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"PROCEDE ET APPAREIL POUR LA FABRICATION DE BRAI RICHE EN CARBONE".
Cette invention a trait aux procédés de travail des fours à coke, et plus particulièrement à la production de brais possédant des propriétés diverses à l'aide des gaz. s'échappant des fours à coke.
Dans le fonctionnement ordinaire des cokeries à sous-produits, les gaz résultant de la cokéfaction et sortant des fours individuels se rendent par des tuyaux montants et des cols de cygne à un barillet collecteur commun aux. fours de la 'batterie. Les. gaz, sortant des fours à une température élevée, par exemple 600 à. 7000 C.
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au davantage, seront ordinairement refroidis aussi rapide- ment que possible par Inapplication de jets de liqueur am- moniacale (ou de liqueur ammoniacale et de goudron) proje- tés à l'état divisé dans les cols de cygne et le barillet collecteur. Le refroidissement rapide détermine dans le barillet la séparation de goudron contenant les huiles les plus lourdes..
Un refroidissement complémentaire effectué dans la conduite transversale qui relie le barillet au système condenseur sépare une quantité supplémentaire de goudron contenant à la fois des huiles- relativement lour- des et des huiles relativement légères. Le goudron re- cueilli est ordinairement expédié de la cokerie à une usine de distillation du goudron en vue d'en distiller et d'en séparer les huiles et de produire des brais de diverses qualités.,
Les brais produits par la distillation du goudron ainsi recueilli contiennent ordinairement une certaine proportion de carbone libre, mais cette proportion n'est pas telle que ces brais puissent recevoir les applica- tions dans lesquelles on a besoin de brais riches en carbone libre.
Ceux-ci sont ordinairement obtenus par la distillation de goudrons provenant.-de cornues à gaz et dont la quantité disponible est limitée.. De même, le produit de la distillation des goudrons de four à coke contient une teneur trop grande en carbone libre pour qu'il puisse être employé pour certaines autres applica- tions dans lesquelles la teneur en carbone libre '.est essentielle. Des brais de faible teneur en carbone libre sont ordinairement obtenus par la distillation de goudron de gaz à l'eau. On a besoin, dans. 1* industrie, de quan- tités considérables à la fois de brais de faible teneur en carbone libre et de brais de grande teneur en carbone
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libre., et les sources d'alimentation: en brais de ce genre sont insuffisantes pour satisfaire à la demande..
Il en résulte qu*il serait désirable de produire à la fois des trais de faible teneur en carbone libre et des brais de teneur élevée en carbone libre à l'aide des fours à coke, et la présente invention a pour objet un procédé, et un appareil permettant d'obtenir d'une manière économique des brais de ce genre à l'aide des gaz sortant des fours à coke.
Pendant le fonctionnement d'un four à coke, les gaz qui s'en échappent contiennent une quantité plus ou moins grande d'éléments- hydrocarbonés, selon la phase de l'opération de cokéfaction à laquelle ils sont mis en liberté.. Ainsi, pendant la première partie de. la coké- faction, les gaz contiennent une proportion relativement grande d'éléments; hydrocarbonés et sont généralement appelés gaz. "riches".
Pendant la dernière partie de la cokéfaction, les gaz contiennent une proportion moindre en éléments hydrocarbonés et sont généralement appelés gaz "pauvres". On fait travailler les fours à coke d'une batterie de façon cyclique, de sorte que les divers fours sont tous- à des phases différentes de la distillation, et les gaz riches et pauvres sont normalement transférés sans. distinction au barillet et sont traités de la manière précédemment; décrite en vue d*en séparer le goudron et @ les huiles..
