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"Procédé et appareil pour opérer simultanément la carboni- sation de charbon et le cracking d'hydrocarbures liquides"
La présente invention a pour objet un procédé et un appareil pour .opérer simultanément la distillation de charbon et le cracking d'hydrocarbures liquides et elle a particulièrement trait à un procédé dans lequel le char- bon est distillé en continu, dans des conditions de cornue et la chaleur des particules de carbone résiduelles chau- des carbonisées tombant d'une zone de carbonisation utili-
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sée pour vaporiser et assurer le cracking des hydrocar- bures liquides ,
On a constaté que certainaes avantages obtenus par l'emploi d'un bouchon d'eau à la sortie de la zone car- bonisante peuvent être obtenus par l'emploi d'un bouchon d'huile d'hydrocarbures liquides . En outre, par l'emploi d'un bouchon d'huile, la chaleur sensible contenue dans les particules résiduelles chaudes de carbone et de cendre, provenant de la zone carbonisante sert à vaporiser les constituant5 à plus bas point d'ébullition de l'huile et (ses vapeurs s'élèvent dans :les partiesplus chaudes de la zone carbonisante où, en venant en contact avec les particules chaudes de charbon qui descendent, les surfa- ces chaudes des parois de la cornue et les tubes chauf- fants disposés daiscette cornue, elles sont dissociées par cracking en fraction, plus légères .
Le présent procédé paut être mis en application dans un appareil pourvu d'un nouveau dispositif pour empcher, de façon positive, l'introduction d'air lors de l'amenée du charbon à la zone carbonisante . En conséquence, l'in- vention s'étend à un appareil perfectionné comprenant, en combinaison avec la cornue de carbonisation et le dispo- sitif de déchargement, un dispositif pour l'alimentation continue en charbon de la cornue de carbonisation avec exclusion essentielle d'air ,
L'invention a pour but de réaliser la distillation et la carbonisation decharbon finement divisé, en une opération continue, dans laquelle le charbon est conduit graduellement à et par des zones chauffantes à tempéra- tures augmentant progressivement,
et des particules chaudes
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carbonisées provenant de la zone la plus chaude mises en contact avec des vapeurs d'un hydrocarbure approprié s'élevant d'une zone de vaporisation à des températures propres à opérer le cracking de ces vapeurs d'hydrocar- bure , L'invention a également pour buts de chauffet et d'as- surer le cracking des vapeurs d'hydrocarbures en les fai- sant passer, par courants en s .ns contraire , en contact avec le charbon carbonisant , d'utiliser l'huile d'hydro- carbure comme bouchon liquide pour empêcher l'échappement des gaz formés à l'intérieur de l'appareil, tout en permet- tant facilement l'enlèvement des résidus solides,
l'huile empêchant en même temps l'entrée d'air dans le système, sauf sous des conditions commandées ;'de disposer les élé- ments de l'appareil de façon que le charbon récure et po- lisse les surfaces chaudes auxquelles les vapeurs d'huile sont exposées, en maintenant ainsi ces surfaces libres du dépôt usuel de suie ou de carbone et en augmentant l'effi- cacité du transfert thermique ;
d'amalgamer l'huile rési- duelle non fractionnée par cracking avec le charbon car- bonisé, cet amalgame pouvant être cuit pour former du com- bustible dur, solide ou carbonisé avec des sous-produits de récupération et, si on le désire, être de nouveau trai- té ppur produire la gazéification du résidu ,
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront de la description détaillée qui suit et des dessins annexés auquels elle se réfère ,
La figure 1 est en partie une coupe verticale et en partie une élévation latérale d'un appareil destiné à être employé pour mettre en application le procédé de
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l'invention .
La figure 3 est une vue en coupe horizontale sui- vant la ligne 2-2 de la figure 1 .
La figure 3 est une vue en coupe horizontale sui- vant la ligne 3-3 de la figure 1 .
La figure 4 est une vue en coupe de détail du dispositif d'alimentation hermétique employé pour fournir du charbon à la cornue ,
10 désigne, d'une façon générale, un appareil de car- bonisation destiné à mettre l'invention en application .
