fines de charbon se rapproche de la tempéra- ture en voie de diminution du gaz plus rapidement que celle des particules plus grossières. Quand la température des particules plus fines de houille atteint la température inférieure du gaz inerte, il se produit un refroidis- sement simultané des particules plus fines de houille et du gaz inerte peu- dant que les particules plus grosses se chauffent.
Une corrélation convena- ble des températures et de la répartition des dimensions particulaires per- met un chauffage de la houille finement divisée avant qu'il se produise un ramollissement notable des particules plus fines. La perte de constituants volatils de la houille est négligeable quand on la chauffe dans des condi-,- tions telles qu'elle ne se ramollit ni ne se cokéfie.
Voici maintenant une deseription détaillée de l'invention, fai- te en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est un graphique semi-logarithmique dans lequel les températures des composants d'un mélange d'un gaz inerte et de particu- les de houille de diverses dimensions particulaires sont rapportées à la durée de contact entre le charbon et le gaz.
Les figures 2, 3 et 4 sont des graphiques similaires à celui de la figure 1, et
La figure 5 est un schéma de circulation d'un mode de mise en oeuvre préféré du procédé suivant l'invention.
Dans la figure 1, la température d'un gaz inerte et les tem- pératures des particules de bouille de dimensions particulaires variées sont rapportées à la durée de contact entre la houille et le gaz. La température initiale du gaz inerte est de 600 C. et la bouille., préalablement séchée, est à une température de 12000. au moment de son mélange avec le gaz.
La répartition particulaire de la bouille est la suivante :
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<tb> 5 <SEP> microns <SEP> ou <SEP> moins <SEP> 5%
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> à <SEP> 22, <SEP> 5 <SEP> microns <SEP> 35%
<tb>
<tb>
<tb> 22, <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 58 <SEP> microns <SEP> 35%
<tb>
<tb>
<tb> 58 <SEP> à <SEP> 105 <SEP> microns <SEP> 24%
<tb>
<tb>
<tb> 105 <SEP> à <SEP> 350 <SEP> microns <SEP> 1%
<tb>
Comme on le voit dans la figure 1, les températures des parti- cules plus fines se rapprochent de la température descendante,du gaz plus . rapidement que ne le font les températures des particules plus grosses.
Les températures du gaz, et des particules d'une dimension de 5 microns on moins
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atteignent 5205C au bout de 09dE?3 seconde et les deux températures diminuent au cours du chauffage des particules plus grosses,, On atteint une tempéra- ture d-léquilibre de 370C en une secondée Il ne se produit pas de cokéfac- tion ou de ramollissement appréciables et pas d'autres pertes de ratières
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volatiles que de la vapeur deea-a.
La figure 2 montre l'effet exercé par le mélange d'une cer- taine quantité de houille ayant la même répartition particulaire que celle
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du charbon de la figure 1 avec un gaz d'une température de 8'OCC. Dans ce cas, les particules d'une dimension de 5 microns ou moins et le gaz passérxt z, la température de 650Go en o, m2 seconde, On atteint en 0,8 seconde une température d'équilibre du mélange de 37CPC.
A la température de 6500C. les particules les plus fines se cokéfient ou se ramollissent en un temps excessivement court, et il est essentiel que le poids des particules plus grosses soit suffisant pour provoquer le refroidissement du gaz et des parti- cules les plus fines avant un temps suffisant pour que se produise la coké- faction ou le ramollissement de ces particules les plus fines,, Dans ce cas, le chauffage des particules-plus grosses entraîne une diminution de la tem-
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péràture des particules les plus fines à 39poCo en environ C9i seconde, de sorte que ces particules ne souffrent pas du chauffage,,'
Dans la figure 3, les conditions sont les mêmes que dans la figure 1,
sauf en ce qui concerne la répartition particulaire. Le rapport du gaz à la houille est ici de 140/100 en poids. La houille, dans l'opéra-
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tin de chauffage suivant la figure 3, est plus grossière que dans l'opéra tion de chauffage suivant la figure 1.