La. demanderesse a découvert qu"il est. possible, par- un traitement convenable:, de. séparer des gaz. riches et pauvres- des. brais de caractéristiques différentes et de recueillir des brais de faible teneur en carbone, en traitant le gaz riche, et des brais de teneur élevée en carbone,, en traitant les gaz pauvres Le traitement consiste à refroidir les gaz séparément d'une façon réglée
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jusqu'au degré requise pour condenser leurs éléments de brai, la température étant toutefois maintenue à un point qui assure le maintien des huiles:
à l'état de vapeur et la séparation des globules de brai. et de "nuage de. gou- dron" d'avec les gaz en soumettant ceux-ci à une précipi- tation électrique. Dans le passage des: gaz. à traverse le précipitateur électrique.. sensiblement tous les. éléments solides et liquides des gaz sont éliminés, les vapeurs d'huile seules restant dans ces. gaz.
Ces vapeurs, d'huiles peuvent être condensées ultérieurement et comme elles sont exemptes d'éléments goudronneux, cette condensation, donne des huiles propres qui peuvent recevoir diverses' applica- tions industrielles sans: qu'on ait besoin de lea soumettre à une nouvelle distillation ou à un nouveau traitement.
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L'invention'implique, la séparation des:
gaz riches d'avec les gaz. pauvres, et ceci peut être réalisé facilement en prévoyant des barillets distincts reliés à tous les fours de la batterie, avec des communications. convenables entre ces fours et les tuyaux montants, et des robinets pour permettre aux gaz de passer des fours dans l'un ou l'autre des barillets, suivant la phase de la distillation qui a lieu dans les divers fours.Ainsi, pendant les premières phases de la distillation ayant lieu dans un four quelconque les gaz seront, dirigés vers le barillet à gaz. riche, puis, à un moment convenable, déter- miné par la nature des gaz qui s'échappent, ces gaz seront dirigés vers le barillet à gaz pauvre.
Les gaz des deux barillets sont séparés damnent et dans une mesure réglée par l'application de jets de liqueur ammoniacale (ou de liqueur ammoniacale et de goudron) projetés à l'état divisé dans ces gaz. dans le but de diminuer la température au degré désiré.
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les points de condensation des divers éléments que les gaz renferment à. l'état de vapeurs sont plus faibles que les points d'ébullition normaux de ces éléments, et il est possible , par un réglage convenable de la tempéra..
'ture des gaz que renferment les barillets, d'effectuer la condensation des éléments de brai désirés, les. huiles restant à l'état de vapeur. Ainsi* en abaissant suffi- samment la température des gaz que renferment les baril- lets on. peut convertir'à l'état liquide la totalité- ou toute fraction désirée des éléments goudronneux. alors que les huiles sont encore à l'état de vapeur. A cet effet, il convient que la température des gaz soit maintenue au-dessus, dur point de: condensation de tous les éléments, qui doivent être retenus dans les gaz. et entraî- nés par eux- après que le brai en a été séparé.
-Les, éléments goudronneux ou éléments: de brai. qui- sont condensés par l'effet de refroidissement de la liqueur ammoniacale sont difficilement séparables des gaz et tendent au contraire- à rester dans le courant de gaz sous forme de. globules et de "nuage de goudron". Ceci facilite la séparation des éléments goudronneux dans les précipitateurs électriques sous, une forme qui. possède les caractéristiques désirées. Les précipitateurs- appli- qués peuvent, par exemple, être du type Cottrell bien connu et il convient qu'ils travaillent à. des tempéra- tures telles qu'on évite la condensation des huiles.
Par conséquent , il est préférable que les précipitateurs électriques soient disposés très près des barillets et que les gaz contenant les éléments, de. brai soient introduits directement dans ces précipitateurs. Il est en outre avantageux de les calorifuger pour empêcher la perte de chaleur des gaz. Ceci est particulièrement désirable.
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si les produits à recueillir sont des brais..relativement lourds qui exigent le maintien des gaz à une température élevée pour éviter de diluer les brais par des éléments d' huile.
Dans le précipitateur électrique ordinairement employé, le gaz à traiter passe entre des électrodes dont la différence de potentiel électrique est très grande.