Cet appareil comprend une cornue verticale 12 délimitée par des parois latérales 14 et des parois d'extrémités 16 . Plusieurs tubes 18 s'étendent en travers de la cor- nue 12 et s'ouvrent à leurs extrémités dans des chambres 20ménagées entre et délimitées par les parois latérales 14 et les parois extérieures 22 pour la, réception des produits de combustion provenant des brûleurs à gaz 24 disposés près de l'extrémité inférieure de la cornue ,
Les chambres 20 situées de chaque côté,, de la cornue sont divisées par des cloisons verticales 26 et des cloi- sons horizontales 28 en plusieurs compartiments séparés
20a à 20m de façon à assurer que les gaz chauffants soient mis en circulation d'arrière en avant et vice versa par les tubes 18,
en courant de sens inverse par rapport au charbon qui descend ar la cornue 12.Les gaz venant des chambres de combustion respectives 30 passent dans les tubes disposés dans les sections verticales successives de la cornue, afin de permettre la circulation transver- sale appropriée .Des chicanes 32 sont prévues dans les chambres de combustion respectives pour empêcher le passa-
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ge des gaz d'une chambre de combustion à une autre .
Une trémie ou chambre d'emmagasinage de charbon 34 est prévue à l'extrémité supérieure de la cornue L'ex- trémité de distribution de cette trémie est établie de façon à être fermée par des vannes coulissantes 36 . Ces vannes peuvent être commandées par un mécanisme à crémail- lères et pignon 38 et une chaîne de commande convention- nelle 40 . Normalement, dans le fonctionnement suivant le procédé, les vannes 36 sont maintenues en position complètement ouverte pour permettre l'alimentation et la distribution du charbon par toute la section de la cornue.
.Plusieurs jeux de tubes d'échappement 42 sont placés dans les parties supérieures de la cornue, Ges jeux de tu- bes sont représentés comme étant reliés, par des collec- teurs appropriés 44 et un conduit 46, à un condenseur 48 dans lequel les parties condensables des éléments volatils du charbon peuvent être séparées des gaz fixes .
Un bouchon d'huile 50 est prévu à l'extrémité de dé- chargement de la cornue , Au-dessous du niveau superficiel normal de l'huile est disposé un transporteur ou fond de déchargement 52 constitué par plusieurs arbres 54 compor- tant une série de lames transporteuses 56 montées sur ces arbres suivant un pas tel qu'elles tendent à amener les particules carbonisées de l'extrémité inférieure de la co- lonne descendante à l'extrémité de la cornue jusqu'à un transporteur de déchargement ordinaire , Les arbres 54 et les lames 56 portées par eux sont représentés comme étant montés dans des gouttières 60 disposées longitudinalement, Le transporteur de déchargement 58 comprend de préférence deux arbres 54 et leurs lames 56, montés dans des gouttiè-
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res 60,
le tout étant disposé perpendiculairement au fond de déchargement sous celui-ci et de préférence entre les' extrémités de ce fond , D'autres dispositions de ces élé- ments peuvent être réalisées rationnellement sans toucher à l'invention .
Le transporteur de déchargement déverse la matière dans un réservoir 61, d'où elle peut être enlevée par un transporteur sans fin ou autre transporteur approprié 62 et amenée à l'appareil qui peut être nécessaire pour ef- fectuer un traitement subséquent désiré ,
Les gaz partiellement refroidis peuvent être remis en circulation au moyen du conduit de retour 70 qui est raccordé au conduit de sortie 72 . ce tuyau débouche dans le collecteur 74, qui comporte des branchements 75 . Un robinet et un Souffleur 78 donnent le moyen'de régler la vitesse d'écoulement de ces gaz chauds .
Des registres de dérivation 80 sont placés dans les parois 22, pour détourner les gaz chauds dans les carneaux de dérivation 82ménagés entre ces parois 22 et les parois 84 . Ces gaz peuvent être conduits au canal de sortie 72 par les orifices de sortie 86 et de là à la cheminée (non représentée) ou ramenés par le conduit 70 à la chambre 30 des brûleurs et remis en circulation .
