Procédé et appareil pour le traitement de matières carbonacées en vue d'en extraire des hydrocarbures volatils. La présente invention concerne un pro cédé et un appareil pour le traitement de matières carbonacées, comme la houille, le lignite, le schiste etc., en vue d'en extraire des hydrocarbures volatils. Ce procédé permet de traiter avec. avantage des matières carbo- nacées riches en produits volatils.
Ce procédé se distingue en ce qu'on allume une masse de la matière, contenue dans une cornue, de sorte qu'elle entre en combustion à sa base, qu'on fait passer les produits chauds de la combustion et les gaz produits, lesquels sont aussi utilisés pour fournir la chaleur néces saire, de bas en haut, à travers la masse de matière, qu'on enlève d'une façon inter mittente des quantités successives du résidu en forme de matière cokéfiée de la partie en combustion à la base de la masse, en four nissant en même temps des quantités corres pondantes de matière brute fraîche au som met de cette masse, et qu'on maintient des conditions sensiblement uniformes de tempé rature, de pression et de vitesse de progres sion de toutes les parcelles de matière,
dans un plan donné quelconque transversal à la ligne de progression de la matière à travers la cornue, à un instant quelconque.
L'appareil suivant l'invention, pour la mise en pratique du procédé indiqué ci-des sus, comporte une cornue verticale pourvue, à sa partie supérieure, de moyens pour lui fournir la matière à traiter et, à sa base, de moyens pour enlever des quantités successives des résidus du traitement, la chaleur néces saire pour l'extraction des hydrocarbures vo latils étant engendrée à l'intérieur de la masse de la matière, à la base de celle-ci, par allumage et combustion partielle de la matière elle-même.
On évite ainsi l'emploi de chaleur exté rieure pour assurer les températures d'ex traction et on. emploie la chaleur en gendrée par la combustion de la matière à traiter elle-même et notamment la chaleur des gaz combustibles produits.
En réglant et en contrôlant convenable ment la génération de chaleur et le passage des vapeurs chauffées, des gaz et des produits de combustion à travers la masse; et en faisant progresser la matière à travers la chambre de chauffe, en enlevant d'une façon intermittente des parties correspondantes à la base de la colonne, la matière est soumise, au cours de sa progression, à une tempéra ture allant en croissant à partir de son point d'admission à la chambre jusqu'au point où le maximum de chaleur est atteint, dans la région de la partie inférieure en combustion. Il est bon que au moment où la matière atteint le point de température maximum, l'action d'extraction soit terminée.
De la sorte les produits volatils contenus dans la matière à traiter sont dégagés; les plus volatils se dégageant au sommet, ou dans la région du sommet de la colonne et d'autres, exigeant des températures plus élevées, se dégageant à mesure que la matière passe à travers la chambre. Toutes les vapeurs, gaz et autres produits volatils ainsi dégagés de la matière aux températures successivement croissantes sont avantageusement retirés ensemble et ensuite soumis aux phases de condensation et de raffinage nécessaires dans le but de recueillir et de récupérer les produits de valeur.
La partie inférieure en combustion, donc la matière située dans la région oit l'allu mage se produit et où les températures maxima sont atteintes, supporte et porte le le poids de la colonne superposée et, par conséquent, pendant le traitement d'extraction, cette partie en combustion de la matière est soumise à la pression de la masse superpo sée. Cette pression aide à comprimer la masse fondue, ce qui permet par cela même d'assurer une excellente cokéification de la matière traitée, même de matières carbona- cées considérées comme non collantes.
Il est bon d'effectuer l'extraction et la récupération d'une façon sensiblement con tinue. En d'autres termes, il est avantageux de maintenir la matière soumise au traite ment en progression sensiblement continue, en empêchant par cela même l'aggloméra tion et la formation d'une voûte.
En mettant l'opération en pratique d'une façon sensiblement continue, on est à même d'augmenter dans une très large mesure le rendement journalier, et d'augmenter consi dérablement le volume de produits extraits, avec la même dépense de fonctionnement et d'entretien pour l'appareil, en comparaison de ce qui se passe dans la pratique habi tuelle, et même moyennant une dépense de beaucoup réduite.
