Procédé de distillation à sec de matières végétales. On sait que, lors de leur pyrogénation, certaines matières organiques, notamment les produits cellulosiques, donnent généralement lieu à la production de gaz et de liquides di vers, tout en laissant un résidu riche en car bone; c'est ainsi que la carbonisation du bois en vase clos permet d'obtenir: a) du charbon de bois, b) des gaz combustibles, c) des vapeurs qui, par condensation, donnent un liquide appelé pyroligneux conte nant:
une proportion d'eau pouvant aller jusqu'à 85 ou 90 %, une quantité appréciable de goudrons, des acides organiques, principalement de l'acide acétique, des alcools, notamment de l'alcool méthy lique, des cétones, notamment de l'acétone, d'autres composés organiques plus ou moins complexes.
Il. est facile de recueillir le charbon de bois, ainsi que les gaz combustibles prove nant de la distillation, et l'on peut séparer les goudrons en grande partie, sans trop de difficultés.
Il est, par contre, difficile de recueillir et traiter les autres composés organiques, car ils forment des mélanges fortement dilués dans la masse d'eau du pyroligneux.
Le but de la présente invention est non de récupérer les corps organiques en ques- tion, mais de les décomposer .en gaz combus tibles s'ajoutant à ceux produits par la carbo nisation des matières végétales.
On connaît déjà des procédés dans les quels les gaz et vapeurs provenant de la car bonisation du bois étaient dirigés, en vue de la décomposition des pyroligneux, sur une couche de coke, ou de charbon de bois incan descent; le but de cette opération était mul tiple, car on devait. ainsi obtenir, tout au moins en théorie: la réduction en oxyde de carbone de l'anhydride carbonique contenu en quantité importante dans les gaz de carbonisation, la gazéification de la vapeur d'eau du pyroligneux avec formation .de gaz à l'eau, la destruction des composés organiques existant dans les vapeurs.
Ces réactions concourraient toutes à accroître le volume de gaz disponibles. Cependant, en pratique, les résultats ont été beaucoup moins intéressants qu'on ne l'escomptait,, car, si le volume de gaz se trou vait effectivement accru, son pouvoir calori fique restait à une valeur très faible, infé rieure, la plupart du temps, à celle que l'on pouvait obtenir par une conduite convenable des opérations de carbonisation elles-mêmes; les deux réactions de réduction de l'anhy dride carbonique en oxyde de carbone et de formation de gaz à l'eau nécessitent en effet. le maintien, au sein .de la masse de carbone, d'une température de l'ordre de 1000 à la- quelle les carbures d'hydrogène sont détruits par<B>lé</B> carbone incandescent.
D'autre part, ces deux réactions sont fortement endothermiques et il est difficile de réaliser, par chauffage externe, l'apport de calories nécessaires; la masse de carbone en trant en réaction se refroidit donc, la réduc tion de CO2 en CO ne se produit que par tiellement et la qualité du gaz à l'eau est mauvaise.
De plus, cette opération est coûteuse, car elle nécessite de grosses quantités de combus tibles de chauffage s'ajoutant à celle du car bone décomposé par les vapeurs et les gaz. Elle a également pour effet de réduire la capacité de production du four en immobili sant des cornues en plus de celle servant à la distillation.
Enfin, le combustible (coke ou charbon de bois) subsistant dans la cornue se révèle comme très cendreux, perd ses propriétés réactives et contient une grande quantité de poussière de faible valeur.
Il faut ajouter que les cendres de coke ou de charbon de bois sont susceptibles, à la température dont il s'agit, de s'attacher aux parois en réfractaires de la cornue de réac tion et de les endommager gravement.
L'invention a pour objet un procédé de distillation à sec de matières végétales, qui permet d'éviter tous les inconvénients ci- dessus mentionnés.
Ce procédé est caractérisé par le fait qu'après avoir opéré la carbonisation de ces matières végétales en vase clos, on transforme les vapeurs de pyroligneux ainsi formé en gaz combustibles, en faisant passer lesdites va peurs sur des substances inertes portées à une température suffisante pour produire le cra quage des pyroligneux, de manière à obtenir, d'une part, du charbon de bois et, d'autre part, un mélange gazeux composé en majeure partie d'oxyde de carbone, d'hydrogène et d'hydrocarbures.
On réalise ainsi la destruction complète des corps provenant de la distillation du bois (acides, alcools, cétones, huiles de goudron, corps organiques divers), tout en évitant les deux réactions de réduction de l'anhydride carbonique et de formation du gaz à l'eau qui se produisent au contact du carbone incan descente dont les inconvénients ont été rap pelés.
