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PROCEDE DE DISTILLATION ET DE DEGAZAGE DU CHARBON.
On a déjà proposé toute une série de procédés pour la distillalation lente et le dégazage du charbon selon lesquels le charbon finement di- visé en suspension, était traité au moyen d'un agent de dégazage sous forme de gaz ou de vapeur,, ou était traité d'une autre manière avec de l'énergie calorifique,,, de telle façon que les gaz et les goudrons fussent séparés et extraits. tandis que tombait un coke. Mais dans l'application de ces procédés. une difficulté apparaîtdans tout appareil, il ne tarde pas à se former. dans certaines zones qui peuvent être plus ou moins longues. des dépots de composants du charbon. sur les parois, dépôts qui deviennent de plus en plus épais et qui.,, en un temps courte obstruent 19appareil.
Ceci implique la nécessité d'arrèter et de nettoyer l'appareil à de courts intervalles.
Jusqu'à présents la cause de cette formation de dépôts n'était pas apparue clairement. Des recherches ont maintenant révélé que les dépôts se présentaient aussi bien dans le cas de houille que dans le cas de lignite et que;, par conséquent.. il ne fallait pas attribuer la formation de dépôts à la propriété d'agglutination propre à la houille. Il s'est avéré en outre que les dépôts se produisaient toujours dans la zone dans laquelle la matière de passage. pendant son échauffement,, traversait la gamme de températures allant approximativement de 350 à 500 C. Dans cette phase de l'échauffement se produit toutefois également la partie principale du dégagement du goudron du grain de charbon.
Ceci fait conclure que la formation de dépôts doit être une fonction du dégagement du goudron dans sa phase principale,, tandis que,, avant et après cette phase principale,,, c'est-à-dire là où la température de la matière de passage est inférieure à environ 350 ou supérieure à environ 500 C. des conditions optimum en ce qui concerne l'évitement des dépôts règnent manifestement.
On peut se représenter le dégagement du goudron pour un grain de charbon, comme Mott et Bernstein le firent. de la manière suivante. Les com-
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posants formateurs de goudron du charbon occupent., lorsqu'ils sont traités à une température suffisantela surface du grain de charbon et forment une enveloppe liquide de goudron. Cette enveloppe de goudron est d'autant plus épaisse que la quantité de goudron éliminée par unité de temps est grande et que la surface est petite par rapport au volume . Si l'on considère la courbe de dégagement du goudron représentée à la figure 1 qui donne un graphique portant en ordonnée le pourcentage de goudron et en abscisse la température du charbonla courbe a représentant le dégagement du goudron lors de la distillation d'un charbon de la Ruhr (Korl.
DissAachen 1931) et la courbe b. le rendement pratique en goudron dans le cas d'un charbon contenant 27% de constituants fluides (Koppers-Handbuch)- on voit que la zone d'élimination principale du goudron se situe, dans le cas du charbon de la Ruhr traité. entre 3800 et 460 C. Dans cette gamme de températures, la quantité de goudron éliminée et,, par suite., l'enveloppe de goudron sont notablement plus fortes qu'en dessous et au-dessus des températures citées. Par suite, on comprendra qu'un gros grain de charbon. par exemple, avec sa surface relativement petite par rapport au volume. aura une enveloppe de goudron plus épaisse qu'un petit grain de charbon.
Un grain de charbon touchant la paroi y restera collé si les forces d'adhérence sont suffisamment grandes pour l'y maintenir.Mais les forces d'adhérence sont d'autant plus grandes que l'enveloppe de goudron est épaisse.
Or, la paroi du conduit présente toujours une température plus élevée que le grain de charbon en contact avec elle, si bien que l'évaporation de l'enveloppe de goudron peut se faire spontanément et que, pour une température de paroi suffisamment élevée, le grain de charbon adhérent initialement par suite des forces d'adhérence sera collé à la paroi par les résidus de cracking se produisant lors de l'évaporation soudaine. Suivant ces données, on évitera donc la formation des dépôts que si l'enveloppe de goudron entourant le grain de charbon est maintenue suffisamment mince pour que les forces d'adhérence,lors du contact avec la paroi, ne suffisent pas à fixer le grain de charbon.