Sur le dessin ci-joint, on a représenté, à titre d'exemple, diverses formes d'exécution de l'appareil pour exécuter le procédé.
Fig. 1 est une vue, en élévation de face, de la première forme d'exécution; Fig. 2 en est une élévation latérale Fig.3 est une coupe verticale suivant 3 - 3, fig. 1; Fig.4 est une coupe similaire suivant 4-4, fig. 2 ; Fig. 5 est un détail en plan d'un barreau éjecteur de résidu; Fig. 6 en est une élévation latérale; Fig. 7 et 8 sont des vues similaires en perspective des blocs porteurs pour les extrémités du barreau éjecteur;
Fig. 9 est un plan de la deuxième forme d'exécution de happareil; Fig. 10 est une élévation d'un fragment de la construction représentée à la fig.9; Fig. 11 est une coupe verticale de l'ap pareil; Fig. 12 est un détail en coupe d'un frag ment de l'appareil représenté à la fig. 11, montrant le fonctionnement; Fig. 13 est une vue similaire, en coupe suivant 13-13, fig. 12;
Fig. 14, 15 et 16 sont des détails repré sentant une autre modification de grille et de mécanisme éjecteur.
Dans l'exemple des fig. 1 à 8 une cornue verticale est supportée sur une fondation 20. Deux parois opposées de la chambre 21 de la cornue sont inclinées de manière que les sections transversales aillent en augmen tant à partir du sommet, ou d'un point adjacent au sommet vers le bas. Ceci facilite la progression de la matière à travers la chambre et aide à empêcher la formation de voûtes en travers de celle-ci, d'une paroi à l'autre; tout en assurant en même temps une bonne distribution de la matière dans la chambre, évite l'engorgement et permet une dilatation convenable de la matière durant la chauffe.
La chambre de cornue et la base de support sont construites en briques. L'extré mité inférieure de la cornue est en maçon nerie réfractaire comme cela est indiqué en 22. La cornue est entourée de tôles 23, qui servent à renforcer la construction; entre les tôles et les briques est placée une couche, 24, d'amiante ou d'autre matière convenable pour empêcher ou réduire le rayonnement de chaleur.
Des poutrelles 25, qui font corps avec la fondation 20 portant la cornue, ou qui y sont autrement appliquées, s'étendent en travers de l'extrémité inférieure de la chambre de cornue et au-dessous de cette extrémité (fig. 3) et sur ces poutrelles sont posés des barreaux de grille 26 qui constituent le sup port pour la pile de matière contenue dans la chambre de cornue. Les barreaux de grille 26 ne s'étendent pas sur toute la largeur de la chambre dans le massif de fondation 20, de façon à laisser des espaces ouverts à leurs extrémités.
Ces espaces débouchent dans la trémie 28, disposée immédiatement au dessous des barreaux de grille, et présentant des côtés convergeant de haut en bas se terminant dans une ouverture centrale 29 qui communique avec une chambre de dé charge, 30, située au-dessus de la trémie. Cette communication est contrôlée, dans cette forme d'exécution, au moyen d'un registre à tiroir 31. Dans l'extrémité inférieure de la chambre de décharge 30 est situé un second registre à tiroir 32. Les registres 31, 32 sont commandés au moyen des mécanismes à crémaillère et à pignon indiqués en 33, qui peuvent être actionnés au moyen de manivelles 34.
Au-dessous du sommet de la cornue est supportée une trémie réceptrice 35 (fig. 11) dans laquelle la matière à traiter est reçue et de laquelle cette matière est livrée dans la cornue. Un registre à tiroir, 36, indiqué en ligne pointillée à la fig. 11, contrôle la livraison de la matière de la trémie 35 dans une chambre réceptrice 37 et -un registre similaire, 38, contrôle la livraison de la ma tière de la chambre 37 dans la cornue.
Un dispositif jaugeur indique la hauteur de la matière contenue dans la chambre 37. Ce dispositif comprend un bras 39 (fig. 11) relié à un arbre oscillant 40 et s'étendant dans la chambre 37 pour reposer sur le des sus de la pile de matière contenue dans cette chambre. Uii bras indicateur 41, monté sur l'arbre 40, indique la position du bras 39, et, par suite, la hauteur de la matière dans la chambre 37 et fait ainsi connaître le mo ment où un renouvellement de la provision de matière de la trémie 35 à la chambre 37 est nécessaire.
