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Procédé et dispositifs pour la transformation de charbons, de goudrons, d'huiles minérales et de matières analogues.
Pour le traitement de charbons, de goudrons, d'huiles minérales et de leurs produits de distillation et de trans- formation, par l'hydrogène à chaud et sous' pression, pour la production de produits liquides de grande valeur, on a dé- jà proposé de réchauffer séparément les matières de départ, c'est-à-dire l'hydrogène d'une part et les matières à traiter d'autre part, avant de les introduire dans le récipient de réaction; ce procède peut toute.Cois donner lieu à des incon- vénients divers, notamment quand on traite des produits de la 1
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nature du charbon, dus par exemple au surchauffage local, provoquant des dépôts de charbon et empêchant ainsi la trans- mission de la chaleur de la paroi métallique à la matière à traiter.
Or on a trouvé que l'on peut transformer à chaud, sans les inconvénients mentionnés, le cas échéant par l'hy- drogène sous .pression, les charbons, éventuellement délayés avec de l'huile, les goudrons,les huiles minérales et les matières analogues, en faisant diminuer peu à peu, par des moyens et des mesures particulière, l'apport d'énergie et la chaleur absorbée par les matières de départ, jusqu'à ce qu'ils aient atteint la température de réaction. Le mieux est de régler l'apport d'énergie de manière à éviter une différence de température supérieure à 200'C entre les parois du récipient et la matière à traiter, quand la température de cette dernière approche de la température de réaction, par exemple de 450-500 C.
La température de l'agent de chauf- fage (par exemple des gaz de foyer) peut être considérable- ment supérieure à la température de réaction, si l'on prend soin de ne pas dépasser la différence de température mention- née, en réglant par exemple la rapidité du courant des subs- tances entrant en réaction.
Pour régler l'apport d'énergie et la chaleur absorbée de la manière indiquée plus haut, on peut prendre par exemple les mesures suivantes: Quand on emploie des gaz de chauffage sous pression ordinaire et quand on réchauffe préalablement les matières à traiter dans des tubes qui sont en communication directe avec le récipient de réaction, où les matières sont soumises par exemple à l'hydrogénation sous pression ou au cracking, on dirige les gaz de chauffage par exemple de manière à exposer d'abord @
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les matières à réchauffer à l'action des gaz les plus chauds dont on puisse disposer.
On peut aussi régler de ma- nière appropriée la rapidité du courant des gaz de chauffage, de manière que la transmission de chaleur, immédiatement après l'entrée des matières à réchauffer dans le réchauffeur, soit plus grande que plus tard, quand les matières présen- tes sont déjà fortement réchauffées. On peut arriver à ce résultat en disposant par exemple les tubes de réchauffage d'une manière déterminée, et en dirigeant de manière appro- priée les gaz de chauffage, qui peuvent circuler entièrement ou en partie dans le même sens que la matière à réchauffer, la rapidité du courant des gaz de chauffage étant proportion- nelle à la diminution progressive désirée de la chaleur absorbée par le produit.
D'autre part on peut aussi munir les tubes réchauffeurs de dispositifs réglant de la manière voulue la transmission de la chaleur du gaz de chauffage à la paroi. On peut attein- dre ce résultat par exemple en munissant les tubes d'ailet- tes dont la surface active diminue peu à peu jusqu'à la par- tie où la quantité de chaleur absorbée ne doit plus être que minime. Ou bien, on peut encore ajouter aux substances à réchauffer, à différents endroits du serpentin réchauffeur, de l'hydrogène chauffé à une température quelconque, mais toujours supérieure à celle du produit qui se trouve à l'en- droit où est introduit l'hydrogène. A mesure que la tempéra- ture du produit augmente, on peut faire diminuer la diffé- rence de température entre 1-'hydrogène et le produit à ré- chauffer.
On peut aussi régler par l'électricité la diminu- tion de l'apport d'énergie et de la quantité de chaleur @
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absorbée par les matières à réchauffer. On charge alors chaque tube ou récipient de réchauffage d'une quantité d'é- nergie électrique correspondant à la diminution progressi- ve voulue de la chaleur absorbée par la matière à traiter, et produisant la différence de température à maintenir entre les parois du tube et les matières de départ.
Pour arriver à ce résultat, on fournit aux tubes de chauffage, placés vers l'entrée des produits, une quantité d'énergie de beaucoup supérieure à celle que reçoivent les tubes où circule le produit, réchauffé approximativement à la tempé- rature de réaction; ceci peut être effectué par exemple par une disposition appropriée du bobinage ou par le choix judicieux de la section des fils de chauffage parcourus par le courant. En employant l'énergie électrique, oh a le grand avantage de pouvoir placer le système réchauffeur dans le four de réaction même. Dans ce cas, il n'y a pas de pertes d'énergie par rayonnement, et la totalité de l'énergie élec- trique peut être transformée intégralement en chaleur de ré- sistance.
