FR2468637A1 - Procede et installation de transformation par l'hydrogene du charbon en hydrocarbures - Google Patents

Abstract

Procédé et installation de transformation par l'hydrogène du charbon en hydrocarbures. L'installation comprend dans une même enveloppe une chambre 4 de préparation, dans laquelle se trouve un élément 6 de frottement, et une chambre 9 d'hydrogénation, dans laquelle se trouve un rotor 8 et des buses 12 statiques de mélange. Industries du charbon.

Description

1 La présente invention concerne un procédé et une instal- lation de

transformation par l'hydrogènedu charbon en hydro- carbures. L'état de la technique est prolixe à la fois en procédés 5 et en installations de transformation par l'hydrogène du charbon en hydrocarbures. Habituellement, de telles installations d'hy- drogénation sous pressions élevées mettent en jeu d'abord la pré- paration d'une suspension de charbon constituée de charbons frag- mentés et d'une huile de mélange. Cette suspension de charbon 10 parvient dans un préchauffeur et, ensuite, associée à une huile adjuvante ou huile de mélange qui ne doit être ajoutée que pour permettre de pomper le charbon, à un réacteur. Les produits de la réaction arrivent ensuite dans un séparateur à chaud et vont vers d'autres équipements. 15 Les inconvénients d'une telle installation d'hydrogéna- tion du charbon sont que le préchauffeur, qui est constitué habituellement de serpentins noyés dans un bloc métallique, et qui est chauffé électriquement, se bouche sous l'action des produits de cokéfaction. 20 Les installations connues se composent en outre de nombreux équipements qui communiquent entre eux par des systèmes à conduits et à vannes. C'est aussi l'une des raisons pour les- quelles ils sont sujets à des pannes. Les particules de charbon mélangées à de l'huile de mélange et les produits d'hydrogéna- 25j tion eux-mêmes se trouvent sous une pression très élevée, allant jusqu'à 500 bars, ainsi qu'à unetempératuretrès élevée allant jusqu'à 500C. Il va de soi que des produits se trouvant dans de telles conditions ne peuvent être transportés d'un équipement à un autre qu'à l'aide de dispositifs spéciaux et très coûteux. 30 De ce point de vue, l'invention procure une simplification. On connaît en outre des procédés d'hydrogénation qui travaillent sans huile adjuvante ou de mélange. C'est ainsi qu'à la demande de brevet publiée en République Fédérale Alle- mande sous le No. 27 23 457 on décrit par exemple un procédé et 35 une installation pour l'hydrogénation du charbon à partir de particules de charbon sec. Mais pour obtenir un produit d'hydro- génation du charbon à partir de particules de charbon sec, on met en oeuvre dans ce cas un système à injecteur suivant le principe de la propulsion par réaction. A l'aide d'un tel procédé 40 et du réacteur mis en oeuvre à cet effet, on évite certes de 2 2468637 nombreux inconvénients de l'état de la technique, mais l'instal- lation elle-même est extraordinairement compliquée et donc très sujette à tomber en panne, tout en étant d'une fabrication complexe, ce qui grève le coût des produits d'hydrogénation 5 préparés. L'invention vise un procédé et une installation de transformation par l'hydrogène du charbon en hydrocarbures qui englobe, d'une manière très favorable du point de vue des coûts, les stades de compression, de chauffage, de plastification et :0 d'hydrogénation qui peuvent être effectués dans une seule unité. L'invention vise également un procédé ainsi qu'une ins- tallation de transformation par l'hydrogene du charbon en hydro- carbures qui peut être exécuté sur des particules de charbon sec,sans mise en oeuvre de l'huile de mélange qui est un inconvé- - J nient important, le procédé étant très favorable du point de vue du coût et l'équipement étant très ramassé en nécessitant peu de place. L'invention a donc pour objet un procédé de-transforma- tion par l'hydrogène du charbon en hydrocarbures, caractérisé en 2.) ce qu'il consiste à alimenter une chambre en continu en particu- les de charbon sèches en poudre ou en morceaux, à l'aide d'un dispositif de dosage tenant la pression, à comprimer les parti- cules de charbon dans la chambre et à les mettre en continu par la chaleur de frottement à l'état plastique, à soumettre le 2'; charbon plastique dans la chambre à un mouvement intensif en pro- voquant la répartition et la fragmentation, et à l'hydrogéner en chargeant de l'hydrogène d'une manière uniforme dans la chambre, et à envoyer les produits plastiques et gazeux d'hydrogénation en continu à un séparateur à chaud. 30 L'invention a également pour objet une installation pour exécuter le procédé de transformation par l'hydrogène de charbon en hydrocarbures, caractérisée en ce que dans une enveloppe sont placées une chambre de préparation,â l'intérieur de laquelle se trouve un élément de frottement,et une chambre d'hydrogénation, 35 à l'intérieur de laquelle se trouve un rotor et des buses stati- ques de mélange. De préférence - dans un cylindre sont placées une chambre de prépara- tion à l'intérieur de laquelle se trouve un élément de frotte- 40 ment et une chambre d'hydrogénation à l'intérieur de laquelle se 3 2468637 trouvent un rotor et des buses statiques de mélange ; - la chambre cylindrique de préparation est munie d'une ouverture de remplissage dans laquelle est monté un sas à roue cellulaire qui communique avec une trémie de remplissage fermée 5 et tenant la pression, l'élément de frottement muni de nervures