Si l'on compare l'importance des dépôts se produisant dans le cas de houille et dans le cas de lignite, dans des conditions de recherches approximativement identiques. on établit que,,, par suite de la plus faible teneur en goudron de la lignite par rapport à la houille, les dépôts seront plus faibles dans le cas de la lignite.,
Le rendement en goudron du charbon de la Ruhr traité était de 6,2 % et celui de la lignites approximativement 3.8 %. Pendant la même unité de temps, par conséquent pendant le temps au cours duquel le grain de charbon traverse la gamme de températures allant de 380 à 460 C.. on constate, pour la houille. le dégagement de quantités de goudron sensiblement plus grandes que pour la lignite.
L'enveloppe de goudron est relativement plus forte et donne lieu à des dépôts lors du contact avec la paroi.
De plus, il apparaît que le gros grain provoque des dépôts plus importants que le grain fin. Ceci est dû. au fait que, dans le même intervalle de température,, il se produit, dans le cas du gros grain. une quantité de goudron plus grande,qui doit être évaporée. Du fait de la surface plus petite par rapport au volume, la quantité de chaleur transmissible est plus faibles si bien que l'évaporation de l'enveloppe de goudron se produit plus lentement.
Dans l'ensemble. on peut concure que le dégagement du goudron doit être déterminé pendant toute la marche du traitement du charbon et, en fait,, être manifestement ralenti, pour exclure la formation de dépôts.
Comme le dégagement du goudron est déclenché par l'amenée de chaleur au charbon,,, son accélération dépend de la vitesse d'échauffement du charbon.
L'objet de l'invention est donc un procédé de distillation lente et de dégazage de charbon en suspension, selon lequel la vitesse d'échauffement du charbon est réglée dans sa gamme de température critique pour la formation des dépôts de telle fagon que la quantité de goudron dégagée de la quantité de charbon par unité de temps ne soit aucun moment supérieure à
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ce qu'elle est au point initial de cette gamme..
En vue de Inapplication du procédé, on établit,, pour le charbon à traiter, la caractéristique du dégagement de goudron selon la température du grain de charbono Cette caractéristique s'obtient pour chaque charbon par les moyens du laboratoire.
On obtient ainsi une courbe telle que celle qui est représentée à la figure 2a. Cette courbe présente,,, dans la phase initiale et dans la phase finale de l'élimination du goudron, une pente douce, tandis que dans la pha- se principale,, dans laquelle la quantité principale de goudron est dégagée, elle-a une allure raide. Comme cette phase coïncide avec la phase de formation des dépôts comme il a été expliqué plus haut., on doit supprimer cette pente raide de la courbe.
Si l'on suppose que, pour la courbe 2a, les sections de 1?axe des températures expriment une fonction de temps, en ce sens que la distance d'un palier de température donné au suivant est une mesure pour le temps que met le grain de charbon à parcourir cet intervalle de tem- pérature il apparaît que la partie raide de la courbe sera rendue douce si l'on étend la durée de passage d'un palier de température au suivant. Ceci est montré à la figure 2b.
Entre A et B se situe la zone critique pour le dégagement principal du goudron et pour la formation des dépòts. Avant A et après B., il n'y a aucune formation de dépôts à considérer,, si bien que la partie de la courbe définie par a peut être admise comme sure. En étendant la durée mise à parcourir la gamme de températures dans le sens indiqué à la figure 2b., on arrive à ce que toute la courbe de dégagement du goudron ne soit pratiquement jamais plus raide qu'en a, bien que, dans l'effet final. il n'y ait pas moins de goudron dégagé que dans l'autre cas.
Cet effet est obtenu par le fait que l'amenée de chaleur au grain de charbon n'est pas réduite en elle-même mais que cette amenée est ralentieo La vitesse d'échauffement du charbon est réglée dans le sens d'un ralentissement jusqu'en dessous de la limite critique indiquée par la caractéristique de dégagement du goudron du charbon considéré.
