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Perfectionnements au traitement du charbon.
La. présente invention concerne la fabrication d'un combustible sans fumée, possédant certaines caracté- ristiques définies ci-après, ainsi qu'un mode d'utilisation de ce combustible.
L'invention consiste à soumettre du charbon pul- vérisé à un traitement par la chaleur dans des conditions
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qui produisent un semi-coke finement subdivisé, dans lequel la plupart des particules ont été transformées en des sphe- roïdes sensiblement creux, à structure en coquilles, beau- coup de ces sphéroïdes ayant des fenêtres dans leur surfa- ce.
Un produit présentant ces caractéristiques consti- tue, spécialement lorsqu'il est broyé, un combustible parti- culièrement actif, convenant spécialement pour être brûlé dans un foyer brûlant du combustible pulvérisé en suspen- sion dans de l'air.
Le traitement par la chaleur peut être réalisé de la manière connue consistant suspendre le charbon pulvé- risé dans un fluide gazeux et dans une zone de carbonisa- tion où la température est suffisante pour produire une carbonisation à basse température, ce qui expulse une par- tie importante des hydrocarbures volatils du charbon, les conditions étant toutefois telles que le produit obtenu ait les caractéristiques définies dans leurs grandes lignes ci-dessus.
Il est cependant plus avantageux d'effectuer le traitement par la chaleur en deux phases, en soumettant d'abord le charbon pulvérisé à un traitement préalable, dans des conditions telles qu'on n'expulse qu'un petit pourcentage des hydrocarbures volatils et qu'en même temps les particules de charbon perdent leurs arêtes vives et de- viennent des particules à surfaces extérieures lisses et ar- rondies, tout en augmentant légèrement de dimensions; le charbon ayant subi le traitement préalable est alors soumis à la carbonisation de la manière décrite ci-dessus.
Les conditions correctes pour l'obtention du pro- duit qui forme le principal objet de la présente invention
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peuvent naturellement être déterminées en variant les con- ditions et par l'examen microscopique ou autre du produit après chaque variation. Pour qu'il n'y ait pas de diffd- culté à identifier le produit, on a joint à la présente spécification des copies de microphotographies du produit et pour qu'il n'y ait pas de difficulté à fabriquer le pro- duit sans expérimentation excessive, on a décrit ci-dessous une fagon d'opérer, avec référence aux dessins annexés dans lesquels:
La Fig. 1 montre schématiquement une disposition des appareils pour le traitement du charbon conformément à. la présente invention.
'La Fig. 2 est la reproduction d'une microphoto- graphie d'un petit fragment de charbon brut pulvérisé, agrandi approximativement de 155 diamètres, et elle montre la nature anguleuse du fragment. En d'autres termes, on re- marquera que le fragment de charbon est délimité en beau- coup d'endroits par des lignes nettes et des arêtes vives.
La Fig. 3 est la reproduction d'une microphoto- graphie montrant l'aspect d'un petit fragment de charbon après le traitement préalable par la chaleur dans un flui- de gazeux à environ 650 F. l'agrandissement est de 155 diamètres. On remarquera que les arêtes du fragment se sont arrondies, probablement à cause de la fusion, et que le fragment est plein et opaque. La forme générale est sphéri- que. Cet exemple caractérise bien ltaspect des petits frag- ments de charbon après un traitement préalable par un gaz chaud à la température approximative indiquée ci-dessus '
La Fig. 4 , est la reproduction d'une micronhotogra- phie d'un sphéroïde plus ou moins creux, ayant une structure en coquille, avec des fenêtres dans cette coquille.
Il s'a- @ -
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git ici d'une particule du produit fini après la carbonisa- tion à basse température qui termine le traitement complet et pendant laquelle la température moyenne a été approxima- tivement de 1000 F. L'agrandissement est de 155 diamètres.
La, Fig. 5 est un spécimen quelque peu. agrandi du produit obtenu sans traitement préalable initial par un gaz chaud. Ce spécimen-,est un des plus grands obtenus pendant le traitement et a été spécialement choisi pour montrer, moyennant la cassure d'une partie de la structure en coquil- le, la structure sensiblement creuse de la particule.
La Fig. 6 est une reproduction d'une microphoto- graphie d'une petite particule ou sphéroïde (grandeur réelle 0,75 millimètrs de diamètre) agrandi de 540 diamètres. Cette particule présente une surface divisée en alvéoles.
La Fig. 7 montre quelques fragments de semi-coke et représente le produit obtenu par exemple par broyage du semi-coke, représenté sur les Figs. 4 et 5. Ce semi-coke broyé est parfois appelé le "semi coke broyé du procédé" ou le "produit pulvérisé", parce qu'il a été pulvérisé après sa production par carbonisation à basse température.
Si l'on se reporte à la Fig. 1, on peut voir que le charbon est pulvérisé dans un broyeur 1 au degré de finesse désiré, par exemple à une finesse telle qu'envi- ron 60 % passent à travers un tamis de 200 mailles (un ta- mis dans lequel les fils métalliques se croisent à angle droit de fagon à former quarante milles ouvertures par pouce carré) et de façon que sensiblement tout le char- bon pulvérisé passe à travers un tamis de 40 mailles.