En outre, si l'on opère sous pression, on n'a pas besoin d'employer un matériel de construction particulière- ment résistant à la pression pour les récipients ou les tu- bes de chauffage, car alors, - contrairement au procédé de réchauffage par les gaz sous pression ordinaire -, on peut aussi maintenir sous pression la chambre extérieure, de façon qu'il n'y ait pas de différence de pression entre la chambre intérieure et la chambre extérieure. On dispose alors le système réchauffeur soit sur la paroi intérieure, soit au centre de la chambre de réaction sous pression, ce qui le rend facilement interchangeable.
Quand on réchauffe sous pression les substances
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carbonées, par exemple en vue de l'hydrogénation sous pres- sion subséquente, en introduisant déjà l'hydrogène en même temps que les matières à traiter dans le réchauffeur, il faut que le matériel de construction des parties des appa- reils, dans lesquelles les substances entrant en réaction sont soumises au traitement thermique, soit résistant à la pres- sion élevée et à l'attaque par les gaz contenant de l'hy- drogène et )par les composés du soufre. Il est alors parti- culièrement avantageux de construire ou de recouvrir d'un acier spécial, ayant une teneur en chrome d'environ 5% ou plus, les parties des appareils qui sont soumises aux températures élevées. En outre ce matériel de construction est relativement insensible aux variations éventuelles de la température.
Les dessins ci-joints feront mieux comprendre les détails du présent procédé.
Dans la figure 1, a représente la maçonnerie d'une chambre de chauffe, séparée en deux parties par la plaque c, construite en matière -réfractaire. La partie supérieure b, servant de chambre de combustion, contient les conduites d'amenée de gaz combustible et d'air, tandis que la:partie inférieure d contient le serpentin de réchauffage; voie aussi la coupe transversale, représentée par la figure 2. On introduit par h, sous 200 atm. de pression, les matières à traiter, par exemple un mélange de goudron de carbonisation à basse température du lignite avec de l'hydrogène, dans le serpentin de chauffage. Dans ce serpentin, les substances circulent dans le même sens que le gaz de chauffage, c'est à dire de haut en bas à travers la chambre de chauffe.
Les gaz de chauffage, d'une température d'environ 650 C, entrent d'abord en contact avec la partie du serpentin qui est tra-
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versée par le courant de substances froides. Puis ils sont aspirés par .0. au moyen d'un ventilateur et réin- troduits par g dans la chambre de combustion; on peut lais- ser s'échapper par f l'excès de gaz. Grâce à ce dispositif, la différence entre la température des parois du serpentin et celle des substances descendant dans le serpentin, impor- tante à sa partie supérieure va, en diminuant dans la direc- tion du courant, jusqu'à ce qu'elle soit inférieure à 20 C.
A'l'extrémité inférieure du serpentin, les substances à traiter ont une température d'environ 500 C. Les substances sortent du serpentin par i et se dirigent ensuite dans un four à réaction qui y est relié directement. Les ailettes dont le serpentin est muni, et dont le nombre par unité , de longueur diminue continuellement vers le bas, favorisent en outre la diminution graduelle de la quantité de chaleur absorbée par les substances. En outre on peut régler la transmission de la chaleur en modifiant la rapidité du cou- rant des gaz de chauffage.
La figure 3 représente un serpentin réchauffeur chauffé électriquement, avec les deux prises de courant k et 1. Le réchauffage des substances à une température d'en- viron 500 C s'effectue . en plusieurs phases, la première phase à l'extrémité supérieure du serpentin, comportant l'apport de la quantité de chaleur maximum, la dernière pha- se, à l'extrémité inférieure du serpentin., comportant l'ap- port de la quantité de chaleur minimum par le courant élec- trique. On règle l'apport de chaleur de manière que dans la première phase, la différence entre la température des parois du tube et celle des substances dans le serpentin soit approximativement égale à 100 C, et dans les dernières pha-
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ses égale à environ 15 à 20 C.
On peut arriver à chauffer chaque partie du serpentin à la température voulue, par exemple en chauffant chacune de ses parties au moyen d'ap- pareils électriques réglables (résistances de chauffage), séparés les uns des autres,ou bien en n'employant qu'un seul de ces appareils, mais dont la puissance de chauffage dimi- nue graduellement de haut en bas.