La répartition particulaire de la houille dans l'opération suivant la figure 3 est la suivante :
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<tb> 44 <SEP> microns <SEP> 5%
<tb>
<tb> 44 <SEP> à <SEP> 320 <SEP> microns <SEP> 30%
<tb>
<tb> 320 <SEP> à <SEP> 730 <SEP> microns <SEP> 30%
<tb>
EMI3.7
730 microns à z68 mm. 30% 1,68 mIna à 2 mm. 5%
Gomme on peut le voir dans la figure 3, les particules les plus fines (44 microns ou moins) et le gaz atteignent la température de 525 C. en 0,06 seconder On obtient un équilibre de température de 375 C, dans le mélange en environ 5 secondes auprès le mélange de la houille et du gaz.
Bien qu'il faille plus de temps pour chauffer le charbon plus grossier, la
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température des particules les plus fines est réduite à 3900Co moins d'une seconde après qu'on a atteint la température maximum. A cette température
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de 3900C,. la houille ne perd pas de constituants organiques volatils et ne se cokéfie ni ne se ramollit pendant le temps nécessaire pour chauffer les
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particules grossières à 375 Co
Dans la figure 4,
la température initiale de la houille et la répartition particulaire sont les mêmes que dans la figure 3. La températu-
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re initiale du gaz est de 8aPCo et le rapport du gaz à la boaille est de 74/100 en poids Le gaz et les particules d'une dimension de 44 microns ou
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moins atteignent une température de 66CPC. en 0,04 seconde après le mélange du gaz et du charbon La température maximum du mélange est réduite à 40000. en une seconde et on atteint en 3 secondes un équilibre de température du
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mélange de 375 0" Il ne se produit pas de cokéfaction, ramollissement ou perte de matière organique volatile appréciables.
La répartition partieulaire, la température initiale du gaz et la durée de contact entre la houille et le gaz sont en relation mutuelle.
Un changement dans l'une de ces variables affecte les autres. Par exemple, une augmentation de la température initiale du gaz diminue le temps nécessai- re au chauffage d'un échantillon particulaire de houille possédant une répar- tition particulaire donnée à une température donnée. Un changement dans la
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distribution particulaire e8nt une augmentation de la grosseur de la houil- le nécessite l'usage d'un gaz plus chaud pour chauffer la houille à une tem- pérature donnée .en un temps donne.
La répartition parti"t7.,aire peut -varier entre de{3 limites éloi-
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gnées à la condition que l'on tienne compte, comme on l'a dit, dés antres' variables. Les particules très fines de houille seront pendant un certain '
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temps à une température très supérieure à la- température de la masse'du" char- bon, de sorte que le rapport pondéral dea fines particules à la masse tàtâle de charbon ne doit pas etre trop grand.
Il est bon qu'il n'y ait pas plus de 10% des particules de charbon qui aient un diamètre inférieur à -m3.aren$, ¯ Une prépondérance de particules grossières tend à prolonger la période- de chauffage et à provoquer le ramollissement ou la cokéfaction du-charbon,
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Il ne doit donc pas y avoir plus de 10 % de particulee de charbon-qui sois supérieures à 2 mm. environ. Il est préférable qu'il y ait environ bzz de particules de houille d'une dimension de 420 microns.
La température initiale du gaz chauffant doit être assez élevée pour chauffer la houille à la température désirée en un temps relativement court, afin d'empêcher le ramollissement ou la cokéfaction des particules les plus fines et d'entretenir un rapport raisonnable gaz/charbon. D'autre part, si la température initiale du gaz est trop élevée, les particules les
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plus fines se ramollissent ou se cokéfient avant que les particules grwisié- res soient suffisamment chaudes. Il faut une température initiale minimal
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du gaz chauffant de 4tf3 C, environ et la température maximum pratique est de 72af,C, environ.
Une gamme comprise entre 55et 80000. est préférable pour la température initiale du gaz chauffant.
