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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
Perfectionnements à la fabrication de gaz en partant d'huile ou de goudron (hydrocarbures) ou à la dissociation violente (cracking) de l'huile ou du gou- dron. formée par Monsieur Kristian Nicolaus WA N N E B 0.
La présente invention a pour but de produire des gaz, en partant d'huile ou de goudron, dans un géné- rateur, et d'obtenir des sous-produits formés par des hydrooarbures aromatiques ou semblables à la gazoline, ou elle a pour but de dissocier do l'huile lourde ou du
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goudron dans un générateur, pour la production d'hydrocar- bures légers ayant un point d'ébullition peu élevé, en obtenant un sous-produit formé par dû gaz.
Suivant la présente invention, la méthode per- fectionnée pour la fabrication de gaz en partant d'huile ou de goudron, ou d'hydrocarbures analogues, ou pour la dissociation d'huile ou de goudron, consiste à conduire l'opération dans un générateur réversible contenant une matière retenant la chaleur, générateur chauffé à une tem- pérature appropriée, à introduire de l'huile ou du goudron en un ou plusieurs points du générateur situés entre les extrémités de ce dernier, à introduire simultanément de l'air de combustion pour engendrer la chaleur nécessaire pour l'opération, cet air étant introduit alternativement par les extrémités opposées et consommant principalement du carbone et du noir de fumée déposés pendant la période précédant l'opération, et enfin à extraire le gaz produit, gaz qui est formé par un mélange de gaz d'huile,
de va- peurs d'huile et de goudron et de produits de la combus- tion, cette extraction se faisant par un orifice de sor- tie prévu à l'extrémité du générateur qui est opposée à celle par laquelle l'air de combustion est introduit, l'o- pération ayant lieu à peu près à la pression atmosphérique ou à des pressions plus élevées, ainsi que cela sera dé- crit plus loin, A la fin d'une période d'insufflation d'air, on peut injecter de la vapeur à la même extrémité du générateur que celle par laquelle l'introduction de l'air vient précisément d'avoir lieu, cette vapeur ayant pour but de chasser de cotte partie du générateur, avant le renversement de l'insufflation, l'air de combustion qui n'a pas été consommé.
En outre, les orifices d'ad- mission de vapeur, orifices qui sont doubles, peuvent être commandés de façon qu'il puisse y avoir une admission
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continue ou intermittente d'une petite quantité de vapeur entrant dans le générateur par la même extrémité que cei- le par laquelle l'air de combustion est admis.
Un type de générateur convenant pour la réali- sation du procédé est représenté en coupe verticale cen- trale par Le dessin ci-joint. Le générateur se compose de deux enveloppes cylindriques, verticales et semblables
A et B, en acier, reliées au sommet par un col ou goulot
1. Les enveloppes A et B sont fermées aux deux extré- mités au moyen de plaques en acier, qui peuvent être en forme de calotte sphérique lorsque le gaz doit être pro- duit sous pression. Le générateur est doublé en briques réfraotaires ou en autre matière réfractaire, et les enve- loppes A et B sont divisées de façon identique en plu- sieurs compartiments par deux ou plus de deux voûtes ou écrans intérieurs.
Ces voûtes sont en briques réfractai- res ou autres matières réfractaires perforées, et elles supportent un cloisonnage en briques ou autres matières réfractaires servant de réservoir de chaleur. Aux extré- mités de A et B sont montés un ou plusieurs pulvéri- sateurs 5 et 5' pour l'injection de l'huile ou du gou- dron préalablement réchauffés et devant être soumis au traitement, 2 et 2' sont des orifices d'introduction d'air et de combustible (liquide ou gaz) pour chauffer le générateur avant de commencer l'opération.
A la partie inférieure de A et B sont prévus des orifices d'in- troduction et 3' pour l'entrée de l'air de combustion pendant la fabrication du gaz, ainsi que des canaux 4 et 4' servant au raccordement à une cheminée (non re- présentée) pour l'échappement des produits de la combus- tion avant de commencer l'opération, des orifices 7 et
7' pour l'échappement du gaz, orifices qui sont reliés à travers des obturateurs 8 et 8' à un pot à goudron
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@ ou échangeur de chaleur 9 destiné à réchauffer 1 huile ou le goudron à traiter, et en outre des réfrigérants, épurateurs, etc...