La caractéristique ou la courbe de dégagement du goudron montre, pour une sorte de charbon déterminée, pour chaque palier de température, la vitesse d'échauffement de chaque grain étant constante, combien de goudron sera dégagé en % par unité de poids de charbon (figures 1. 2a)o La zone critique de la courbe est la partie médiane comprise entre A et B (figure 2b), où, avec le dégagement principal du goudron, se produit également la formation des dépôts. L'allure d'échauffement c est l'élévation de température en degrés Celsius appliquée à un grain de charbon par unité de temps c = ¯ C sec
L'indice de goudron T est la quantité de goudron dégagée, exprimée en % par unité de poids de charbon, divisée par l'intervalle de température considéré en degrés C.
T =%goudron C
L'indice de dégagement du goudron Te est formé par le produit de c par T.
Te = ¯ C x % goudron = Te critique. sec C
Il doit, selon ce procédé nouveau., être maintenu égal ou infé-
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rieur à l'indice de dégagement du goudron valable pour le point A de la courbe 2a.où précisément les conditions arrêtent encore également la formation des dépôts.
Ceci peut se faire de différentes façons. Or peut traiter le charbon dans une chambre de réaction quia de l'extérieur$ est chauffée sur toute sa longueur avec des intensités différentes, de telle façon que la vitesse d'échauffement du grain de charbon soit maintenue en dessous de la limite critique Te critique. L'allure d'échauffement permise C se calcule sec d'après /} C = Te critique (T = goudron) sec T C
Si l'échauffement du grain de charbon se produit par des moyens de dégazage tels que des gaz de distillation., de l'air ou de la vapeur d'eau surchauffée ou encore des mélanges de ceux-ci, la vitesse d'échauffement peut être réglée, c'est-à-dire diminuée, localement par introduction d'agents de dégazage additionnels de températures différentes.
De même, ce réglage peut s'opérer en ce sens que, partant d'une gauane de températures donnée du charbon d'amenée le long de sa zone de déplacement. on diminue l'allure d'échauffement pour cet intervalle de température en allongeant la zone de déplacement. Ceci donne, aux figures 2a et b, la représentation inférieure qui permet, de voir l'allure des températures sur la longueur d'une chambre de réaction représentée horizontalement, la figure 2b montrant le réglage conforme à l'invention.
Enfin, le réglage peut encore s'opérer par modification de la section transversale de la chambre de réaction. Une chambre de réaction verticale est prévue cylindrique dans sa partie inférieure, devient conique entre A et B et redevient cylindrique au-dessus de B.
La zone de réaction nécessaire L - compte tenu de la notation acquise en raison de la vitesse d'échauffement permise - est
L=% goudron . v
Te critique v étant la vitesse de déplacement en m du grain de char- sec bon dans la chambre de réaction.
Le tableau 1 ci-dessous indique, à titre d'exemple, les données d'une zone partielle de réaction (350 - 370 C) qui travaille sans dépôts. tandis que le tableau 2 ci-dessous représente une zone partielle (360- 420 C.) où se produisent d'importants dépôts Tableau 1.
EMI4.1
<tb>
<tb>
Elévation <SEP> de <SEP> la <SEP> température <SEP> 350 <SEP> - <SEP> 370 C.
<tb>
Différence <SEP> de <SEP> température <SEP> 20 C.
<tb>
Vitesse <SEP> de <SEP> déplacement <SEP> du <SEP> grain <SEP> 13 <SEP> m/sec.
<tb> Durée <SEP> du <SEP> séjour <SEP> 0.192 <SEP> sec.
<tb>
Allure <SEP> d'échauffement <SEP> 104 C./sec.