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La température finale de la bauillo dépend en grande partie de l'usage auquel elle est destinée. Le problème du ramollissement, de la cokéfaction et des pertes en constituants volatils ne se pose ordinairemaob
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pas tant que le charbon n'est pas chauffé au-dessus de 20oeC. On doit se rendre compte que la houille chauffée ne peut être maintenue indéfinimeut à des températures dépassant 2000e" sans se ramollir, se cokéfier et perdre des constituants volatils ou subir d'autres changements pyrolytiques. La durée pendant laquelle une bouille peut être maintenue sans s'altérer est d'autant plus courte que la température est plus élevée.
La température maxi- mum à laquelle la houille peut être maintenue pendant un temps suffisant peur permettre sa séparation du gaz chauffant et antres manipulations éventuelles
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est d'environ 5C0 Co
On doit faire intervenir dans le temps minimum de chauffage de la houille à la température désirée la réduction des dimensions des par-
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ticules et la température initiale extremememb élevée du gaz exigée pour c chauffer la houille dans un minimum de temps On a constaté qu'il'n'était pas pratique de chauffer la totalité de la houille pulvérisée en moins de 0,01 seconde. Une période prolongée de chauffage augmente la possibilité' d'altération des particules les plus fines de charbon. Le chauffage ne doit pas demander plus d'une minute et une durée de 0,10 à 10 secondes est pré- férable.
Il est préférable de sécher la houille avant de la mélanger avec le gaz inerte. Dans le cas des charbons très humides, il est nécessaire
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de les sécher avant de les pulvirisêr ou en même temps, cette pratique sup- primant l'encrassage de l'appareil de pulvérisation par la houille humide
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et facilitant la manipulation de 9 e-ci. On peut ajouter au gaz chauffai une certaine quantité de houille ed. sèches, mais ce procédé n'est pas d'un rendement thermique aussi bon dans le processus de chauffage. Si l'on sèche la houille avant de la chauffer, la chaleur retenue dans la houille et qui provient de l'opération de séchage peut être mise à profit en mélangeant la ' houille ainsi portée à la température de séchage avec le gaz chauffant.
La température du charbon au moment de son mélange avec le gaz ehauffant est
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de préférence voisine . lisl 10000.
Le gaz chauffant inerte doit avoir un volume suffisant et être
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animé d'une vitesse suffisante pour entraîner d-,une- manière complète le charbon à chauffer. On entend ici par gaz inerte un gaz ne se combinant pas avec les constituants de la houille au cours de la-période de ehaaffage peur en réduire ainsi sa réactivité chimique-. Le gaz chauffant préféré est un mélange d'azote, de vapeur d'eau et d'anhydride carbonique, mais en peut é-
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gaiement utiliser de l'azote, de l'anhydride carbonique ou un mélange de ces 'deux gaz, ou d'autres gaz possédant les propriétés voulues.
Le schéma de circulatiom de la figure 5 illustre le procédé , préféré de chauffage de la houille conformément à l'invention.
La houille broyée est disposée dans la trémie 1 d'où elle est transférée dans l'appareil de pulvérisation 1,, après avoir séparé dans le tamis 2 de la masse de la houille:.les particules les plus fines, de préféren- ce celles allant jusqu'à 2 mmo de diamètre,, La masse de charbon est envoyée dans l'appareil de pulvérisation 3 et la houille pulvérisée provenant detcet appareil et celle passant à travers le tamis ?, sont introduites dans un cou- rant de gaz desséchant A, suffisamment chaud pour que la température moyenne du gaz et de la bouille sèche soit d'environ 125 C., la température'du gaz desséchant étant de 200 C. environ.
L'humidité est chassée de la houille tandis que la houille est véhiculée par le gaz desséchant dans un sépara- teur cyclone à où s'effectue la séparation du gaz et de la majeure partie du charbon sec. Ge charbon est transféré dans la trémie 5 après avoir éliminé les particules grossières, supérieures à 2 mm. environ, au moyen du tamis 6, d'où on les renvoie au pulvérisateur 3. La circulation du gaz desséchant est entretenue sous la forme du courant A au moyen de la pompe 8.