(non représentés), et des soupapes ou
Obturateurs 6 et 6' pour le réglage de l'admission de la vapeur, admission qui peut être continue et se faire en petite quantité pendant l'opération, ou intermittente, par exemple pour expulser l'air de combustion de cette partie du générateur avant de changer le sens de la mar- che de l'opération.
Le fonctionnement du dispositif suivant l'in- vention est le suivant : - Si le générateur est froid, il faut d'abord le chauffer par l'allumage en 2. Les produits de la combustion s'élèvent en A, traversent le col de raccordement 1, descendent à travers 3 et sor- tent en 4' pour se rendre à la cheminée, en chauffant sur leur passage les voûtes, le cloisonnage et le revê- tement intérieur. Pendant qu'on chauffe par 2, les ori- fices 3 et #' pour 1* entrée de l'air de combustion, les soupapes 6 et 6' pour la vapeur et la communicaticn en- tre 4 et la cheminée sont tous fermés.
Après que le chauffage a duré pendant un certain temps dans ce sens, on l'arrête et on le reprend en sens inverse à partir de 2', les produits de la combustion s'échappant par l'ou- verture 4, qui est ouverte en même temps que l'ouvertu- re 4' est fermée pour le changement de marche. L'allu- mage (chauffage du générateur) se poursuit ainsi, alter- nativement à partir de 2 et de 2', jusqu'à ce qu'on ait atteint la température désirée, température qui est indi- quée par des pyromètres (non représentés) montés à l'in- térieur du générateur. Au lieu de passer à la cheminée par 4 et 4', les gaz de la combustion peuvent être con- duits, à travers les obturateurs 8 et 8', dans l'échan- geur de chaleur 9, puis de là à la cheminée à travers
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un autre obturateur.
Après ce chauffage préalable il n'est plus nécessaire que d'enlever les dispositifs d'en- trée d'air et de combustible prévus en 2 et 2', de bou- cher ou de remplir de matière réfractaire les ouvertures prévues dans le revêtement intérieur en 2 et 2' et de couvrir les ouvertures ménagées dans les enveloppes A et B au moyen de couvercles ou mantelets appropriés, pour empêcher les bouchons de se dégager et empêcher les fuites. L'enlèvement des brûleurs évite leur destruction sous l'action de la chaleur et ils n'ont pas besoin d'ê- tre remis en place avant que le générateur ne cesse de fonctionner, pour une cause quelconque, et qu'il ait be- soin d'être chauffé à nouveau.
Le générateur est alors prêt pour la fabrication du gaz ou la dissociation (cracking). L'opération peut être avantageusement commencée par l'injection d'huile ou de goudron par 5 et 5', les orifices d'échappement 7 et 7' servant'pour le gaz étant ouverts, et tous les autres obturateurs ou soupapes étant fermés. L'huile ou le goudron seront gazéifiés par la chaleur régnant dans le générateur et les produits de cette gazéification descen- dent à travers A et B et sortent par les orifices d'échappement des gaz pour se rendre au pot à goudron, à l'échangeur de chaleur 9, etc..., en déposant sur leur passage du carbone libre, principalement dans la partie supérieure du générateur, qui est la plus chaude.
Après avoir ainsi amené le générateur à l'état de fonctionnement normal, on ferme l'obturateur 8 de l'orifice d'échap- pement de gaz de A, et¯on fait entrer de l'air de combus- tion à travers l'orifice d'entrée d'air 3. L'air monte à travers les voûtes et le cloisonnage en A, s'échauffe à leur contact et, lorsqu'il rencontre le oarbons libre déposé à l'état incandescent, provoque la combustion de
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ce carbone en produisant principalement de l'oxyde de carbone. Cette combustion du carbone dé gags la chaleur nécessaire pour chauffer et gazéifier l'huile eu le .:ou- dron injectés et compense toute perte de chaleur pouvant se produire dans le générateur.