L'expérience a démontré qu'il vaut mieux employer un courant alternatif redressé. Ce courant (primaire) est conduit à travers un transformateur élévateur pour produire un courant de haut potentiel (secondaire) qui est alors redressé pour donner un courant intermittent de sens unique, par exemple à 1aide d'un convertisseur rotatif.
Le courant redressé par le convertisseur est fourni au précipitateur électrique pratiquement au même potentiel que celui qu*il avait à sa sortie du trana- formateur Le précipitateur' électrique ordinairement employé comprend essentiellement un groupe de tuyaux
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/ou tige verticaux qui contiennent chacun un fil/métallique disposé en son centre et qui sont relies à des collée- teurs convenables en vue de 1* introduction et de l'é- chappement des gaz.
Les tuyaux constituent généralement les électrodes positives et. les fils ou tiges métalli- ques les électrodes négatives.. Le diamètre des tuyaux ordinairement employés varie mais, en général on n'emploie pas de tuyaux de moins de 15 centimètres de diamètre. Lorsqu'on fait usage de tubes de grand diamètre, par exemple de 30 centimètres , la difficulté éprouvée pour assurer l'isolement et empêcher les pertes du poten- tiel extrêmement élevé (environ 75.000 à 100.000 volts) augmente énormément. Des précipitateurs électriques munis
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de tabès, de: 15 centimètres de diamètre et employant des. voltages secondaires de 35.000 à 50.000 volts sont sa- tisfaisants pour les buts de l'invention.
Il est gêné-
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'\ :xalement= préférable deybravailler avec le maximum de dif- 'férence de potentiel (courant secondaire) entre les élec- trodes, ce maximum, étant juste inférieur au voltage dis- ruptif auquel un arc se produit.
L'efficacité de la purification dépend de plusieurs facteurs variables. Une purification satisfaisante du gaz peut être réalisée si la durée du traitement est de l'ordre d'une seconde,, mais ce temps peut varier consi- dérablement. selon le caractère du brai qui doit être ex- trait des gaz traversant le précipitateur. En travaillant avec des tubes de 2,75 mètres de longueur, par exemple, on a séparé sensiblement tous les éléments goudronneux avec une durée de traitement de 1,5 à 2 secondes, ou une vitesse des gaz de 1,35 à 1,80 mètre par seconde. Ceci. assure une purification d'environ 99 %. Un traitement plus court, par exemple de 0,5 à 1 seconde, ce qui correspond à une vitesse des gaz de 5,4 mètres à 2,7 mètres par seconde, peut laisser passer une partie des
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éléments goudronneux: à travers le précipitateur.
En quittant les précipitateurs électriques, les gaz contenant les vapeur condensablea peuvent être con- duits à travers des appareils de condensation convenables (réfrigérants, scrubbers:, condenseurs à fractionnement,
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déflegma.teu.r:a etc*.,*) agencés pour réduire la température des gaz et provoquer la. séparation d'huiles d'avec ces gaz.
On pourra recueillir une seule fraction d'huile totale si les gaz sont refroidis en un seul échelon à la température la.plus basse désirée, et l'on pourra recueillir plusieurs fractions d'huile si les gaz sont refroidis par phases ou
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dans des réfrigérants, établis pour recueillir séparément lea huiles correspondant aux échelons de refroidissement- individuels.
Des précipitateurs électriques du type employé pour la séparation initiale du brai que renferment les gaz peuvent être employés pour séparer les vapeurs con- densées. En faisant passer les gaz à travers des= pré- cipitateurs de ce genre à des températures prédéterminées, on peut séparer efficacement les éléments condensés et obtenir des fractions d'huile nettement délimitées. Après les condensations successives, accompagnées de la sépara- tion des éléments d'huile* les gaz peuvent être conduits à travers 1* équipement usuellement prévu pour les refroi- dir et en recueillir d'autres éléments/utiles tels, que l'am- moniaque et les huiles légères.