On enlève l'eau du gaz desséchant en retirant une partie du courant d'une manière continue et n la faisant passer dans un autre sépara- teur cyclone 1 d'où l'on recueille les particules extrêmement fines de houil- leo Une partie du gaz ainsi débarrassé de charbon est évacuée en V et le reste est chauffé dans un four 11, puis renvoyé dans le courant gazeux B.
Le charbon sec pulvérisé présent dans la trémie 5 est envoyé dans le courant de gaz chauffant B, dont la température convenable est de 600 C. environ, et véhiculé par ce gaz dans un séparateur cyclone .2 ou s'effectue la séparation du gaz et du charbon. La houille chaude est dé- chargée du cyclone en vue du traitement ultérieur. Une partie des gaz chauds sortant du séparateur 9 est remise en circulation par une pompe 10 et passe dans le four 11 pour être de nouveau utilisée au chauffage de la bouille. On utilise une autre partie du gaz chaud C provenant du séparateur pour chauffer le gaz destiné au léchage du charbon. Une partie du gaz D peut être détournée par la pompe 12 vers le four 11 pour être chauffée et servir au chauffage du charbon.
Le tableau I ci-dessous donne des indications numériques four- nies par plusieurs opérations effectuées conformément au procédé représenté dans la figure 5. Le charbon utilisé dans ces opérations présente la compo- sition suivante, après séchage.
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<tb>
Cendres <SEP> 8,56% <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb> Humidité <SEP> 0,47% <SEP> "
<tb>
<tb> Produits <SEP> volatils <SEP> 40,90% <SEP> "
<tb>
La répartition particulaire de la houille chauffée est la sui- vante :
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<tb> Passant <SEP> au <SEP> tamis <SEP> à <SEP> mailles <SEP> de <SEP> 0,84 <SEP> mm. <SEP> 99,92 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> d <SEP> 0,25 <SEP> mm. <SEP> 91,08 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> d <SEP> 0,149 <SEP> mm. <SEP> 76,64 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> d <SEP> 0,074 <SEP> mm,, <SEP> 48,04%
<tb>
<tb>
<tb> d <SEP> 0,053 <SEP> mm. <SEP> 44,00 <SEP> %
<tb>
Cette houille pulvérisée, après séchage et au mpment où elle est mélangée avec le gaz chauffante possède une température d'environ 120 C.
Le gaz utiliséest l'anhydride carbonique.
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TABLEAU I
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<tb> Opération <SEP> n <SEP> I <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> initiale <SEP> : <SEP> 550-590 <SEP> : <SEP> 600-610 <SEP> 605-615 <SEP> 595-620 <SEP> 590-620
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> du <SEP> gaz <SEP> chauffant., <SEP> 100. <SEP> :
<SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Débit <SEP> du <SEP> gaz <SEP> en. <SEP> litres
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> par <SEP> minute <SEP> dans <SEP> les
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> conditions <SEP> normales <SEP> 538 <SEP> 623 <SEP> 623 <SEP> 679 <SEP> 538
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Débit <SEP> de <SEP> la <SEP> houille
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> en <SEP> kg./h. <SEP> 16,8 <SEP> 26,8 <SEP> 25,4 <SEP> 25,4 <SEP> 25,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Durée <SEP> de <SEP> l'opération:
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (en <SEP> heures) <SEP> 10 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> : <SEP> 3,5 <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Durée <SEP> de <SEP> contact <SEP> en-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> tre <SEP> la <SEP> Rouille <SEP> et <SEP> le <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> gaz <SEP> (en <SEP> secondes) <SEP> 0,4 <SEP> 0,35 <SEP> : <SEP> 0,35 <SEP> :
<SEP> 0,3 <SEP> 0,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Temp. <SEP> finale <SEP> de <SEP> la, <SEP> : <SEP> . <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Temp. <SEP> finale <SEP> de <SEP> la <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> bouille, <SEP> C. <SEP> 375-390 <SEP> 380-395 <SEP> 385-390 <SEP> 375-400 <SEP> 365-375
<tb>
Le procédé solvant l'invention s'est montré particulièrement applicable au chauffage des houilles én général et en particulier des houil- les bitumineuses qui sont plus susceptibles de se ramollir et de se cokéfier quand on les chauffe que les houilles anthraciteuses.
