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PROCEDE ET DISPOSITIF POUR L'OBTENTION DE COMBUSTIBLES LIQUIDES NON DETONANTS POUR MOTEURS ET D'HUILES A POUVOIR CALORIFIQUE ELEVE, RENFERMANT DU CARBONE A L'ETAT FINEMENT DIVISE, A PARTIR DES PETROLES ET DE COMBUSTIBLES SOLIDES A FORTE TENEUR EN
CONSTITUANTS VOLATILS
La présente invention concerne un procédé et un dispo- sitif pour l'obtention de combustibles, résistant au cognement, pour moteurs, et d'huiles à pouvoir calorifique élevé avec une forte teneur en carbone finement divisé, à partir de combustibles liquides, comme le pétrole, l'huile de goudron, le gas oïl,le fuel oïl, l'huile de schiste et analogues, ainsi que de combus- tibles solides, à teneur élevée en hydrocarbures bitumineux vo- latils, comme le charbon pour gaz, le charbon flambant, le oannel-coal, le lignite et analogues.
Le procédé est réalisé en incorporant le charbon fine- ment pulvérisé au combustible liquide, et en ohauffant éventuel-
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lement le mélange dans un appareil agitateur qui, dans ce but, peut 'être pourvu d'une double paroi chauffante; on obtient une émulsion charbon-huile. L'émulsion provenant de l'appareil agita- teur est ensuite chauffée, sous une pression qui varie suivant les conditions du travail, à une température déterminée, puis conduite à un séparateur en même temps qu'elle subit une détente partielle.
Il s'ensuit que les constituants les plus facilement volatils du combustible liquide et du combustible solide s'éva- cuent par distillation et gagnent un dispositif de rectification et de fractionnement où ils sont séparés en diverses fractions.
Les constituants qui n'ont pas distillé dans le sépara- teur sont préalablement conduits à travers une colonne de distil- lation et de réaction RT, dans un convertisseur, où, dans une at- mosphère contenant de l'hydrogène et dans des conditions détermi- nées de pression et de température, se déroule un processus de dissociation et de synthèse sélectives, de sorte qu'une nouvelle quantité de composants difficilement volatils est transformée en constituants facilement volatils et qu'il reste une huile rési- duelle à forte teneur en carbone finement divisé, qui peut être brûlée dans des foyers quelconques comme combustible de haute va- leur et de pouvoir calorifique élevé.
Par rapport à la distillation à basse température des charbons bitumineux, le procédé suivant l'invention présente l'avantage que les hydrocarbures bitumineux passent en solution dans l'huile servant de véhicule, au cours du chauffage sous pres- sion, de sorte qu'ils sont protégés contre la décomposition pyro- génée, qui a pour suite, dans les procédés usuels de distillation à basse température, une diminution du rendement en combustibles légers pour moteurs, et une augmentation corrélative des gaz per- manents, des phénols et homologues, ainsi que du brai.
Le rendement du procédé est encore acrê du fait que l'émulsion est un meilleur conducteur de la chaleur que le char- bon solide, de sorte que .le procédé peut être réalisé à des
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températures plus basses et plus rapidement que ce n'est le cas pour les procédés usuels de distillation à basse température.
De plus, les températures auxquelles les hydrocarbures bitumineux du charbon se vaporisent sont plus basses que dans le procédé usuel de distillation à basse température, par suite de la forte tension de dissolution des hydrocarbures bitumineux par rapport à l'huile solvant-véhicule et de la tension de vapeur accrue des hydrocarbures de l'huile solvant.
En même temps que la décomposition et la dissolution des bitumes du charbon s'effectuent dans l'huile véhicule, les particules de charbon subissenttun effritement profond, de sorte qu'elles atteignent dans l'huile résiduelle la forme colloïdale, ce qui fait qu'on produit une huile combustible homogène et stable, qui pourrait être désignée sous le nom de "Carbonol".