Les matériaux inertes au contact des quels les vapeurs de pyroligneux sont sur chauffées ont principalement. pour effet. de diviser les courants gazeux et d'améliorer ainsi le contact des vapeurs organiques avec les sur faces portées à la température convenable; ils doivent résister à l'action de la chaleur et présenter ,une surface de contact importante;
on fera par exemple choix d'anneaux Raschig ou de matériaux poreux réfractaires; dans certains cas spéciaux, on pourra utiliser des produits ayant une action catalytique parti culière, ce qui permettra de mieux diriger les réactions de gazéification des corps organi ques en question et d'obtenir ainsi une com position finale de gaz convenant le mieux pour les diverses utilisations envisagées.
L'expérience montre que l'on obtient ainsi une quantité appréciable de gaz combustibles dont le pouvoir calorifique pourra être réglé à volonté entre moins de 3800 et plus de 6000 calories suivant la température à laquelle seront portées les vapeurs et leur durée de contact avec les matériaux surchauffés; on recueillera un volume de gaz .d'autant plus important que la température de craquage sera, elle-même plus forte, le pouvoir calori fique variant par contre en sens inverse;
par exemple, on pourra obtenir, par tonne de pyroligneux décomposé, jusqu'à 150 à 200 m3 d'un gaz dont. le pouvoir calorifique atteindra environ 4000 à 4500 calories, ce qui corres pond à 60 à 100 m3 de gaz par tonne de bois distillé; ces chiffres s'entendent pour une composition normale des vapeurs, c'est-à-dire en supposant. que celles-ci auront déjà été dé- goudronnées au moins sommairement et ne contiendront plus qu'une faible partie de leurs huiles de goudrons et corps homologues.
Dans le cas où on jugerait préférable d'accroître encore le volume des gaz disponi- bles, on pourrait diminuer ou même le dégoudronnage des vapeurs, ce qui aurait pour effet de soumettre à l'action de décomposition thermique une quantité beau coup plus importante de corps organiques.
De toutes faons, le volume et le pouvoir calorifique des gaz combustibles provenant de la carbonisation seront fortement accrus par la décomposition des vapeurs.
Cette production de gaz incondensables paraît due non seulement à une décomposi tion thermique simple des vapeurs organi ques, mais aussi à certaines réactions secon daires qui, en se produisant dans la masse des gaz et des vapeurs surchauffées, tendent à favoriser et compléter cette décomposition sous l'action de la chaleur.
Parmi les facteurs susceptibles de modi fier les réactions de décomposition, on doit signaler d'abord la présence de quantités mas sives de vapeur d'eau fortement surchauffée qui tendront: 1 à faciliter la gazéification de certains des composés organiques contenus dans les vapeurs, par exemple des huiles de goudron; 2 à gazéifier les dépôts de carbone qui pourraient se produire sur les empilages et à augmenter, par production de gaz à l'eau, le volume de gaz disponibles en évitant que les empilages ne soient progressivement enro bés sous une couche épaisse de graphite qui entraverait rapidement les réactions; 3 à accroître la teneur du gaz en hydro gène et en anhydride carbonique, aux dépens de l'oxyde de carbone et de la vapeur d'eau, suivant, la réaction d'équilibre:
<B><I>CO</I></B> + H20 = C02 + H2. D'ordinaire, en effet, et afin d'éviter la condensation puis la réévaporation des pyro- ligneux, le traitement de craquage thermique porte sur les mélanges de gaz de carbonisa tion et de vapeurs de pyroligneux (dégou- dronnées ou non) sortant de la cornue de carbonisation.
Les réactions de décomposition des vapeurs pyroligneuses se produisent donc en présence des gaz de carbonisation riches en oxyde de carbone.
L'hydrogène se trouvant en quelque sorte à l'état naissant agira efficacement sur cer tains corps organiques provenant de la carbo- nisation: c'est ainsi que pourront se trouver facilitées certaines réactions intéressantes, comme la transformation de composés cycli ques en carbures acycliques, l'enrichissement en hydrogène de carbures non saturés, ou la. scission d'une molécule de carbures saturés lourds en carbures plus légers comme le mé thane.
La décomposition de ces vapeurs de pyro- ligneux susindiquées tendra donc, en résumé à augmenter considérablement le volume des gaz disponibles, à enrichir ceux-ci en hydrogène, en car bures d'hydrogène et en anhydride carboni que, le vol-Lune d'oxyde de carbone subissant une diminution correspondante.
Du fait de ces actions de déeompostion, les condensations que donnent les gaz ainsi traités sont totalement débarrassées d'acides, d'alcools, de cétones et des autres corps orga niques qu'elles contenaient à l'origine, ce qui évite toutes détériorations du matériel.
Enfin, il est facile de maintenir la tempé rature nécessaire à la décomposition des corps en question, les réactions correspondantes n'étant que faiblement endothermiques.
L'apport de calories nécessaire pourra., dans la majorité des cas, être réalisé en ma jeure partie par récupération des chaleurs sensibles, par exemple celles des fumées sor tant du four de carbonisation.