Etant donné que la tendance des houilles au ramollissement et à la cokéfaction est assez varia- ble, il est recommandé de procéder à un traitement spécial, tel par'exemple qu'une contraction de la gamme de répartition particulaire et unecourte,du- rée de chauffage, dans le cas des houilles se ramollissant et se cokéfiant facilement.
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COAL CONDITIONING PROCESS.
The present invention relates to a process for conditioning hard coal for the manufacture of chemicals, for example hard coal for a hydrogenation process. It relates more particularly to a process for heating coal to temperatures exceeding 200 ° C. without harming its chemical or physical properties.
In some chemical processes involving the use of finely divided coal, it is advantageous to preheat the coal before mixing it with the other reactants. The problem of preheating hard coal to temperatures in excess of 200 ° C. is complicated by the tendency of hard coal at these temperatures to lose its volatile constituents and to coke and soften. Volatile organic constituents are of great importance in the chemical reactions which must follow preheating and any loss of such material must be avoided. In addition, coketing or softening decreases the chemical reactivity of the mixture. hard or cause the coal to clump together which becomes difficult or impossible to handle.
It has already been proposed to dry and coke finely divided hard coal. In the drying operation, the hard coal is heated to a temperature insufficiently high for the problem of loss of volatiles or of coking to seriously arise. softening.
In preparing coal for coking according to old techniques, no concern is given to the loss of volatile constituents or the loss of chemical reactivity of the coal. It has also been proposed to preheat the finely divided slurry prior to the partial oxidative coking of the surface of the coal particles. The partial oxidation of the particles prevents their softening and agglomeration under the following heating conditions. A process of this type greatly decreases the value of carbon in certain chemical reactions.
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According to the invention, the Applicant provides a process for rapidly heating pulverized carbon of variable particle size to a temperature between 200 and 500 ° C. without harming its chemical or physical properties, this process comprising mixing the coal sprayed with an inert gas brought to a temperature of 400 to 1200 C., and preferably from 550 to 800 C., and the adjustment of the duration of the heating and of the particle distribution so as to heat the all of the coal before it occurs softens or cokes the finer particles.
When a sample of pulverized coal is mixed with an inert gas of a temperature higher than that of coal, the rate at which the core temperature of each particle approaches the temperature of the gas depends primarily on the size of the particle. The rate of increase in the core temperature of a slurry particle in contact with the hot gas varies inversely with the size of the particle; in other words the temperature increases all the more rapidly the smaller the particle.
When pulverized coal is mixed in the usual manner with an inert gas of a temperature higher than that of coal, the smaller particles are heated before the larger particles. The temperature of the gas decreases as its heat passes through the carbon particles. As will be seen in the accompanying drawings; the temperature of the finer coal particles approaches the decreasing temperature of the gas more rapidly than that of the coarser particles. When the temperature of the finer coal particles reaches the lower temperature of the inert gas, there is simultaneous cooling of the finer coal particles and the inert gas while the larger particles are heated.
Proper correlation of temperatures and particle size distribution allows heating of the finely divided coal before noticeable softening of the finer particles occurs. The loss of volatile constituents from hard coal is negligible when heated under conditions such that it neither softens nor cokes.
The following is a detailed description of the invention, made with reference to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 is a semi-logarithmic graph in which the temperatures of the components of a mixture of an inert gas and coal particles of various particle sizes are related to the contact time between the coal and the gas.
Figures 2, 3 and 4 are graphs similar to that of Figure 1, and
FIG. 5 is a flow diagram of a preferred embodiment of the method according to the invention.
In Figure 1, the temperature of an inert gas and the temperatures of slurry particles of various particle sizes are related to the duration of contact between the coal and the gas. The initial temperature of the inert gas is 600 ° C. and the mixture, previously dried, is at a temperature of 12000 ° when it is mixed with the gas.