Le charbon pulvérisé est transporté pneumatique- ment dans un séparateur cyclone 2 d'où il passe dans une trémie réceptrice 3 pour être introduit par un appareil 4 @
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dans la partie supérieure dune cornue de traitement préa- lable 5. Dans cette dernière, le charbon pulvérisé se meut en nuage de haut en bas, avec une vitesse de chute retardée, dans des gaz chauds de traitement préalable qui s'élèvent lentement et qui sont introduits dans la partie inférieure de la cornue, comme en 6. Ces gaz de traitement préalable sont de préférence, bien que pas nécessairement, constitués par de l'air chauffé. lorsqu'on emploie de l'aire il consti- tue un milieu oxydant chaud grâce auquel la teneur en oxy- gène du charbon est légèrement augmentée.
Le charbon pulvé- risé ayant subi le traitement préalable se dépose finalement au fond de la cornue 5 et est recueilli et emporté par un transporteur 7 dans une trémie collectrice 8, d'où il est introduit par un dispositif 9 au sommet d'une cornue de carbonisation 10.
Dans cette dernière, le charbon pulvéri- sé traité au préalable descend en nuage et avec une vitesse de chute retardée, dans des gaz de carbonisation chauds qui s'élèvent lentement et qui transforment ce charbon en semi-coke, L'opération de traitement préalable et de carbo- nisation, les différentes températures employées et leur démarcation ainsi que les appareils utilisés sont décrits en détails dans le brevet ? 329.995 du 4 Novembre 1925, Les gaz chauds destinés à carboniser le charbon dans la cornue de carbonisation 10 sont envoyés à la partie inférieu- re de celle-ci/ en 11, et la température de ces gaz chauds ascendants est d'environ 1000 F, La descente ou la chute du charbon subissant la carbonisation est suffisamment ra- lentie par les gaz chauds se mouvant de bas en haut pour assurer le degré désiré de carbonisation,
ou en d'autres termes dure un temps suffisamment long pour réduire nota- blement la teneur en hydrocarbures volatils du charbon et
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pour faire descendre également le teneur en oxygène du charbon en dessous de celle du charbon initial.
11 va de soi que l'installation peut comprendre des dispositifs connus pour extraire les gaz utilisés dans le traitement préalable et en tirer parti, et pour recueil- lir, épurer emmagasiner ou traiter autrement les gaz em- ployés ou produits lors de la carbonisation.
L'effet de ces différentes opérations sur le charbon en traitement est représenté sur les Figs. 2 à 7 inclusivement.. Tout le charbon subissant le traitement est sous la forme de .-fragments menus ou de particules dont le type est caractérisé par la Fig. 2.On remarquera que les caractéristiques principales sont des lignes nettes et les arêtes vives.
Lorsque le charbon pulvérisé subit le traitement préalable à chaud dans des conditions telles que les tempé- ratures moyennes des gaz de traitement préalable soient dtenviron 6500 F, il perd ces arêtes vives qui deviennent des surfaces arrondies relativement lisses. Lorsque les gaz sont des gaz oxydants chauds, les particules préalablement traitées de charbon pulvérisé s'oxydent sous l'action de l'air chaud de traitement préalable, de telle sorte que, par exemple, un charbon pulvérisé ayant une teneur initiale en oxygène de 7,5 % peut, après ce traitement préalable, avoir une teneur enepixygène de 8,5 %.
Le charbon qui a ainsi été traité et qui a été soumis à la carbonisation à basse température mentionnée ci-dessus, par exemple à des températures d'approximativement 1000 F en moyenne, et sui- vant le procédé décrit ci-dessus ou décrit dans le brevet mentionné plus haut, subit d'autres changements pour ce qui concerne ses caractéristiques physiques et sa structure, ainsi que le montrent clairement les Figs. 4 à 6.
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Une étude du produit de la carbonisation à basse température montre que c'est un semi-coke composé principale- ment de sphéroïdes, du genre montré à la Fig. 4, dont la plupart sont à peu près creux et dont beaucoup ont dans leur surface des fenêtres qui sont visibles au microscope à l'aide de la lumière transmise. Il y a également, disper- sées parmi les groupes de ces sphéroïdes de la Fig. 4, de menues particules.qui peuvent être distinguées au microscope et ont l'aspect représenté sur la Fig. 6.
Il peut n'être pas désirable dans tous les cas de soumettre le charbon pul- vérisé à un traitement préalable par la chaleur avant la carbonisation, et la Fig. 5 montre un spécimen de semi-coke, spécimen qui est le type des spécimens les plus grands fai- sant partie du semi-coke obtenu par la carbonisation à basse température d'un charbon pulvérisé qui n'a pas été soumis au traitement préalable par la chaleur avant la carbonisation.