Les calories absorbées par les réactions de craquage se retrouvent intégralement dans la chaleur latente des gaz; si l'on accole la chambre de craquage au four de carbonisa tion, les pertes par radiation seront minimes et le rendement. global sera. excellent..
Le charbon de bois produit conserve toutes ses qualités puisqu'il n'entre pas en réaction; les détériorations de réfractaires qui étaient à redouter dans le cas de la gazéification du charbon de bois ou du coke seront manifeste ment évitées.
Les vapeurs de pyroligneux mélangées la plupart du temps aux gaz et vapeurs de car bonisation sont mises en circulation sur des matériaux maintenus à. une température suffi- sanie pour décomposer ces vapeurs, habituelle ment 500 à 800 ou 900 environ.
Le dessin annexé représente, de façon schématique et à titre d'exemple, une installa tion pour la mise en #uvre du procédé objet de l'invention.
Cette installation permet de réaliser les opérations principales suivantes: I. Carbonisation.
La carbonisation d'allure rapide et à haute température s'effectue dans un four compre nant des cornues verticales et à carbonisation continue A, chauffées par la combustion soit d'une partie des gaz disponibles, soit de gaz de gazogènes à matières végétales. Le four de carbonisation peut être complété par une installation de séchage du bois et comporter à la partie inférieure un étouffoir destiné à assurer le refroidissement du charbon de bois et en récupérant la chaleur sensible.
Une injection de vapeur au bas de la cor nue peut être prévue pour accroître le volume de gaz en produisant du gaz à l'eau.
Le charbon de bois éteint tombe en 1 pour le concassage, le criblage, l'ensachage. II. Dégoudronnage.
Cette opération s'effectue à la sortie des cornues par un dégoudronneur B, maintenu à une température suffisante pour éviter la condensation des pyroligneux, soit 110 envi ron.
Le schéma indique en B' la sortie dés goudrons vers leur traitement qui comporte normalement la désacidification. Les va peurs de pyroligneux, d'acide acétique notam ment, sont ainsi renvoyées, par 2, dans le cou rant de gaz, afin de subir le craquage prévu. III. Craquage, Les gaz .de distillation contenant les va peurs de pyroligneux sont ensuite dirigées dans la chambre de craquage C, afin d'y être portées à la température convenable pour obtenir les réactions de décomposition ther mique prévues.
Cette surchauffe des gaz et vapeurs a lieu au contact de matériaux chauffés, par récupération des chaleurs sen sibles contenues dans les fumées, ou même dans les gaz chauds produits, un appoint de calories pouvant être fourni par ailleurs.
Ces chaleurs sensibles peuvent être récu pérées soit par circulation continue à contre- courant suivant le circuit 3-4, soit par régé nération discontinue, avec emmagasinage des calories dans un<I>cycle,</I> et restitution de cette chaleur aux vapeurs pyroligneuses dans le cycle suivant. IV. Refroidissement <I>des gaz.</I>
Les gaz sortant à haute température de la. chambre de craquage C sont ensuite refroidis jusqu'à la température ambiante, leur chaleur sensible pouvant être récupérée soit pour con tribuer au .réchauffage des vapeurs entrant dans la chambre de craquage, soit pour pro duire de la vapeur d'eau ou échauffer le gaz ou de l'air nécessaire au chauffage du four de carbonisation, au séchage du bois, ou à tout autre usage. <I>V. Lavage</I> ordinaire.
Un lavage des gaz dans l'appareil C' a pour effet de condenser les vapeurs et préci piter les poussières susceptibles d'être entraî nées; un petit gazomètre pourra être intercalé sur le trajet des gaz, afin d'en régulariser le débit.
VI. Lavage <I>sous pression.</I>
Dans le cas le phis probable où le pouvoir calorifique des gaz produits par les opérations de carbonisation du bois et de craquage des vapeurs serait jugé insuffisant, on compléte rait ces traitements par un lavage à l'eau sous pression de 15 à \?0 kg ayant pour objet de dissoudre l'anhydride carbonique contenu dans les gaz, ou par tout autre procédé de dissolu tion de l'anhydride carbonique: VII. Emmagasinage <I>des gaz.</I>
Il sera tout à fait indiqué de profiter du fait que le gaz ainsi traité est à une pression élevée pour l'emmagasiner sous cette pression même dans des réservoirs métalliques fixes G, d'où il sera envoyé au lieu d'utilisation. Le gaz ainsi obtenu présente les caracté ristiques essentielles du gaz obtenu par dis tillation de la houille et généralement distri bué pour les usages domestiques et industriels.
II pourra être utilisé tel. quel ou trans formé par exemple en un mélange gazeux uti lisable pour les réactions de synthèse (synthèse méthylique, synthèse Fischer, ete.).
Le procédé selon l'invention, qui est plus particulièrement intéressant dans le cas de la carbonisation du bois, peut cependant être appliqué à la carbonisation d'autres matières premières végétales, comme la tourbe, les dé bris végétaux divers, grignons d'olives, etc.