The particle distribution of the slurry is as follows:
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<tb> 5 <SEP> microns <SEP> or <SEP> less <SEP> 5%
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> to <SEP> 22, <SEP> 5 <SEP> microns <SEP> 35%
<tb>
<tb>
<tb> 22, <SEP> 5 <SEP> to <SEP> 58 <SEP> microns <SEP> 35%
<tb>
<tb>
<tb> 58 <SEP> to <SEP> 105 <SEP> microns <SEP> 24%
<tb>
<tb>
<tb> 105 <SEP> to <SEP> 350 <SEP> microns <SEP> 1%
<tb>
As can be seen in Figure 1, the temperatures of the finer particles approach the falling temperature, the plus gas. faster than the temperatures of the larger particles.
The temperatures of the gas, and of particles with a dimension of 5 microns are less
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reach 5205C after 09dE? 3 seconds and both temperatures decrease during heating of the larger particles ,, An equilibrium temperature of 370C is reached in one second No coking or softening occurs appreciable and no other losses of dobby
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volatiles than vapor deea-a.
Figure 2 shows the effect exerted by the mixing of a certain quantity of coal having the same particle distribution as that
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charcoal in Figure 1 with a gas with a temperature of 8 ° C. In this case, the particles with a dimension of 5 microns or less and the passérxt gas z, the temperature of 650Go in 0.1 m2 second, an equilibrium temperature of the mixture of 37CPC is reached in 0.8 seconds.
At the temperature of 6500C. the finer particles will coke or soften in an excessively short time, and it is essential that the weight of the larger particles be sufficient to cause the gas and the finer particles to cool before a sufficient time for the coking or softening these finer particles, In this case, heating the larger particles results in a decrease in temperature.
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The finest particles perish at 39inCo in about C91 seconds, so that these particles do not suffer from heating.
In figure 3, the conditions are the same as in figure 1,
except with regard to particle distribution. The ratio of gas to coal is here 140/100 by weight. Coal, in the opera-
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The heating end according to figure 3 is coarser than in the heating operation according to figure 1.
The particle distribution of the coal in the operation according to figure 3 is as follows:
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<tb> 44 <SEP> microns <SEP> 5%
<tb>
<tb> 44 <SEP> to <SEP> 320 <SEP> microns <SEP> 30%
<tb>
<tb> 320 <SEP> to <SEP> 730 <SEP> microns <SEP> 30%
<tb>
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730 microns at z68 mm. 30% 1.68 mIna at 2 mm. 5%
As can be seen in figure 3, the finest particles (44 microns or less) and the gas reach the temperature of 525 C. in 0.06 seconds A temperature equilibrium of 375 C is obtained, in the mixture in about 5 seconds with the mixture of coal and gas.
Although it takes longer to heat the coarser coal, the
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the temperature of the finest particles is reduced to 3900Co less than a second after reaching the maximum temperature. At this temperature
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of 3900C ,. the coal does not lose volatile organic constituents and does not coke or soften during the time required to heat the
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coarse particles at 375 Co
In figure 4,
the initial temperature of the coal and the particle distribution are the same as in figure 3. The temperature
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re initial gas is 8aPCo and the gas to sludge ratio is 74/100 by weight The gas and particles with a size of 44 microns or
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less reach a temperature of 66CPC. in 0.04 seconds after the mixture of gas and carbon The maximum temperature of the mixture is reduced to 40,000. in one second and in 3 seconds a temperature equilibrium of the
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3750 "mixture No appreciable coking, softening or loss of volatile organic material occurs.
The partial distribution, the initial temperature of the gas and the duration of contact between the coal and the gas are mutually related.
A change in one of these variables affects the others. For example, an increase in the initial temperature of the gas decreases the time required to heat a coal particulate sample having a given particle distribution to a given temperature. A change in the
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particle distribution and an increase in the size of the coal requires the use of a hotter gas to heat the coal to a given temperature in a given time.