Après que la matière a progressé de haut en bas dans et à travers la partie inférieure en combustion et dans et à travers la zone de chaleur maximum, l'action d'extraction exercée sur elle est complète et on enlève le résidu. Ce résidu, sous la forme de coke est enlevé d'une façon intermittente par quantités successives, coïncidant avec la fourniture des quantités correspondantes de matière brute fraîche à l'extrémité supérieure de la cornue.
Le mécanisme éjecteur de coke consiste en un barreau éjecteur 42, creusé de pas sages à eau .43, et une circulation d'eau de refroidissement peut être maintenue au moyen des tuyauteries 44, 45. Le barreau 42 est situé au-dessus des barreaux de grille et entre ceux-ci et l'extrémité inférieure ouverte de la chambre de cornue et est monté pour se déplacer d'avant en arrière et d'ar rière en avant au-dessus de la surfacé des barreaux de grille. Les extrémités du barreau éjecteur s'étendent à travers les parois extrêmes de la fondation ou massif 20 et à l'extérieur de ces parois, dans lesquelles est formée à cet effet l'ouverture 46.
Les extré mités saillantes du barreau éjecteur sont reçues dans des chariots 47 montés pour glisser dans des glissières 48 (fig. 2 et 4) supportées sur les parois extérieures du mas- sif 20, Une vis d'entraînement 49 est eu prise avec chaque chariot 47 pour l'obliger à reculer ou à avancer le long de la glis sière 48, suivant la direction dans laquelle on fait tourner la vis.
Un moteur<B>50</B> actionne un arbre 51 relié aux vis d'entraînement 48 par l'intermédiaire de rouages à vis sans fin, <B>52.</B> Un volant 53 porté par l'arbre 51 per met d'actionner les vis d'entraînement 49 à la main si les circonstances l'exigent. 11 va bien entendu sans dire que d'autres formes d'exécution de mécanisme de commande pour le barreau éjecteur pourraient être employées avec une égale facilité.
Dans le fonctionnement, le barreau éjec- teur 42 travaille au-dessus de la surface supérieure des barreaux de grille 26 et se déplace au-delà des extrémités de ceux-ci, de façon à pousser le coke résiduel reposant sur la surface de la grille, ou la couche ou quantité de ce coke qui se trouve immédia tement au-dessus de la surface de la grille et à distance plus ou moins déterminée par l'épaisseur du barreau éjecteur, par-dessus les extrémités des barreaux de grille, en obligeant ce résidu à tomber à travers les ouvertures 27 dans la trémie 28 pour être enlevé à travers les ouvertures contrôlées par les registres 31, 32.
Au bord inférieur extrême de la chambre de cornue et autour de l'aire de combustion de chaleur maximum, est disposé un tuyau 54 à travers lequel ou peut faire circuler de l'eau de refroidissement d'une manière appro priée quelconque.
Afin de protéger les parois de la trémie 28 des effets de la chaleur du coke résiduel qui est éjecté dedans, la surface interne de ces parois peut être revêtue de maçonnerie réfractaire ou d'une autre matière convenable résistant à la chaleur, comme cela est indi qué en 55.
Aux fig. 9, 10, 11, 12 et 13, on a repré senté une autre disposition de mécanisme éjecteur de coke résiduel dans laquelle, au lieu des barreaux de grille et du barreau éjecteur décrit ci-dessus, il est fait usage d'une série de jeux de doigts de grille. Deux de ces jeux 56, 57 sont disposés en position pour coopérer l'un avec l'autre, de manière à s'étendre dans la chambre de cornue à travers des parois opposées de celle-ci pour former un support principal pour la pile de matière qui se trouve dans la chambre de cornue. La zone de combustion de la matière se trouve immédiatement au-dessus de ces doigts de grille.