de frottement se prolonge, du côté de la chambre d'hydrogénation, en un rotor à ailes, le rotor est placé dans la chambre d'hydro- génation faisant suite sans transition à la chambre de prépara- tion, la paroi latérale cylindrique de la chambre d'hydrogénation 10 et du rotor sont agencées de manière à pouvoir en modérer la tem- pérature, des buses statiques de mélange traversant la paroi laté- rale cylindrique de la chambre d'hydrogénationregardent l'axe du rotor et traversent la paroi latérale en des endroits équidistants radialement et axialement, les buses statiques de mélange commu- 15 niquent avec des clapets anti-retour pouvant être fermés, et avec une source d'hydrogène sous pression, et la sortie de la chambre d'hydrogénation peut être fermée par une vanne s'ouvrant sous une pression prescrite ; - les ailes du rotor sont constituées par des nervures de 20 frottement s'enroulant en hélice sur le rotor et s'interrompant aux endroits o pénètrent les buses de mélange ; la profondeur de pénétration des buses de mélange est rendue différente par la paroi latérale cylindrique ; - le diamètre intérieur de la paroi latérale cylindrique 25 de la chambre d'hydrogénation est jusqu'à deux fois plus grand que celui de la paroi latérale cylindrique de la chambre de préparation ; - les diamètres de la chambre cylindrique d'hydrogénation et de la chambre cylindrique de préparation sont égaux et 30 le diamètre de l'arbre du rotor est jusqu'à deux fois plus petit que celui de l'arbre de l'élément de frottement ; - la vitesse de rotation de l'élément de frottement et du rotor qui en est solidaire en rotation peut être réglée d'une manière continue D 35 - l'élément de frottement et le rotor sont séparés et sont équipés chacun d'entraînement- distinct ; - les vitesses de rotation de l'élément de frottement et du rotor peuvent être réglées à des valeurs différentes - l'élément de frottement a des nervures de frottement 40 d'inclinaison différentes, les axes d'éléments de frottement 4 2468637 faisant avec la verticale dessangles différents ; le pas entre les nervures de frottement de l'élément de frottement a une largeur et une profondeur telles que l'on puisse établir un gradient croissant de pression dans la direc- 5 tion de la chambre d'hydrogénation en diminuant la largeur ou la profondeur du pas du côté de la chambre d'hydrogénation ; - les flancs des nervures de frottement qui provoquent le transport comprennent dans la région de montée de la pression de l'élément de frottement une contre-dépouille en forme de 10 poche, en vue d'obtenir une pression, et les nervures comprennent, dans la région de frottement des parties obliques en vue d'engen- drer de la chaleur de frottement ; - des gorges axiales ou hélicoldales de profondeur et d'inclinaison différentes sont ménagées dans la région de montée 15 en pression de la chambre de préparation et en-dessous de l'ou- verture d'alimentation dans la face intérieure de la paroi cy- lindrique ; - les températures de la paroi cylindrique et de l'élé- ment de frottement peuvent être respectivement modérées par des 20 chambres radiales ou axiales et par un canal axial raccordé à un système de modération de la température ; - des ouvertures d'alimentation en hydrogène sont ménagées dans la partie de la paroi cylindrique se trouvant du côté de la chambre d'hydrogénation ; - 25 - la chambre d'hydrogénation est disposée à angle droit par rapport à la chambre de préparation et le rotor est supporté par l'élément de frottement à l'aide d'un engrenage angulaire. Grâce à l'alimentation d'une chambre de préparation en particules de charbon sèches, à l'aide d'un dispositif de dosage 30 tenant la pression, on peut établir déjà dans la chambre de préparation une pression initiale qui accélère nettement le pro- cessus de compression et celui de chauffage par la chaleur de frottement dans cette chambre. Eh outre, on évite que la pression se transmette de la chambre de préparation au dispositif de 35 dosage. Comme on alimente en particules de charbon sèches qui ont une densité apparente relativement élevée, on crée par la compression des particules les conditions nécessaires au stade suivant, à savoir le réchauffement par frottement. 40 Grâce à l'effort de cisaillement intensif, c'est-à-dire 5 2468637 au frottement mutuel des particules de charborn on en obtient un réchauffement rapide indispensable pour la suite du traitement. La quantité de chaleur de frottement apportée au charbon dépend de la géométrie de l'élément de frottement et de la puis- 5 sance d'entraînement,qui est apportée à la masse de charbon par l'intermédiaire de l'élément de frottement tournant. Les parti- cules de charbon sont mises d'autant plus rapidement à l'état plastique et sont transportées d'autant plus rapidement à la chambre d'hydrogénation que l'élément de frottement tourne plus 10 rapidement. Quand, par le frottement des particules de charbon com- primées, on atteint le point d'agglomération ou de plastifica-