Ce produit contient environ 50% d'huile résiduelle de faible viscosité et 50 % de carbone à l'état de division colloïda- le. Il peut être considéré comme un anoblissement de l'huile et du charbon. Comme toutefois, il pst plus lourd que l'eau et qu'il n'est ni soluble dans l'eau, ni miscible avec elle, il peut être entreposé sous l'eau, pour éviter tout danger d'incendie. On ex- clut ainsi la formation de mélanges gazeux explosifs pendant le séjour en tas.
Pour le chauffage, le produit est aussi facile à pul- vériser que les huiles combustibles utilisées aujourd'hui. Sa com- bustion se produit absolument sans fumée, contrairement à ce qui a lieu pour la combustion des huiles usuelles. Il donne une flamme éclairante et courte, ce qui favorise la transmission de chaleur par rayonnement, recherchée de plus en plus dans les exploitations modernes. Ses bonnes propriétés comme combustible donnent aussi la faculté de le brûler avec un faible excès d'air, ce qui augmen- te le rendement des foyers. Enfin, toutes choses égales d'ailleurs, la quantité de vapeur ou d'énergie nécessaire pour la pulvérisation est plus faible que lors de l'emploi des huiles combustibles or- dinaires.
A côté de cette huile combustible de haute valeur il
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se produit un combustible pour moteur, très résistant au cogne- ment, résultait de la liaison des hydrocarbures bitumineux (très résistants au cognement) du charbon avec les hydrocarbures (moins résistants au cognement) de la distillation directe de l'huile véhicule et les hydrocarbures (résistants au cognement) du cracking de l'huile véhicule, cracking qui est un processus de dissociation et de synthèse, se déroulant dans des conditions particulières.
Ce combustible pour moteurs, très résistant au cogne- ment, est nommé "Bituminol" daas ce qui va suivre et il est clas- sé, selon sa manière d'être et ses possibilités d'emploi, en di- verses fractions Bituminol I, II et III.
Le Bituminol I peut trouver son application pour les moteurs d'avions, le Bituminol II, pour les moteurs ordinaires, et, le Bituminol III pour les moteurs Diesel.
Ces Bituminols sont des produits de haute valeur résul- tant de l'anoblissement des charbons et des pétroles et 'qui, dans le même champ d'ébullition, présentent une stabilité plus grande au stockage, en ce qui concerne les pertes et le gommage, et per- mettent au moteur un démarrage et des reprises faciles.
Comme ils sont par eux-mêmes très résistants au cogne- ment, ils peuvent, par mélange avec des carburants non résistants au cognement, transformer ceux-ci en carburants résistant au co- gnement, avec un indice d'octane suffisamment élevé.
D'après leur procédé de fabrication, ils consistent en des dérivés de la distillation des composants facilement volatils de l'huile véhicule, en dérivés moins facilement volatils des bi- tumes du charbon qui présentent la tension de dissolution maximum par rapport à l'huile véhicule, en produits du cracking des compo- sants lourds de l'huile véhicule et des hydrocarburs bitumineux dissous dans l'huile véhicule, et en produits du cracking des bitumes du charbon insolubles dans l'huile véhicule, qui dérivent directement du charbon.ou qui sont le résultat des échanges entre la phase gazeuse à l'état d'instabilité moléculaire et la phase huile combustible résiduaire dans le convertisseur.
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Selon les spécifications qui peuvent être imposées à l'huile combustible Carbonol et aux Bituminols, on peut régler la nature des matières premières et la réalisation du procédé, de sorte qu'on est à même d'obtenir dans chaque cas les produits finaux possédant les propriétés souhaitées.
Un exemple d'exécution de l'objet de l'invention est représenté par les fig. 1 à 3.
La fig. 1 montre le schéma d'ensemble d'uns installation pour la réalisation du procédé objet de l'invention, partiellement en élévation et partiellement en coupe.
La fig. 2 est une coupe, suivant II-II de la fig. 1.
La,fig. 3 est une coupe longitudinale d'une autre forme d'exécution du corps de chauffe.