Les jeux coopérants, 58, 59, de barreaux de grille sont disposés dans la position voulue pour coopérer les uns avec les autres un peu au-dessus des supports principaux 56, 57 et s'étendent, de même; dans la chambre de cornue à travers les ou vertures 60 ménagées dans les parois oppo sées de celle-ci. Ces jeux de doigts de grille, 58, 59, lorsqu'ils sont introduits dans la chambre de cornue, constituent des supports temporaires pour la pile de matière taudis que les jeux inférieurs de doigts de grille 56, 57 peuvent être retirés pour permettre à la masse ou quantité de coke résiduel con tenue dans l'espace compris entre les jeux supérieur et inférieur de doigts d'être libé rée et de tomber dans la trémie de livraison 28 qui se trouve au-dessous d'eux.
Après que ce dépôt est effectué, les doigts de grille inférieur 56, 57 sont de nouveau avancés dans la chambre de cornue et les supports temporaires 58, 59, sont retirés, ce qui per met ainsi une progression descendante de la masse de matière à travers la cornue dans la mesure de la quantité de matière ainsi enlevée et permet l'introduction d'une quan tité correspondante de matière brute dans l'extrémité supérieure de la chambre. Les doigts de grille, principaux et temporaires, peuvent être avancés et retirés d'une ma- nière quelconque convenable.
Les jeux de doigts sont reliés à des barres transversales 61 aux extrémités desquelles sont reliées les tiges 62 de pistons travaillant dans des cy lindres 63 auxquels un agent de commande peut être admis et desquels il peut être per mis à cet agent de s'échapper pour effectuer le fonctionnement voulu des doigts de grille. Au lieu que la trémie de livraison 28 débouche dans une chambre de livraison contrôlée par des registres, on a représenté à la fig. 11; la trémie 28 comme débouchant dans une auge 64 contenant de l'eau, l'extré mité inférieure de la trémie 28 s'étendant dans l'eau pour former un joint hydraulique.
Le coke résiduel ainsi déposé dans l'auge 64 peut en être enlevé par une disposition em pêchant tout risque que ce résidu s'allume une fois exposé à l'air et qui refroidit brus quement le coke à mesure qu'il tombe, pen dant qu'il est à l'état fortement chauffé, dans l'eau.
Aux fig. 14, 15 et 16, on a représenté une autre disposition, dans laquelle la sur face de grille principale sur laquelle est porté le poids de la pile de matière contenue dans la chambre de cornue consiste en des sections de grille 65 montées sur des axes d'articulation 66 s'étendant des extrémités de l'un de leurs bords. Ces sections de grille, lorsqu'elles sont en position de support, peuvent être retenues dans cette position par des supports 67 s'étendant à travers les parois de la chambre de cornue, à partir de côtés opposés de celle-ci. En retirant les supports 67, les sections sont libres d'osciller de haut en bas pour décharger la charge de matière quelle qu'elle soit, qui peut se trou ver supportée dessus.
Ces supports sont com mandés par un organe de commande 68 auquel sont reliés une série de leviers cou dés 69 qui sont également reliés respective ment à un organe de support 67. En actionnant convenablement l'organe 68, tous les supports 67 situés sur l'un des côtés de la cornue sont simultanément actionnés. Une disposition analogue est employée pour les supports 6 7 sur l'autre côté de la cornue.
L'un des axes d'articulation, 66, de chaque section de grille est prolongé, comme cela est représenté en 70 jusqu'à un point situé à l'extérieur de la cornue et, sur cette ex trémité prolongée, est monté un bras de ma nivelle 71. Une tige 72 relie tous les bras de manivelle. En actionnant la tige 72, les diverses sections de grille sont ramenées dans leur position de support.
Il est nécessaire de supporter la masse de matière contenue dans la chambre de cornue pendant que les sections de grille 65 sont actionnées. A cet effet, une série de doigts de support temporaires 73 sont intro duits à travers des ouvertures dans la paroi de la cornue, à -une hauteur voulue au-des sus des sections de grille. Ces supports tem poraires 73 portent le poids de la masse de matière contenue dans la chambre de cornue pendant le vidage ou déchargement de la partie de cette masse qui occupe l'espace situé au-dessous des supports temporaires et entre ceux-ci et les sections de grille.