tion qui, suivant le type de charbon, peut être compris entre 350 et 4500 ,on effectue la projection de l'hydrogène liquide 15 réchauffé. Cette projection d'hydrogène s'effectue en même temps qu'un tourbillonnement intensif du charbon plastifié, c'est-à- dire en même temps qu'une répartition et une fragmentation in- tensives. Par la mise en contact de l'hydrogène réchauffé et du 20 charbon très réchauffé et très plastifié il se forme, suivant une réaction exothermique, des hydrocarbures de natures diffé- rentes suivant les conditions de pression, de température et de durée de séjour. Comme l'hydrogène chaud qui est projeté atteint le char25 bon en mouvement et très finement divisé et presque simultané- ment tout le contenu de la chambre d'hydrogénation, on est sûr d'obtenir une transformations c'est-à-dire une hydrogénation en hydrocarbures extrêmement rapide et, ainsi, un débit très élevé de l'installation. 30 Ensuite, on envoie les produits d'hydrogénation plasti- ques et gazeux en continu à un séparateur à chaud ou à un sépara- teur à froid et on les transforme suivant leurs propriétés en carburants ou en combustibles. Les particules sèches de charbon sont, dans l'installa- 35 tion suivant l'invention, comprimées dans une chambre de prépa- tion cylindrique dans laquelle se trouve un élément de frotte- ment tournant et exerçant une action de transport et sont ré- chauffés à la température d'hydrogénation grâce à la chaleur de frottement. Ensuite, la masse parvient dans une chambre d'hydro- 40 génation cylindrique qui se raccorde sans transition à la chambre 6 24686 7 de préparation. Dans la chambre d'hydrogénation tourne un rotor à ailes qui est solidaire en rotation de l'élément de frottement. En outre, des buses statiques de mélange de longueurs diverses font 5 saillie dans la chambre d'hydrogénation, ce qui assure la projection de l'hydrogène en des plans différents et ainsi, d'une manière uniforme, dans tout le volume de la chambre d'hydrogé- nation. On se rend maître de la vitesse d'hydrogénation, c'est- à-dire du débit de l'installation, en jouant sur la vitesse li- 10 néaire du rotor et de l'élément de frottement dont il est soli- daire en rotation. Grâce à l'agencement de la chambre d'hydrogénation et de celle de préparation dans une enveloppe, on parvient à ce que la compression, le réchauffage, la plastification et même l'hydro- 15 génation peuvent s'effectuer dans une seule unité, ce qui exclut presque toutes les sources de panne. C'est ainsi, par exemple, qu'il n'est plus nécessaire, comme cela l'était au brevet des Etats-Unis d'Amérique numéro 3.030.297, de chauffer au préalable dans un équipement distinct 20 les particules sèches de charbon, de les envoyer à l'aide d'une autre machine, à savoir un transporteur dans un conduit, o les particules de charbon chauffées au prélable sont réchauffées davantage par de l'hydrogène réchauffé et sont envoyées dans le préchauffeur. 25 Comme le chauffage dans le préchauffeur et dans le réac- teur, qui peut être comparé à la chambre d'hydrogénation suivant l'invention, s'effectue à l'aide de serpentins hélicoïdaux ou en forme de tubes alimentés par de la chaleur, le danger de bou- chage par cokéfaction de ces serpentins pour les particules de 30 charbon et pour l'hydrogène est particulièrement grand,parce que le chauffage à la température d'hydrogénation s'effectue par conduction de chaleur. On court en outre le danger d'un bouchage des vannes et conduits. Tous ces inconvénients de l'installation décrite ci- 35 dessus sont évités d'une manière sûre, suivant l'invention, puisqu'aussi bien la chambre de préparation que la chambre d'hy- drogénation (réacteur) n'ont pas de conduits de mise en communi- cation et de vannes sous pression, puisqu'elles sont réunies en une unité. 40 La réunion du stade nécessaire à l'hydrogénation ainsi 7 2468637 que des conditions de traitement qui deviennent nécessaires dans une seule unité placée dans une enveloppe unique évite ainsi en partie les inconvénients graves suivant l'état de la technique. Mais,comme en dépit de la forte diminution des unités 5 d'équipement, on peut obtenir une élévation notable du débit de l'installation,parce que l'on se rend maître de la vitesse de tourbillonnement obligé et réglable du charbon et de l'hydro- gène chaud dans la chambre d'hydrogénation, c'est-à-dire dans le réacteur, l'installation est très économique. 10 Sur l'enveloppe prévue pour la chambre de préparation et d'hydrogénation, on pourrait aussi prévoir en variante deux en- traînements distincts, l'un pour l'élément de frottement provo- quant la compression, le réchauffement et la plastification et un autre pour le rotor disposé dans la chambre d'hydrogénation 15 en vue d'adapter les vitesses linéaires aux diverses qualités de charbon. Quand on met en oeuvre deux entraînements, il est aussi possible de disposer la chambre d'hydrogénation à angle droit par rapport à celle de préparation. Même dans ce cas, la cham- 20 bre de préparation et celle d'hydrogénation seraient dans une