Des portes de nettoyage 88 permettent l'enlèvement des particules de cendre et de poussière de la chambre 82.
La trémie 34 est, de préférence, de capacité suffi- sante pour permettre d'y accumuler suffisamment de char- bon pour maintenir une vitesse constante de distribution de charbon pendant un temps considérable, soit suffisant pour un fonctionnement de 24 heures . La trémie 34 est de
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préférence fermée à sà partie supérieure pour exclure l'air et elle est remplie pendant des périodes durant lesquel- les les vannes 36 sont fermées, ce qui empêche l'introduc- tion de quantités importantes d'air avec la charge ; au- trement on peut employer un distributeur continuellement fermé à l'air , Dans la figure 4, on a représenté plus ou moins schématiquement un distributeur automatique fermé à l'air 90 auquel le charbon est amené au moyen d'un trans- porteur convenable 92 .
Ce distributeur comprend un élé- ment tournant 94, pourvu de poches 96 dans ses cotés oppo- sés et de parties intermédiaires 98 établies pour s'ajus- ter étroitement avec les parois incurvées de façon analo- gue du conduit d'admission de la trémie 34 .
Dans le fonc- tionnement du distributeur 90, on fait tourner l'élément 94 soit continuellement, soit par intermittence , Quand une des poches 96 arrive dans la position la plus haute et se place en regard de l'orifice 100, du charbon ou au- tre matière carbonée traité est distribué dans la poche , soit par un transporteur à godet 92, soit par un autre dis- positif approprié, L'élément 94 en tournant transporte la matière et lui permet de tomber dans la trémie 34, pendant que la poche opposée 96 est amenée dans la position ré- ceptrice .
Suivant la présente invention, la trémie 34 est main- tenue remplie dans une mesure suffisante pour maintenir une pression constante dur la matière, en la faisant des- cendre aussi rapidement que la matière résiduelle est re- tirée , Les vannes 36 sont ouvertes complètement pendant le fonctionnement normal de l'appareil, de façon que la distribution du charbon dans la cornue soit suffisamment
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uniforme sur toute la section de cette cornue .
Lorsque le charbon finement divisé descend dans la cornue, sa température est élevée progressivement et graduellement jusqu'à un point où les parties distilla- bles se dégagent . Ces parties distillables sont évacuées à peu près aussi rapidement qu'elles se dégagent par les tubes de sortie 42. La vitesse d'alimentation de la matiè- re et la vitesse de transfert de la chaleur à cette matiè- re sont de préférence réglées de façon qu'à peu près tou- tes les parties distillables soient enlevées dans la zone comprise entre la seconde rangée de tubes et la, rangée inférieure .
Si on désire diminuer encore les possibilités que des quantités nuisibles d'air soient introduites dans la cornue, le jeu supérieur de tubes 42 peut être employé pour retirer l'air qui autrement serait tiré dans la zone de chauffage avec les particules de charbon qui descendent.
Si on procède ainsi, ces tubes, au lieu d'être reliés avec le condens@teur, sont reliés avec un aspirateur ou appa- reil équivalent ,
Dans le cas où le charbon pulvérise tend à former . des voûtes ou ponts en travers de l'extrémité de décharge- ment de la trémie 34 et, en conséquence, ne descend pas facilement, on prévoit des trois à ringuard 102 en des points convenables dans les parois de la trémie
Après que la distillation du contenu volatil du char- bon et la carbonisation du résidu sont complètes, la ma- tière résiduelle finement divisée semblable à du coke et les impuretés sous forme de cendre descendent graduelle- ment dans le bain d'huile placé sous la cornue .
L'effet
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immédiat est de refroidir la matière genre coke et de transférer la chaleur de cette matière et des particules de cendre à l'uile. Il en résulte que l'huile est por- tée à une température où ses constituants les plus vo- latils se volatilisent . Ces constituants vaporisés s'é- lèvent dans la cornue , où il rencontrent la masse des- vendante de coke chaud , Il en résulte que lesvapeurs d'huile sont dissociées par cracking quand elles passent à travers le coke et que les produits vaporeux et gazeux finaux de la réaction de cracking peuvent être recueillis par les tubes de sortie 42 et séparés par condensation fractionnelle en parties appropriées pour les diverses utilisations commerciales, tels que combustible pour mot teur, huile combustible ,
etc....