Le mouvement du barreau éjecteur 42 en arrière. et en avant, ou la commande des doigts de grille de support et des sections de grille à déchargement, peuvent être ré glés, quant à leur vitesse de fonctionnement, suivant la nature du combustible en cours de traitement; le genre du traitement, ou la température que l'on désire atteindre.
Il a été question ci-dessus de l'enlèvement du coke résiduel à la base de la pile de matière contenue dans la chambre de cornue et de la fourniture simultanée d'une quantité égale de matière brute fraîche à la partie supérieure de la chambre. Ce dernier résul tat est obtenu en remplissant la chambre réceptrice 37 après avoir fermé le registre 38, puis en ouvrant ce registre et en fermant le registre 36. A mesure que le mécanisme éjecteur enlève le coke de la pile, toute la masse contenue dans la chambre de cornue descend dans celle-ci par son propre poids et la matière fraîche pénètre de la chambre 37 à la partie supérieure de la cornue, le dispositif jaugeur 39-41 indiquant le mo ment où la chambre 37 exige d'être remplie.
Chaque éjection abaisse nécessairement plus ou moins la température, non seulement dans la partie en combustion, mais aussi dans toute la chambre de cornue. Toutefois, cet abaissement de température est relative ment faible et de courte durée et est con- trôlable et, au point de vue pratique, 1a température, l'alimentation et l'action d'ex traction peuvent être considérées comme pra tiquement uniformes et continues.
Pour éviter une dissociation des produits obtenus, il faut que la température maximum d'extraction soit inférieure à la température de dissociation desdits produits. Cette tem pérature maximum est atteinte et maintenue dans la région en dessus de la partie infé rieure eu combustion.
En traitant la houille par exemple sui vant ce procédé, et en maintenant ainsi la température basse, on réduit noir seulement les frais de construction, d'installation, d'en tretien et de réparation, ruais on évite éga lement la dissociation des huiles obtenues et on est à même d'obtenir une huile bruite et de l'ammoniaque plutôt qu'un goudron de valeur moindre, laquelle huile brute contient des pourcentages plus élevés des constituants plus volatils de la matière à traiter qui se raient chimiquement altérés et perdus par l'emploi des températures plus élevées dont on fait ordinairement usage dans les autres procédés.
Les gaz, vapeurs etc., extraits sont reti rés de la partie supérieure de la cornue, comme cela est indiqué en 75 (fig. 11) et peuvent être soumis à un procédé usuel ou connu quelconque de condensation et de traitement pour récupérer et raffiner les diverses par ties constitutives de l'huile. Le gaz final, laissé une fois la condensation terminée, forme un gaz excellent pour le chauffage et la production de force motrice, ou peut être autrement utilisé ou vendu pour des usages industriels ou autres.
Le coke sortant' de la partie inférieure de combustion forme un colle de qualité excellente pour les usages industriels pour lesquels on adopte du coke. En plus de la pression à laquelle la partie de combustion est soumise en raison du poids de la masse de houille qui lui est superposée, il va saris dire que, en .particulier dans le cas du bar reau éjecteur, une pression additionnelle est également imposée en raison du déplacement du barreau à travers la partie inférieure de combustion pendant qu'il joue le rôle d'éjec- teur. Ces pressions sont imposées lorsque les matières contenues dans la partie de com bustion sont à l'état de fusion ou pratique ment fondues et, par conséquent,
on obtient un coke de structure grenue compacte qui le rend fixe et résistant pour la manutention, le transport et l'utilisation.
Pour mettre l'appareil en marche, il suffit d'établir unie charge d'allumage en matière combustible sur la grille, puis de remplir la cornue de la matière à traiter. On allume la charge d'allumage et, au moyen de re gistres convenables ou autres ouvertures d'alimentation d'air contrôlables, d'une souf flerie etc., on chauffe jusqu'à la température désirée. Cette opération n'exige qu'un temps relativement bref, habituellement trois à six heures seulement durant lesquelles le procédé d'extraction, d'alimentation et d'éjection com mence.
Après cela l'opération se fait d'une façon sensiblement continue, l'huile brute extraite et les gaz résiduels étant recueillis et emmagasinés pour un raffinage et une utilisation subséquents, respectivement. En même temps, le coke est éjecté et enlevé.