même enveloppe. Et même si la chambre de préparation et celle d'hydrogénation sont disposées dans une enveloppe cylindrique , on retire tous les avantages de l'invention mentionnés ci-dessus. 25 A cela s'ajoute qu'en utilisant des éléments de frotte- ment et des rotors tournant dans des cylindres on met en oeuvre un type de machine qui est très robuste, qui dure longtemps, qui est peu coûteux et qui est peu sujet à des pannes. Cela apparaît notamment nettement dans une comparaison avec les machines utili- 30 sées jusqu'ici pour exécuter les processus partiels, comme les équipements de mélange, les pompes à pistons et les préchauffeurs très sujets à tomber en panne. Les équipements tournant dans des cylindres sont du point de vue de la technique des machines nettement plus sûr@s 35 et peuvent être mieux maîtrisés. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une installation d'hydrogénation suivant l'invention, comprenant une trémie de chargement tenant la pression et un séparateur à 40 chaud 8 2468637 la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une partie de la chambre de préparation et de la chambre d'hydrogé- nation dans lesquelles se trouvent respectivement l'élément de frottement et le rotor ; 5 la figure 3 est une vue en coupe longitudinale de l'ex- -trémité pointant vers la chambre d'hydrogénation d'une buse statique de mélange munie de clapets anti-retour ; la figure 4 est une vue en coupe suivant la ligne IV-IV de la figure 2 de la chambre d'hydrogénation des buses statiques 10 de mélange et du rotor ; la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'une variante d'un élément de frottement ; les figures 6 et 7 illustrent d'autres possibilités d'agencement de la chambre de préparation et de celle d'hydro- 15 génation ; et la figure 8 est une vue en coupe longitudinale d'une autre variante. L'installation illustrée à la figure 1 pour transformer par de l'hydrogène du charbon en hydrocarbures est constituée 20 d'une trémie 1 de chargement tenant la pression et pouvant être fermée dont le côté d'alimentation est fermé par une vanne 2. En dessous de la trémie d'alimentation est disposé un sas 3 à roue cellulaire qui ferme la trémie 1 vis-à-vis de la chambre 4 de préparation. 25 Celle-ci est formée par un cylindre 4a (figure 2) dans lequel s'étendent des chambres 5 longitudinales ou radiales de modération de la température qui peuvent être parcourues en cir- cuit fermé par un fluide chauffant ou réfrigérant provenant d'un système non représenté de modération de la température. 30 Dans la chambre 4 de préparation se trouve un élément 6 de frottement muni de nervures 7 de frottement hélicoïdales, les angles formés par les axes des éléments de frottement avec la verticale pouvant être différents suivant la vitesse d'avan- cement souhaitée. 35 La largeur 7f du pas, c'est-à-dire la distance comprise entre les nervures 7, peut également varier suivant la dimension des particules de charbon à hydrogéner ou suivant la viscosité de la pâte de charbon désagrégée. Il est aussi possible de modi- fier la profondeur du pas entre les nervures 7 afin par exemple 40 d'être à même de se rendre maître de la pression du côté de la 9 2468637 chambre d'hydrogénation dans la chambre 4 de préparation. Lors- que la profondeur et la largeur 7f du pas diminuent, on obtient un gradient croissant de pressions dans la région 24, en direction de la chambre 9 d'hydrogénation. 5 L'élément 6 de frottement et le rotor 8,qui en est soli- daire en rotation et qui se trouve, dans la chambre 9 d'hydro- génation, sont entraînés en rotation par un entraînement 10 qui n'est pas explicité davantage. Sur le rotor 8 se trouvant dans la chambre 9 d'hydrogé- 10 nation sont montées des ailes 11. Les ailes 11 peuvent être incli- nées par rapport à l'axe du rotor pour provoquer un transport dans la chambre 9 d'hydrogénation. A la figure 2 du dessin les ailes 11 sont en forme de cuillère. Mais ces ailes pourraient être conformées autrement, par exemple sous forme de nervures 15 llb, enroulées en hélice sur le rotor 8 et qui sont interrompues aux endroits lic o les buses statiques de mélange 12 entrent dans la chambre 9 d'hydrogénation. Celle-ci présente une paroi 13 latérale cylindrique munie de chambres 14 de modération de la température. Ces cham- 20 bres 14 peuvent s'étendre radialement sur le pourtout de la paroi 13 cylindrique ou être constituées par des canaux axiaux. A ces chambres 14 de modération est raccordé un système de modération de la température qui n'est pas explicité davantage et qui permet d'obtenir une modération réglable en continu, c'est-à-dire lors 25 de la mise en route de l'installation du. chauffage et lors du fonctionnement ultérieur un refroidissement de la paroi 13 laté- rale cylindrique de la chambre d'hydrogénation. Dans cette chambre 9 d'hydrogénation pénètrent des buses 12 statiques de mélange qui remplissent deux fonctions. Les bu- 30 ses de mélange sont intercalées entre les ailes de manière à