En plus du simple effet d'ébullition ou volatilisa- tion, l'huile qui se trouve dans la partie inférieure de la cornue est partiellement dissociée par cracking par le coke chaud qui descend. @insi, on peut constater qu'un effet important de l'immersion de coke chaud dans un bain d'huile est de soumettre l'huile à un cracking à la fois dans la phase liquide et dans la phase où elle est sous forme de vapeur et de donner un rendement important des produits à bas point d'ébullition analogues à l'essence de grande valeur commerciale .
Outre les effets mentionnés dans ce qui précède de l'emploi d'huile en ce point de l'appareil, on voit que l'huile forme à la partie inférieure de l'appareil un bou- chon efficace qui empêche la perte des gaz formés pendant le fonctionnement et exclut en même temps L'air atmosphéri- que du fond de la cornue, en évitant ainsi la combustion
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et l'oxydation nuisible du charbon dévola,tilisé ou des produits gazeux retirés de ce charbon .
Le coke ou demi-coke cède une grande partie de sa chaleur à, l'huile en descendant à travers le bouchon d'huile et il en résulte le cracking et la votilisation de cette huile, puis ce coke ou demi-coke est enfin en- levé ensemble avec les parties plus lourdes non disso- ciées et non volatiles de l'huile mélangées avec ce coke ou demi-coke, au moyen des vis décrites précédemment, puis il est déposé dans le réservoir et extrait de là par le transporteur 62, qui le décharge dans tout type d'appareil nécessaire pour effectuer uneopération dé- sirée quelconque .Ainsi il peut être transformé en bri- quettes et cuit ou soumis à un autre traitement .
De l'huile fraîche est pompée à une vitesse suffisante pour maintenir un niveau d'huile constant dans la partie for- mant ouchon d'huile et dans le réservoir . De préféren- ce, l'huile fraîche est introduite directement dans l'ex- trémité inférieure' de la cornue comme par exemple par le tuyau 104 .
Le cracking des parties d'huile volatilisées par contact avec les tubes chauffés 18 tend naturellement à former un revêtement de carbone qui, bien entendu, empê- rait la transmission de la chaleur . Mais il est rené- dié à cette tendance par le courant descendant de parti- cules do charbon qui reçurent les tubes en les maintenant bropres. Le carbone est ensuite entraîné vers le bas par le charbon débarrassé de ses parties volatiles ou bien il peut être réellement fixé au charbon débarrassé de ses parties volatiles parce que le cracking a lieu également
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sur la surface du charbon ou coke .
Les avantages d'une semblable opération de récurage sont évidents .
Les parties légères produites par l'ébullition et le cracking de 1'huile peuvent être, en fonctionnement normal suivant le procédé, enlevées par le groupe infé- rieur des tuyaux d'évacuation 42 , Par le fait que, copine la il a été indiqué précédemment, la vitesse de/distribution et du chauffage du charbon est de préférence telle que tous les produits volatils sont .enlevés avant que ce grou- pe inférieur de tuyaux soit atteint, il est tout à fait facile, si on le désire, de recueillir les produits prove- nant du, cracking de l'huile séparément des parties gazéi- fiées provenant du charbon, par une disposition appropriée (non représentée) de canalisation de dérivation et de va- leurs ,
On peut ensuite soumettre chacun des produits re- cueillis à un traitement préféré quelconque, tel que la- vage, condensation de parties plus lourdes, récupération d'essence, etc..... Les gaz fixes peuvent être retirés et conduits à tous types de brûleurs à ga,, .
Bien qu'on ait décrit quelque peu en détail un type d'appareil dans lequel l'invention peut être mise en appli- cation, celle-ci n'est pas-limitée à cet appareil parti- culier. On peut évidemment employer d'autres dispositifs pour chauffer le charbon sans affecter l'invention ; c'est ainsi notamment qu'on pourrait changer le dispositif d'é- vacuation des résidus et qu'on pourrait apporter diverses autres modifications .