<tb>
Dégagement <SEP> du <SEP> goudron <SEP> % <SEP> 0,85 <SEP> - <SEP> 1,25 <SEP> %
<tb> % <SEP> goudron <SEP> correspondant <SEP> 0,4 <SEP> %
<tb> Quantité <SEP> spécifique <SEP> de <SEP> goudron <SEP> % <SEP> goudrn/T C. <SEP> 0,4 <SEP> = <SEP> 0,02
<tb> 20
<tb> Indice <SEP> de <SEP> dégagement <SEP> du <SEP> goudron <SEP> 104 <SEP> x <SEP> 0,02 <SEP> = <SEP> 2,08
<tb>
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EMI5.1
<tb>
<tb> Tableau <SEP> 3. <SEP>
<tb>
Elévation <SEP> de <SEP> la <SEP> température <SEP> 360 <SEP> - <SEP> 420 C.
<tb>
Différence <SEP> de <SEP> température <SEP> 60 C.
<tb>
Vitesse <SEP> de <SEP> déplacement <SEP> du <SEP> grain <SEP> 1,75 <SEP> m/sec.
<tb>
Durée <SEP> du <SEP> séjour <SEP> 0,572 <SEP> sec.
<tb>
Longueur <SEP> de <SEP> la <SEP> section <SEP> 1 <SEP> m.
<tb>
Allure <SEP> d'échauffement <SEP> 105 C./sec.
<tb>
Dégagement <SEP> du <SEP> goudron <SEP> % <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 3 <SEP> % <SEP>
<tb> Quantité <SEP> spécifique <SEP> de <SEP> goudron <SEP> 2 <SEP> = <SEP> 0 033
<tb> Indice <SEP> de <SEP> dégagement <SEP> du <SEP> goudron <SEP> 105 <SEP> 60x <SEP> 0,033 <SEP> = <SEP> 3,47
<tb>
Dans le cas du tableau 2.1'indice critique de dégagement du goudron était dépassé. Par d'autres essais faits sur ce charbon, il fut établi que pour un indice de dégagement du goudron d'environ 2,08, aucun dépôt ne se produisait.
Par conséquent, l'échauffement du grain de charbon aurait pu se faire, lors de l'essai correspondant aux données du tableau 2, non à une vitesse d'échauffement de 105 C/sec. mais plus lentement, à une vitesse de 2,08: 0,033 = 63 C./sec. Pour que l'on obtienne ceci dans le cas d'une vitesse de déplacement du grain de 1,75 m/sec., conditionnée par la zone de déplacement donnée, la longueur de la section de la zone de déplacement dans laquelle la différence de température de 60 C. est parcourue aurait dû être plus grande et compter
60 x 1,75 = 0,953 x 1,75 = 1,67 m.
63 C. /sec.
Cette appréciation peut être étendue à toute la longueur de la zone de déplacement. La zone de déplacement est dans ce cas divisée en sections de même grandeur, de 0,5 m. de long, et l'indice critique de dégagement de goudron obtenu sert de base au calcul.
En raison des rapports de transmission de chaleur se modifiant éventuellement, il se fait que, pour obtenir une vitesse d'échauffement moindre, une allure de température de l'agent de dégazage conformément inférieure est nécessaire. Ainsi il se produit dans cette gamme des températures de paroi qui sont presque invariablement identiques le long de la gamme critique.
Il est à tirer de la littérature que la formation de coke de goudron, par conséquent de résidus de cracking lors de l'évaporation du goudron, ne s'opère que si la température de la paroi du four ou la température de la paroi des cornues de distillation se trouve au-dessus de 550 - 600 Ce C'est donc non seulement par l'observation exacte de la vitesse d'échauffement permise mais encore par la température de paroi de la zone de déplacement plus faible se trouvant directement en rapport avec cette vitesse que la possibilité de formation de dépôts est exclue.
Le procédé conforme à l'invention est en principe applicable à tout système dans lequel du charbon finement divisé, en suspension, est traité de façon continue au moyen d'un agent de dégazage sous forme de gaz ou de vapeur, puisque dans tous ces systèmes, la formation de dépôts de coke de goudron représente l'inconvénient principal. Les essais cités plus haut furent menés dans un système dans lequel du charbon finement divisé était transporté à travers une chambre de réaction, verticalement., de bas en haut, au moyen d'un courant de vapeur d'eau surchauffée. et était en même temps distillé et soumis au dégazage.
REVENDICATIONS.
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