aller jusqu'au rotor 8. La matière est transportée par les ailes 11 du rotor et tombe ainsi sous le coup de la série suivante de buses 12 statiques de mélange en étant soumise à un mélange et à un tourbillonnement intensif. Puis la série lla suivante 35 d'ailes du rotor reprend le courant de matière et le soumet à nouveau à des mouvements intensifs de mélange et de cisaillement. D'autre part, les buses 12 de mélange remplissent, outre leur fonction de mélange, celle d'alimentation en hydrogène de la chambre 9 d'hydrogénation. A cet effet, il est ménagé dans 40 les buses 12 statiques de mélange des canaux (figure 3) qui 10 2468637 sont fermés frontalement et aussi latéralement à mi-longueur par des clapets 16 anti-retour et qui communiquent avec une conduite 17 d'amenée d'hydrogène. Sur cette conduite 17 est monté un com- presseur 18 et est raccordée une source 18a d'hydrogène, de sorte 5 que de l'hydrogène comprimé peut être envoyé dans la chambre 9 d'hydrogénation. Celle-ci est fermée à l'aide d'une vanne 19 s'ouvrant d'elle-même lorsqu'une pression prescrite est dépassée. Les pro- duits d'hydrogénation parviennent, après avoir passé la vanne 19, 10 dans un séparateur 20 à chaud qui peut être fermé à l'aide de vannes 21 et 22. L'installation de transformation par l'hydrogène de char- bon en hydrocarbures suivant l'invention fonctionne de la manière suivante. 15 On charge du charbon en poudre ou en morceaux dans la trémie 1 d'alimentation. Dans gelle-ci, la vanne 2 est fermée et il s'établit une pression. Ensuite on transporte le charbon sous forme de poudre ou de morceaux à l'aide du sas 3 dans la chambre 4 de préparation. Bien entendu, il faut alors prendre soin que 20 le charbon en poudre ou en morceaux ne forme pas de peau dans la trémie 1 et ne provoque pas ainsi de pannes de fonctionnement. A cet effet, il est incorporé à la trémie 1 des agitateurs non représentés permettant de mouvoir constamment le contenu de la trémie. Bien entendu, on peut prévoir afin de permettre un tra- 25 vail en-continu une autre trémie,dont les vannes et le conduit débouchant dans la chambre de préparation peuvent être branchés quand le premier récipient a été vidé. Le sas 3 permet l'addition dosée du charbon en morceaux dans la chambre 4 de préparation. En même temps, le sas 3 assure 30 que la pression régnant dans la chambre 4 ne puisse se transmet- tre dans la trémie 1. Dans la chambre 4 de préparation qui est subdivisée en deux régions, à savoir la région 23 de montée en pression et celle 24 de frottement, le charbon est déplacé par l'élément 6 35 tournant de frottement en direction de la chambre 9 d'hydrogéna- tion. Grâce aux nervures 7 de frottement ménagées sur l'élément 6, et qui forment entre elles un passage, la matière subit cons- tamment une compression. En raison de la rotation de l'élément 6, les morceaux de charbon sont transportés par les faces acti- 40 ves de ce point de vue des nervures 7a et 7b (figure 5) en 11 246863-7 direction de la chambre 9 d'hygrogénation. Les particules de charbon subissent ainsi un mouvement de cisaillement sous l'ac- tion des nervures 7, ce qui crée de la chaleur de frottement et ainsi les particules de charbon s'agglomèrent de plus en 5 plus. Elles passent de l'état en morceaux ou en poudre à l'état aggloméré, et de celui-ci à nouveau à l'état plastique sous l'effet de la sollicitation croissante au cisaillement. Avantageusement, l'élément 6 de frottement peut être agencé comme décrit plus bas et comme illustré à la figure 5. 10 Dans la région 23 de.montée en pression, les nervures 7 peuvent comporter une contre-dépouille 7a en forme de poche pour permettre un transport sans grande perte par frottement et ainsi une montée en pression suivant la direction de la flèche 7d. 15 Les nervures 7 munies de la contre-dépouille 7a vont à peu près jusque dans une région o, d'une part une pression suffisante est atteinte dans la chambre de préparation et, d'autre part, jusqu'à la région o le charbon passe de l'état agrégé à la forme de pâte ou à la phase plastique. 20 Dans la région 24 de frottement, les nervures 7 peuvent être munies des deux côtés de parties 7b et 7c obliques afin d'exercer principalement un mouvement de frottement sur les particules de charbon et sur la phase plastique du charbon. Le mouvement de frottement obtenu par les parties 7b 25 et 7c obliques fournit beaucoup de chaleur de frottement per- mettant d'élever la température du charbon plastique ou en for- me de pâte. Il importe, en outre, que le charbon déjà devenu pâ.- teux ou plastique adhère à la face intérieure de la paroi 4a cy- 30 lindrique de la chambre 4 et en soit éloigné par le mouvement de rotation del'.élément 6 sous l'action des flancs 7a, 7b des nervures. provoquant l'avancement, grâce à quoi on transmet au charbon beaucoup de chaleur de frottement et on contribue à un réchauffement intérieur rapide et très élevé du charbon. 35 Le passage du charbon de l'état sous forme de morceaux ou de poudre à l'état plastique est favorisé lors du démarrage