Il est bien entendu que, dans la mise en pratique de l'invention, le refroidissement des gaz riches et pauvres dans les barillets distincts sera réglé en admet- tant une quantité plus ou moins grande de liqueur ammo- niacale ou d'un autre agent réfrigérant à ces barillets dans le but de déterminer la nature des brais qui seront séparés dans les précipitateurs électriques reliés aux barillets distincts et que, par ce réglage, la quantité des éléments de goudron et d'huile qui se condensent dans les barillets et qui sont séparés dans les précipi# tauers électriques peut être réglée pour produire des brais ayant des points de fusion et d'autres caractéris- tiques différents.
Le brai- résultant du traitement du gaz riche sera toutefois un brai de faible teneur en carbone, tandis que celui résultant du traitement des gaz pauvres sera un brai riche en carbone, et ces brais pourront recevoir les diverses applications auxquelles
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ils se prêtent le point de fusion du produit particulier étant réglé en réglant le refroidissement dans les baril- lets distincts de la façon précédemment décrite. Les -.'. béais riches et pauvres en carbone ainsi produits peuvent -âtre soumis à une distillation complémentaire, si on le désire, pour produire des brais plus durs, qui conservent toutefois leurs caractéristiques particulières relativement à leur teneur en carbone libre..
L'invention peut être @ appliquée aux coteries, existantes sans qu'il soit besoin d'y apporter des modifications: considérables, sauf en ce qui concerne le fait de prévoir deux barillets collecteurs reliés à tous les fours: de la batterie. Il existe des cokeries dans les- quelles, la séparation des: gaz riches et des gaz. pauvres a été réalisée par l'application de barillets distincts pour des buts autres que celui qui fait l'objet de la pré- sente invention, Bans. les installations de ce genre, la seule modification requise, en substance, est l'in- troduction des précipitateurs électriques:. la présente invention est applicables plus ou moins généralement. aux cokeries et à la récupération de brais et d.huiles des gaz qui s'en échappent.
On la décrira ci-après en se référant au dessin annexé, qui montre un appareil établi suivant l'invention et agencé pour réaliser- le procédé, suivant l'inventions, étant bien entendu toutefois que celle-**, n'est pas limitée aux détails particuliers de/et appareil.
Fige, 1 eat un plan d'une partie d'une batterie de fours à coke à laquelle est appliquée l'invention.
Fig. 2 est une élévation à plus grande échelle, avec coupe verticale partielle, représentant les baril- lets et le précipitateur électrique.
Fig. 3 est une coupe du précipitâtes - électrique
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de fig. 2.
Dans ces figures, 5 désigna la batterie de fours dont les éléments sont reliés par- des tuyaux montants et des cols de cygne 6 à des boîtes à clapet 7 communiquant avec les barillets 8 et 9. Les clapets 10 sont disposés dans les boîtes à clapet de façon à permettre aux ga sortant des fours à coke d'être dirigés vers l'un ou l'autre des barillets, suivant la phase de l'opération de distillation qui s'effectue dans le four particulier auquel la botte est reliée.
Ainsi , en manoeuvrant les clapets, les gaz riches et les gaz. pauvres provenant des divers fours de la batterie peuvent être. recueillis séparément dans les barillets, dans lesquels ils sont refroidis au degré désiré par de la liqueur ammoniacale introduite par des injecteurs 11 ceux-alla recevant, par l'intermédiaire d'une pompe 12 et d'un tuyau: 13., d'une source telle que. le réservoir 15. Le. degré de refroidissement effectué dans les barillets distincts par l'application des jeta de liqueur ammoniacale dépendra du degré auquel les gaz doivent être refroidis, et par conséquent du caractère du brai qui doit en. être séparé.