The distribution part "t7., Area can vary between {3 eloi-
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generated on the condition that one takes into account, as we have said, the other variables. Very fine coal particles will be for some '
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time at a temperature much higher than the temperature of the mass of coal, so that the weight ratio of fine particles to the gross mass of coal should not be too great.
It is good that no more than 10% of the carbon particles are smaller than -m3.aren $, ¯ A preponderance of coarse particles tends to prolong the heating period and cause softening or the coking of coal,
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There should therefore not be more than 10% of the carbon particle - which is greater than 2 mm. about. It is preferable that there are about bzz of coal particles with a size of 420 microns.
The initial temperature of the heating gas should be high enough to heat the coal to the desired temperature in a relatively short time to prevent softening or coking of the finest particles and to maintain a reasonable gas / coal ratio. On the other hand, if the initial temperature of the gas is too high, the particles
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finer particles soften or coke before the gray particles are hot enough. You need a minimum initial temperature
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heating gas of 4tf3 C, approximately and the maximum practical temperature is 72af, C, approximately.
A range between 55 and 80,000 is preferable for the initial temperature of the heating gas.
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The final temperature of the bauillo depends largely on the use for which it is intended. The problem of softening, coking and losses of volatile constituents does not usually arise.
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not until the coal is heated above 20oC. It should be realized that heated coal cannot be kept indefinitely at temperatures above 2000 ° "without softening, coking and losing volatile constituents or undergoing other pyrolytic changes. The length of time that a slurry can be held without s The alteration is shorter the higher the temperature.
The maximum temperature at which the coal can be maintained for a sufficient time to allow its separation from the heating gas and other possible manipulations
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is about 5C0 Co
The minimum heating time of the coal to the desired temperature must be made to reduce the dimensions of the pieces.
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The extremely high initial gas temperature required to heat the coal in a minimum of time It has been found impractical to heat all of the pulverized coal in less than 0.01 seconds. An extended period of heating increases the possibility of spoilage of the finest carbon particles. Heating should not take more than 1 minute and a time of 0.10 to 10 seconds is preferred.
It is preferable to dry the coal before mixing it with the inert gas. In the case of very wet coals, it is necessary
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to dry them before spraying or at the same time, this practice eliminating the fouling of the spraying apparatus by wet coal
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and facilitating the handling of 9 th. A certain quantity of hard coal can be added to the heated gas. dry, but this process is not as good thermal efficiency in the heating process. If the coal is dried before heating it, the heat retained in the coal which results from the drying process can be utilized by mixing the coal thus brought to drying temperature with the heating gas.
The temperature of the coal when it is mixed with the heating gas is
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preferably neighbor. lisl 10,000.
The inert heating gas must have a sufficient volume and be
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driven at a speed sufficient to drive the coal to be heated completely. The term “inert gas” is understood here to mean a gas which does not combine with the constituents of the coal during the haaffage period, thus reducing its chemical reactivity. The preferred heating gas is a mixture of nitrogen, water vapor, and carbon dioxide, but can be mixed.
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happily use nitrogen, carbon dioxide or a mixture of these two gases, or other gases having the desired properties.
The flow diagram of Figure 5 illustrates the preferred method of heating coal in accordance with the invention.
The crushed coal is placed in the hopper 1 from where it is transferred to the pulverizing apparatus 1 ,, after having separated in the sieve 2 from the mass of the coal:. The finer particles, preferably those up to 2 mmo in diameter ,, The mass of coal is sent to the pulverizing apparatus 3 and the pulverized coal coming from this apparatus and that passing through the sieve ?, are introduced into a stream of drying gas A , hot enough so that the average temperature of the gas and the dry slurry is about 125 C., the temperature of the drying gas being about 200 C.
Moisture is driven from the hard coal while the hard coal is conveyed by the desiccant gas to a cyclone separator where the gas and most of the dry coal are separated. The carbon is transferred to the hopper 5 after removing the coarse particles, greater than 2 mm. approximately, by means of the sieve 6, from which they are returned to the sprayer 3. The circulation of the drying gas is maintained in the form of the stream A by means of the pump 8.