par un réchauffement de la paroi 4a cylindrique de la chambre 4. A cet effet, il est prévu dans la paroi 4a cylindrique des chambres 5 radiales ou axiales de modération de la température 401 qui sont chargées par un fluide modérateur circulant en circuit 12 2468637 fermé. On peut ainsi faire démarrer l'installation rapidement. Pour accélérer l'hydrogénation, on peut envoyer dès l'ex- trémité de la chambre 4 de préparation de l'hydrogène dans le charbon devenu plastique,qui a une température de 400'C environ 5 et qui se trouve sous une pression de 400 bars environ. A cet effet, les buses 12a statiques de mélange traversent la paroi 4a cylindrique et sont munies de canaux et d'un clapet anti- retour. Ces buses 12a communiquent avec un conduit 17 d'amenée d'hydrogène, lequel communique avec un compresseur 18 et avec une 10 source 18a d'hydrogène. Le charbon plastique amené à une température élevée dans la chambre 4 de préparation et déjà enrichi en hydrogène par- vient, sous l'effet du mouvement de transport des nervures 7 de frottement, dans la chambre 9 d'hydrogénation o il est soumis 15 à un mouvement intensif de mélange et de cisaillement sous l'action des ailes 11 du rotor et des buses 12 de mélange dispo- sées entre ces ailes. Comme il ressort de la figure 4, des ailes 11 sont mon- tées sur le rotor 8 et, en l'occurence, il y a huit ailes sur le 20 pourtour du rotor. On peut augmenter ou diminuer ce nombre sui--- vant la longueur et l'efficacité de la chambre d'hydrogénation. L'hydrogène mis sous une pression très élevée par le compresseur 18 est envoyé simultanément par toutes les buses 12 de mélange dans la chambre 9 d'hydrogénation. Comme les buses 25 s'enfoncent sur des longueurs différentes dans la chambre 9 d'hydrogénation, l'hydrogène est envoyé simultanément à plusieurs endroits et presque au milieu de la chambre 9 et on obtient ainsi une répartition uniforme de l'hydrogène dans le charbon plastique sur tout le volume de la chambre d'hydrogénation. Il s'ensuit 30 une hydrogénation extraordinairement intensive et rapide. A cet égard, on entend par l'expression "répartition" un mélange des divers constituants, tandis que par l'expresion "fragmentation" on entend l'usure mutuelle des particules de charbon. Par la fragmentation, on accélère notablement la 35 séparation des parties agglomérées de charbon et ainsi le pro- cessus d'hydrogénation. La fragmentation du contenu de la chambre d'hydrogénation s'effectue principalement sur la paroi 13 inté- rieure cylindrique. Commela chambre 9 d'hydrogénation est entourée également 40 de chambres 14 radiales ou axiales de modération de la température, 13 2468637 on peut apporter de la chaleur supplémentaire de l'extérieur pendant le démarrage de l'installation. Ces chambre 14 de modé- ration de la température sont raccordées à un circuit de modé- ration de température qui n'est pas représenté davantage aux 5 dessins et qui assure une recirculation du fluide. Comme la réaction d'hydrogénation qui se déroule dans la chambre 9 est exothermique, on modifie le raccordement des chambres 14 de modération de la température à la fin du démar- rage de l'installation et on les utilise comme chambres de re- 10 froidissement dissipant de la chaleur à l'aide d'un fluide ré- frigérant circulant en circuit fermé. Dans la chambre 4 de préparation et dans la chambre 9 d'hydrogénation règne une pression très élevée allant jusqu'à 500 bars. Il faut donc prendre soin de fermer de manière étan- 15 che à la pression la sortie de la chambre 9 par une vanne 19 ne s'ouvrant que lorsqu'une pression prescrite est dépassée. Les produits d'hydrogénation parviennent, après avoir passé la vanne 19, dans un séparateur 20 à chaud qui sépare les produits d'hy- drogénation solides de ceux liquides. Ensuite, les produits d'hy- 20 drogénation sont traités à la manière classique. Pour que tant l'élément 6 de frottement se trouvant dans la chambre 4 de préparation que le rotor 8 se trouvant dans la chambre 9 d'hydrogénation puissent être entraînés à des vitesses différentes, on propose un agencement illustré à la figure 6 25 suivant lequel la chambre 4 de préparation et celle 9 d'hydrogé- nation sont placées dans une même enveloppe. On utilise un entraînement 10 pour l'élément 6 de frot- tement et un entraînement lOa pour le rotor 8. L'élément 6 de frottement et le rotor 8 sont placés l'un dans l'autre à leur 30 point de contact ou sont montés libres dans leurs cylindres 4a et 13 respectifs. Cette différence de vitesses est avantageuse pour l'hydrogénation de charbon ayant des propriétés différentes et pour l'obtention de proportions différentes d'hydrocarbures. La figure 7 illustre une installation dans laquelle la 35 chambre 9 d'hydrogénation est disposée perpendiculairement. Dans cet agencement, l'élément de frottement disposé dans la chambre 4 de préparation entraîne le rotor se trouvant dans la chambre 9 d'hydrogénation par l'intermédiaire d'un entraînement 28 angulaire simplement esquissé aux dessins. Dans ce cas, le