Ici encore, le produit est un semi-coke composé principale- ment de sphéroïdes qui sont à peu près creux et dont beau- coup ont des fenêtres. Avec la carbonisation directe à basse température, les particules sont toutefois, en règle générale, un peu plus grandes que lorsque les particules sont produites par le traitement préalable suivi de la carbonisation à basse température. Ceci se distingue le mieux par une analyse com- parative, au tamis, du charbon pulvérisé brut, du produit de carbonisation directe et du produit du traitement préala- ble suivi de la carbonisation à basse température.
Suivant le procédé du présent brevet et aussi suivait le procédé décrit dans le brevet mentionné plus haut, on peut obtenir facilement, en partant d'un charbon ayant une teneur en hydrocarbures volatils de 34 par exemple et une teneur en oxygène d'environ 7 à 10 %, le semi-coke désiré comme pro-
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duit.
Lorsqu'un traitement préalable est employé (bien que suivant la portée la plus large de la présente invention le traitement ou chauffage préalable ne soit pas nécessairement employé) les opérations peuvent comprendre les phases sui- vantes; pulvérisation du charbon brut jusqu'à une finesse telle qu'environ 55 à 65 % du charbon passe dans un tamis de 200 mailles et de fagon que sensiblement tout le charbon pulvérisé passe à travers un tamis de 40 mailles, ensuite, traitement préalable du charbon pulvérisé par mise en sus- pension du charbon, sous la forme de nuages de poussière, dans un courant de gaz chauds se mouvant lentement de bas en haut, de préférence mais pas nécessairement de gaz oxydants chauds, à des températures moyennes d'environ 650 F ou même moins à 7000 F, dans des conditions capables de sécher le charbon,
de réduire légèrement la teneur en hydrocarbure vo- latil, d'abaisser légèrement la densité, d'augmenter légè- rement la teneur en oxygènen, d'éliminer les arêtes vives des fragments de charbon et en général d'arrondir la surfa- ce extérieure des fragments de charbon. Ce traitement préa- lable est suivi de la séparation des particules traitées des gaz de traitement et la dispersion du charbon traité, sous la forme de nuages de poussière, dans un courant de gaz de carbonisation chauds se mouvant de bas en haut, à des tempé- ratures moyennes de 1000 F environ, et en sens inverse de ce courant, de fagon à produire un semi coke contenant moins ou un peu moins d'oxygène que le charbon initial .
Le semi coke ainsi produit par l'action directe de gaz de carbonisa- tion chauds consiste en grande partie en particules ayant la forme de sphéroïdes à peu près creux de grande porosité et de densité relativement faible par rapport à celle du chas- bon initial. Beaucoup de ces sphéroïdes ont une structure en coquille avec des fenêtres dans leur surface. Ces sphéroïdes
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ont des dimensions telles que 5 % à 20 % du semi-coke passent à travers un tamis de 200 mailles et que pratiquement tout ce semi-coke passe à travers un tamis de 10 mailles, Le semi coke ainsi produit est en fait un coke à basse température et peut avoir une teneur en hydrocarbures volatils d'environ 8 à 12 %.
Un semi coke produit par la carbonisation directe de charbon brut pulvérisé dans un courant de gaz chauds s'élevant lentement, de la manière indiquée possède sen- siblement les mêmes caractéristiques générales que le se- mi-coke qui vient d'être décrit, mais dans le cas de la pro- duction directe du semi-cPke sans traitement préalable, les sphéroïdes seront en général un peu plus grands que dans le cas où le traitement préalable est employa. Le semi coke comprend non seulement les sphéroïdes qui viennent d'être décrits mais aussi les sphéroïdes ayant une atruc- ture ressemblant aux spores des matières végétales d'où le charbon provient.
Le semi-coke produit de la manière décrite ci-des- sus et retiré du fond de la cornue 10 est transporté par un dispositif approprié 12 dans un broyeur pulvérisateur ou écraseur 13. De ce broyeur, le semi-coke écrasé ou pulvé- risé est envoyé directement ou indirectement d'une manière appropriée quelconque dans un foyer 14 ou- il est brûle.
Le foyer représenté est un foyer à combustible pulvérisé dans lequel le charbon est brûlé en suspension, dans des conditions telles que l'oxygène de lair peut facilement se combiner au produit pulvérisé à. mesure que le combustion progresse. Un coke écrasé ou produit pulvérisé tel que ce- lui obtenu par le procédé décrit ci-dessus possède un nom- bre relativement grand de surfaces saillantes qui sont plus moins poreuses et de nature à être facilement attaquées
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par l'oxygène de l'air, ce qui facilite la combustion rapide et réalise en fait une température de combustion relative- ment élevée dans une zone localisée, si on le désire.
Ce pro- duit écrasé possède une surface de plus grand développement que le semi-coke avant l'écrasement et en outre l'écrasement est tel qu'il réduit le semi-coke en fragments d'une fi- nesse telle qu'environ 60 % passent dans un tamis de 200 mailles.
Jusqu'à présent on n'avait pas pensé à produire le semi-coke pulvérisé ou écrasé décrit ci-dessus ni re- connu l'avantage qu'il y a à fabriquer un semblable pro- duit et à le brûler dans un foyer.
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