Le mélange formé par les produits de la combustion, le gaz d'huile et les vapeurs d'huile, descend à travers B et dépose sur son passage du carbone et du noir de fumée. Ce mélange chauf- fe aussi la partie inférieure de B, qui est la moins chaude et se refroidit légèrement avant de sortir par 7' pour se rendre au pot à goudron, à l'échangeur de chaleur etc... Après que la fabrication du gaz s'est ainsi pour- suivie pendant un certain temps, on ferme l'entrée d'air 3 et on fait entrer de la vapeur en 6 pendant peu de temps, pour chasser de A l'air qui n'a pas été consommé.
Pendant son passage à travers A la vapeur se trcuve sur- chauffée et lorsqu elle arrive à la partie supérieure de A et de B, elle vient en contact avec le carbone libre qui y a été déposé à l'état incandescent, et il se pro- duit du gaz d'eau qui se mélange avec le gaz. On ferme alors l'entrée de'vapeur 6, on ouvre l'obturateur 8 et on ferme l'obturateur 8', après quoi on ouvre l'en- trée d'air 3' et la fabrication du gaz se poursuit en sens inverse que précédemment.
De cette façon la fabrication du gaz ou la dis- sociation se poursuivent alternativement dans un sens et dans l'autre, étant ainsi pratiquement continues, avec peut-être une petite variation dans la qualité du gaz et des vapeurs produits.
On règle la température moyenne du générateur en faisant varier la proportion entre l'huile injectée et l'air de combustion introduit, et en partie en faisant va- rier la quantité de vapeur utilisée. Si on augmente la
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quantité d'air;, la température monte ; on la diminue, la température baisse. Lorsque la température monte, le dépôt de carbone libre augmente et la quantité de sous- produits pouvant être extraite du gaz diminue, en même temps que leur composition change.
Lorsque la températu- re de gazéification est basse, le'goudron produit., qui se condense dans le gaz en se séparant-de ce dernier, contient une grande partie d'hydrocarbures du genre de la gazoline et une petite quantité seulement d'hydrocarbures aromati- ques; lorsque la température de gazéification augmente, la quantité d'hydrocarbures légers contenus dans le gou- dron se trouve réduite, et ces hydrocarbures légers appar- tiennent alors de plus en plus à la série aromatique ; aux températures encore plus élevées, ces hydrocarbures légers sont eux-mêmes décomposés, le goudron produit est en quantité moindre, mais son poid s spécifique est plus élevé.
Le temps aussi joue naturellement un rôle, de sorte que dans la gazéification lente, à une certaine tem- pérature, la décomposition des hydrocarbures est poussée plus loin que dans une gazéification plus rapide à la même température. Si, dans le même générateur, à la même température, la même quantité de la même huile est traitée par unité de temps, une fois à basse pression et une autre fois à une pression plus élevée, dans le deuxiè- me cas, la décomposition sera poussée plus loin parce que les produits, étant plus comprimés, auront besoin de plus de temps pour traverser le générateur.
La pression a aussi un autre effet sur la décomposition même, car à une pression plus élevée (les autres facteurs restant les mêmes) les hydrocarbures condensables produits contien- nent, dans une certaine mesure, une proportion d'hydro- carbures saturés plus grands que si la pression est plus basse.
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Lorsque la gazéification a lieu à une tempéra- ture si basse que la quantité de carbone libre qui se dé- pose est moindre que la quantité de combustible nécessai- re pour dégager la chaleur indispensable pour l'opération, une partie de l'huile ou du gaz injecté, est aussi consu-
Si la quantité de carbone libre déposée dans le générateur est plus grande que celle qu'il faut pour dégager la chaleur nécessaire pour l'opération et si le carbone ainsi déposé tend à s'accumuler dans le généra- teur, on peut éviter cette accumulation en augmentant la quantité dtair introduite et en introduisant une quantité correspondante de vapeur, de façon à consumer ainsi l'ex- cès de carbone en produisant du gaz pauvre sans augmenter la température.