40 rotor est porté des deux côtés par des paliers 29 et 30. Un tel 14 2468637 agencement de l'enveloppe et de la chambre 9 et de la chambre 4 nécessite très peu de place et est donc particulièrement avanta- geux dans certains cas. La figure 8 illustre une variante dans laquelle la cham- 5 bre 9 d'hydrogénation et celle 4 de préparation disposées dans une même enveloppe ont le même diamètre. Cette variante a l'avan- tage de nécessiter de fabrication qu'un seul cylindre allant de part et d'autre de l'installation, ce qui est simple et peu coûteux à fabriquer.

10 Lorsque le diamètre intérieur de la paroi 13 cylindrique de la chambre 9 représente jusqu'â,deux fois celui de la paroi 4a cylindrique de la chambre 4, le volume de la chambre d'hydro- génation représente jusqu' quatre fois celui de la chambre de préparation et permet ainsi d'obtenir en même temps une capacité 15 d'hydrogénation multipliée. - Mais si, comme le montre la figure 8, le diamètre de la chambre 4 est égal à celui de la chambre 9, il est bon de dimi- nuer le diamètre de l'arbre du rotor 8 d'une manière correspon- dante de façon à disposer de plus de volume pour l'exécution du 20 processus d'hydrogénation. Dans une variante préférée, on choisit dans un tel cas le diamètre de l'arbre du rotor 8 de manière à ce qu'il soit deux fois plus petit que celui de l'arbre de l'élé- ment 6 de frottement. Par le diamètre d'un arbre, on entend le diamètre mesuré sans tenir compte des ailes il ou des nervures 7 25 sur l'élément 6 de frottement. 15 2468637

Claims (17)

REVENDICATIONS

1. Procédé de transformation par l'hydrogène du charbon en hydrocarbures, caractérisé en ce qu'il consiste à alimenter une chambre en continu en particules de charbon sèches en poudre 5 ou en morceaux, à l'aide d'un dispositif de dosage tenant la pression, à comprimer les particules de charbon dans la chambre et à les mettre en continu par la chaleur de frottement à l'état plastique, à soumettre le charbon plastique dans la chambre à un mouvement intensif en provoquant la répartition et la frag10 mentation, et à l'hydrogéner en chargeant de l'hydrogène d'une manière uniforme dans la chambre, et à envoyer les produits plastiques et gazeux d'hydrogénation en continu à un séparateur à chaud.

2. Installation pour exécuter le procédé de transforma- 15 tion par l'hydrogène de charbon en hydrocarbures, caractérisée en ce que dans une enveloppe sont placées une chambre (4) de préparation à l'intérieur de laquelle se trouve un élément (6) de frottement et une chambre (9) d'hydrogénation à l'intérieur de laquelle se trouve un rotor (8) et des buses (12) statiques 20 de mélange.