En quittant les. barillets, les gaz contenant des vapeurs d'huile et les éléments goudronneux partiellement
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:,',i1 yli 1w w...Ci:i 1' da t<x l4 !t <M# x,4c±- pitateurs électriques. Ces appareils. comprennent des enveloppes 18 contenant une série de tubes 19 qui sont supportés dans des plaques perforées 20 et 21 à l'in- térieur de l'enveloppe. Un orifice d'admission 22 dé- bouchant près de la partie inférieure de l'enveloppe communique avec une chambre 23 qui est partiellement sé- parée de la partie tubulaire par une chicane 24.
Un orifice d'échappement 25. permet aux gaz de stéchapper du séparateur après qu*ils ont traversé les tubes.'
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A l'intérieur des tubes sont disposées une série d'électrodes 26, préférablement constituées par des tiges métalliques supportées par une barre distributrice de courant 27 placée près des extrémités supérieures des tubes* La barre 27 située au sommet du séparateur, pé- nètre aux deux extrémités dans des boîtes 28 qui envelop- pent des isolateurs 29 supportant ladite barre.
Les lignes de courant à haute tension pénètrent dans les- boites 28 et sont reliées à la barre omnibus 27, qui reçoit ainsi le courant nécessaire de toute source convenable de cou- rant de sens unique à haute tension.. L'enveloppe du séparateur est mise à la terre ou autrement reliée à la source de courant pour compléter le circuit. Cette enveloppe et les tubes constituent l'électrode positive, les électrodes reliées à la barre omnibus 27 étant né- gatives. La forme et la disposition des conducteurs du circuit peuvent varier.
Il convient que la disposition soit telle qu'un courant de sens unique et à haute tension soit fourni aux électrodes, en permettant ainsi une dé- charge silencieuse et continue dans l'espace compris entre les électrodes et les tubes, espace à travers le- quel passent les gaz.
Les gaz. arrivant. desbarillets distincts et contenant le goudron sous forme de globules ou d'un -nuage de goudron** ainsi que des matières solides telles que du carbone,, etc.*. à l'état finement divisé pénètrent dans les. précipitateurs électriques et passent dans les tubes de ces appareils dans lesquels ils sont soumis à la décharge électrique qui, par ionisation des particules solides et liquides, sépare,ces particules des gaz et des vapeurs- condensables. Les liquides et les particules solides séparées descendent, en coulant le long des parois internes des tubes, dans les chambres situées à la partie
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inférieure des séparateurs et peuvent être recueillis par des tuyaux 30 et transférés à des collecteurs convenables 31.
Les gaz contenant les vapeurs condensables s'échap- pent par les orifices de sortie 25 et sont délivres par des tuyaux 31' aux condenseurs. 32. Les condenseurs peu- vent être de tout type convenable* Dans le présent exemple, ce sont des condenseurs du type ordinaire ou
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"mouillé", du genre de ceux fréquement employés dans les installations à récupération de sous-produits* Les gaz et vapeurs sont refroidis dans ces condenseurs par leur contact avec les surfaces de grilles mouillées par les jets d.e liqueur ammoniacale, par exemple, et Les condensats résultants sont transférés par des tuyaux 33 à des réservoirs de décantation 34 dans lesquels les huiles sont séparées de la liqueur ammoniacale* Les gaz sont retirés des condenseurs par des tuyaux 35 et sont délivrés à un exhausteur 56 qui maintient l'équi- libre de pression dans le système.
Les gaz peuvent ensuite être conduits à travers l'équipement usuel en vue de la récupération d'ammoniaque,d'huile légère, etc.o.
La présente invention permet de recueillir à la fois des brais riches et carbone et des brais pauvres en carbone directement des gaz de four à coke,, et donne aussi des huiles propres qui peuvent être utilisées di- rectement ou après avoir subi une nouvelle distillation en vue d'en séparer les fractions désirées. Ces avanta- ges ae l'invention, et d'autres, peuvent êtreréalisés par la mise en pratique des principes précédemment spé- cifiés, et il est bien entendu que diverses modifications peuvent être apportées aux détails de l'opération et de l'appareil décrits sans s'écarter de l'esprit de l'inven-
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