Si le gaz produit ne doit pas être dilué par ce gaz pauvre, il faut interrompre 1opération de temps en temps et éliminer l'excès de carbone en insuf- flant de l'air et en injectant de la vapeur à travers le générateur alternativement dans un sens et dans l'au- tre.
Grâce à la méthode qui vient d'être décrite et qui consiste à fabriquer du gaz en partant d'huile ou de goudron, il est possible de produire du gaz peu coûteux en partant de matières premières peu coûteuses, huiles, huiles à brûler; goudrons, etc... avec le minimum de dé- pense de combustible. Comme on réchauffe suivant cette méthode, non seulement l'huile utilisée pour la produc- tion du gaz, mais aussi l'air de combustion, la quantité de produits de combustion produite par le dégagement de la chaleur nécessaire pour l'opération est si petite que le mélange de gaz obtenu peut avoir un pouvoir calorifi- que d'environ 1100 (1090) calories par m3 ou même davan- @ tage.
Si le procédé est mis en oeuvre dans le but
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particulier de dissocier des hydrocarbures lourds à bas- se température, le pouvoir calorifique du mélange de gaz obtenu sera naturellement moindre que'si une petite par- tie seulement de l'huile utilisée est décomposée en gaz fixes.
Il est possible, en même temps, de régler l'o- pération de façon à pouvoir obtenir de grandes quantités de sous-produits précieux. En raison de ce que le gaz d'huile est dilué par son mélange avec les produits de la combustion, il est, il est vrai, plus difficile d'é- liminer du gaz les hydrocarbures condensables, mais com- me il est possible d'effectuer la gazéification, ainsi que le refroidissement et l'épuration ultérieurs du gaz à une pression plus élevée, et d'éliminer les hydro- carbures condensables par le procédé connu dans l'art de la fabrication de la gazoline en partant du gaz naturel.
Le générateur servant à produire du gaz suivant la méthode faisant l'objet de la présente invention peut naturellement être construit de différentes façons. La partie inférieure des cuves A et B, partie qui joue le rôle de réchauffeur pour l'air de combustion et la va- peur, et de refroidisseur pour le gaz, peut être cons- truite sous forme de cuves séparées dont les extrémités inférieures sont reliées aux extrémités Inférieures des cuves A et B, et dont les extrémités supérieures sont munies de dispositifs Injecteurs pour l'huile. Les dis- positifs d'allumage 2 et 2' sont alors montés à la partie inférieure de ces dernières cuves, et à la partie supérieure des cuves de chauffage préalable se trouvent les entrées d'air et de vapeur, ainsi que les orifices d'échappement aboutissant à la cheminée et au barillet.
On peut encore modifier ce type de générateur en remplis- sant les cuves A et B de charbon ou de coke au lieu de
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cloisonnage, les cuves A et B étant'munies de disposi- tifs appropriaspour l'introduction du charbon ou du coke pendant la fonctionnement du générateur et en outre, à leur sommet, de dispositifs injecteurs d'huile. Au fond les dites cuves comportent des grilles appropriées et des dispositifs appropriés pour l'enlèvement des cen dres et le décrassée des grilles. Ce type de généra- teur ne convient naturellement que pour la fabricaticn de gaz à la pression atmosphérique ou sensiblement à la pression acesphérique.
Si l'on désire obtenir la plus grande quantité de gaz possible, et si la qualité dos sous-produits est sans importance, la gazéification peut être effectuée à des 'températures plus élevées, mais dans ce cas les raccords à soupapes 8 et 8' représentés par le dessin ne conviennent pas, parce que le dépt de cher- bon qui se forme dans les soupapes pourrait empêcher cel- les-ci de fonctionner; en outre la gazoline serait char- gée de ncir de fumée. 'Il faut par conséquent placer dans ce cas un laveur entre l'orifice de sertie du gaz et la gazoline,. pour refroidir le gaz et entraîner par le lava- ge la majeure partie du noir de fumée.
Les soupapes 8 et 8' sont alors placées entre le laveur et la gazoline, et une garde hydraulique est prévue dans le raccordement entre l'orifice de sortie du gaz et le laveur.