3. Installation suivant la revendication 2, caractérisée en ce que dans un cylindre sont placées une chambre (4) de pré- paration,à l'intérieur de laquelle se trouve un élément (6) de frottementet une chambre (9) d'hydrogénation,à l'intérieur de 25 laquelle se trouve un rotor (8) et des buses (12) statiques de mélange

4. Installation suivant la revendication 2 ou 3, carac- térisée en ce que la chambre (4) cylindrique de préparation est munie d'une ouverture de remplissage dans laquelle est monté un 30 sas (3) a roue cellulaire qui communique avec une trémie (1) de remplissage fermée et tenant la pression, l'élément (6) de frot- tement.muni de nervures (7) de frottement se prolonge, du côté de la chambre d'hydrogénation, en un rotor (8) à ailes (11), le rotor (8) est placé dans la chambre (9) d'hydrogénation faisant 35 suite sans transition à la chambre (4) de préparation, la paroi (13) latérale cylindrique de la chambre (9) d'hydrogénation et du rotor (8) sont agencées de manière à pouvoir en modérer la température, des buses (12) statiques de mélange tranversant la paroi (13) latérale cylindrique de la chambre (9) d'hydrogéna- 40 tion regardentl'axe du rotor (8) et traversent la paroi (13) 16 2468637 latérale en des endroits équidistants radialement et axialement, les buses (12) statiques de mélange communiquent avec des cla- pets (16) anti-retour pouvant être fermés, et avec une source (18a) d'hydrogène sous pression, et la sortie de la chambre (9) 5 d'hydrogénation peut être fermée par une vanne (19) s'ouvrant sous une pression prescrite.

5. Installation suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que les ailes (11) du rotor sont constituées par des nervures (llb) de frottement s'enroulant en hélice sur 10 le rotor (8) et s'interrompant aux endroits (<uc) o pénètrent les buses (12) de mélange.

6. Installation suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la profondeur (12a) de pénétration des buses (12) de mélange est rendue différente par la paroi (13) 15 latérale cylindrique.

7. Installation suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le diamètre intérieur de la paroi (13) - latérale cylindrique de la chambre (9) d'hydrogénation est jusqu'à deux fois plus grand que celui de la paroi (4a) laté- 20 rale cylindrique de la chambre (4) de préparation.

8. Installation suivant l'une des revendications 2 -à 4, caractérisée en ce que les diamètres de la chambre (9) cylindri- que d'hydrogénation et de la chambre (6) cylindrique de prépara- tion sont égaux et le diamètre de l'arbre du rotor (8) est 25 jusqu'à deux fois plus petit que celui de l'arbre de l'élément (6) de frottement.

9. Installation suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la vitesse de rotation de l'élément (6) de frottement et du rotor (8) qui en est solidaire en rotation 30 peut être réglée d'une manière continue.

10. Installation suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que l'élément (6) de frottement et le rotor (8) sont séparés et sont équipés chacun d'entraînement (10, 10a) distinct . 35

11. Installation suivant l'une des revendications 2 à 4 ou 10, caractérisée en ce que les vitesses de rotation de l'élément (6) de frottement et du rotor (8) peuvent être réglées à des valeurs différentes.

12. Installation suivant l'une des revendications 2 à 40 4, caractérisée en ce que l'élément (6) de frottement a des 17 2468637 nervures (7) de frottement d'inclinaison (7e) différentes, les axes d'éléments de frottement faisant avec la verticale des angles différents.

13. Installation suivant l'une des revendications 2 à 5 4, caractérisée en ce que le pas (7f) entre les nervures (7) de frottement de l'élément (6) de frottement a une largeur et une profondeur telles que l'on puisse établir un gradient croissant de pression dans la direction de la chambre (9) d'hydrogénation en diminuant la largeur ou la profondeur du pas du côté de la 10 chambre d'hydrogénation.

14. Installation suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que les flancs (7a, 7b) des nervures (7) de frottement qui provoquent le transport comprennent dans la région (23) de montée de la pression de l'élément (6) de 15 frottement une contre-dépouille (7a) en forme de poche, en vue d'obtenir une pression, et les nervures (7) comprennent, dans la région (24) de frottement des parties (7b) obliques en vue d'engendrer de la chaleur de frottement.

15. Installation suivant l'une des revendications 2 à 20 42 caractérisée en ce que des gorges axiales (25) ou hélicoIda- les (26) de profondeur et d'inclinaison différentes sont ména- gées dans la région (23) de montée en pression de la chambre (4) de préparation et en-dessous de l'ouverture d'alimentation dans la face intérieure de la paroi (4a) cylindrique. 25

16. Installation suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que les températures de la paroi (4a) cy- lindrique et de l'élément (6) de frottement peuvent être respec- tivement modérées par des chambres (5) radiales ou axiales et par un canal (27) axial raccordé à un système de modération de 30 la température.

17. Installation suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisée par des ouvertures (12a) d'alimentation en hydro- gène ménagées dans la partie de la paroi (4a) cylindrique se trouvant du côté de la chambre d'hydrogénation. 35

180 Installation suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la chambre (9) d'hydrogénatuon est dis- posée à angle droit par rapport à la chambre (4) de préparation et le rotor (8) est supporté (29, 30) par l'élément (6) de frot- tement à l'aide d'un engrenage (28) angulaire.