The water is removed from the desiccant gas by withdrawing part of the stream continuously and passing it to another cyclone separator 1 from which the extremely fine particles of coal are collected. gas thus freed of coal is discharged in a V and the rest is heated in an oven 11, then returned to the gas stream B.
The pulverized dry carbon present in the hopper 5 is sent into the heating gas stream B, the suitable temperature of which is approximately 600 C., and conveyed by this gas in a cyclone separator .2 where the gas is separated and coal. The hot coal is discharged from the cyclone for further processing. Part of the hot gases leaving the separator 9 is recirculated by a pump 10 and passes into the oven 11 to be used again for heating the slurry. Another part of the hot gas C from the separator is used to heat the gas for licking the coal. Part of the gas D can be diverted by the pump 12 to the furnace 11 to be heated and be used for heating the coal.
Table I below gives numerical indications provided by several operations carried out in accordance with the process shown in Figure 5. The charcoal used in these operations has the following composition, after drying.
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<tb>
Ash <SEP> 8.56% <SEP> in <SEP> weight
<tb>
<tb> Humidity <SEP> 0.47% <SEP> "
<tb>
<tb> Volatile <SEP> products <SEP> 40.90% <SEP> "
<tb>
The particle distribution of the heated coal is as follows:
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<tb> Passing <SEP> to <SEP> sieve <SEP> to <SEP> mesh <SEP> of <SEP> 0.84 <SEP> mm. <SEP> 99.92 <SEP>%
<tb>
<tb>
<tb> d <SEP> 0.25 <SEP> mm. <SEP> 91.08 <SEP>%
<tb>
<tb>
<tb> d <SEP> 0.149 <SEP> mm. <SEP> 76.64 <SEP>% <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> d <SEP> 0.074 <SEP> mm ,, <SEP> 48.04%
<tb>
<tb>
<tb> d <SEP> 0.053 <SEP> mm. <SEP> 44.00 <SEP>%
<tb>
This pulverized coal, after drying and at the moment where it is mixed with the heating gas, has a temperature of about 120 C.
The gas used is carbon dioxide.
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TABLE I
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<tb> Operation <SEP> n <SEP> I <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Initial <SEP> temperature <SEP>: <SEP> 550-590 <SEP>: <SEP> 600-610 <SEP> 605-615 <SEP> 595-620 <SEP> 590-620
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> of the <SEP> gas <SEP> heating., <SEP> 100. <SEP>:
<SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Gas <SEP> flow <SEP> <SEP> in. <SEP> liters
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> by <SEP> minute <SEP> in <SEP> the
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> normal <SEP> conditions <SEP> 538 <SEP> 623 <SEP> 623 <SEP> 679 <SEP> 538
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Throughput <SEP> of <SEP> the <SEP> coal
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> in <SEP> kg./h. <SEP> 16.8 <SEP> 26.8 <SEP> 25.4 <SEP> 25.4 <SEP> 25.4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Duration <SEP> of <SEP> operation:
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (in <SEP> hours) <SEP> 10 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP>: <SEP> 3.5 <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Duration <SEP> of <SEP> contact <SEP> in-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> be <SEP> the <SEP> Rust <SEP> and <SEP> the <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> gas <SEP> (in <SEP> seconds) <SEP> 0.4 <SEP> 0.35 <SEP>: <SEP> 0.35 <SEP>:
<SEP> 0.3 <SEP> 0.4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Temp. <SEP> final <SEP> of <SEP> la, <SEP>: <SEP>. <SEP>: <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Temp. <SEP> final <SEP> of <SEP> the <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> boils, <SEP> C. <SEP> 375-390 <SEP> 380-395 <SEP> 385-390 <SEP> 375-400 <SEP> 365-375
<tb>
The solvent process of the invention has been found to be particularly applicable to the heating of coals in general and in particular bituminous coals which are more likely to soften and coke when heated than anthracite coals.
Since the tendency of coal to soften and coke is quite variable, it is recommended to carry out a special treatment, such as for example a contraction of the range of particle distribution and a short, lasting heating, in the case of coals which soften and coke easily.