Comme il ressort de la fig. 1, le mélange d'huile et de charbon, à un état de division correspondant au tamis ? 50 à 150, préparé, le cas échéant, dans un malaxeur chauffé et entreposé dans un récipient non représenté, arrive par la conduite.± à la pompe CF qui l'envoie par la conduite cl dans l'échangeur thermique HE dont il enveloppe les tubes.On a prévu des robinets, 21, 22, 23 pour. la mise en circuit ou hors circuit de l'échangeur HE.
De l'échangeur HE, le mélange arrive alors, par les con- 2 duites c2 et a , dans la chambre I du corps de chauffe CH qu'il tra- verse à une vitesse élevée, se trouvant dans le champ de la tur- bulence.
Le corps de chauffe consiste' en trois tubes concentri- ques, dont le tube interne 1 sert de conduit de départ des gaz, que les gaz brûlés parcourent dans la direction de la flèche r2. pour quitter l'installation par le carneau SF et la cheminée ST. Le tu- be 2 est soudé à sa base avec la plaque s1. tandis que son extré- mité est ouverte. Le tube 3 forme avec le tube 1 à. son extremité supérieure une chambre u, tandis qu'il est soudé à la plaque s3 à sa base.
Il s'ensuit que le mélange de charbon et d'huile, après avoir quitté la chambre I, s'élève d'abord dans l'espace
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annulaire 1-2, à contrecourant des gaz brûlés s'écoulant dans la direction de la flèche r . Il change de direction dans la chambre supérieure u et descend alors DUSQU'à la chambre inférieure 0, à contrecourant des gaz s'écoulant en tourbillon et en hélice, dans la direction de la flèche r12.
L'enveloppe cylindrique S, la plaque de base s2 et la plaque plafond s3 soutiennent le massif de maçonnerie CS, que tra- verse l'élément chauffant. Avec la plaque s1, elles forment la chambre d'entrée I et la chambre de sortie 0 pour le mélange de charbon et d'huile, chambres qui sont pourvues de trous d'homme m1 et m2 pour le nettoyage.
La chambre de chauffeDO, pourvue d'un brûleur à huile
FB, est disposée tangentiellement au corpsde chauffe ch. Il s'en- suit que les gaz s'élèvent en tourbillon et en hélice dans l'espa- ce annulaire 3-4, ce qui correspond à une bonne utilisation de la chaleur. L'utilisation de la chaleur et le chauffage régulier sont encore favorisés parole fait que le mélange charbon-huile est, lui aussi, introduit tangentiellement dans la chambre I par la conduite c3. Si l'on prévoit encore des hélices soudées dans les espaces annulaires 1-2 et 2-3 (fig.3), le mélange charbon-huile parcourt aussi l'élément chauffant en hélice, de bas en haut et inversement. Par ces artifices, on évite un chauffage irrégulier qui pourrait conduire à des décompositions.
Les dépôts de coke sont également évités ainsi et l'on s'est même aperçu que les particules de charbon provoquaient une sorte d'effet de récurage, 'de sorte qu'elles polissent les surfaces comme de l'émeri.
La séparation de la phase gaz-vapeur n'est pas possible dans ces conditions à l'intérieur du corps de chauffe. Toute sur- chauffe de cette phase est par le fait même exclue et l'on obtient une transmission de chaleur multiple de celle qui est en question dans les corps de chauffe usuels.
Le corps de chauffe CH peut être constitué et disposé suivant la fig. 1 ou, comme le montre la fig. 3, constitué sous la forme d'un corps de chauffé séparé, indépendant. Dans ce dernier
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cas, on enfile sur le corps de chauffe CH une enveloppe C1H1. constituée, comme le corps CH, de trois enveloppes 1', 2', 3'.
On a constitué également, à l'aide de tôles intermédi- aires, exactement comme dans le corps de chauffe CH, deux chambres, à savoir; une chambre d'entrée I' et une chambre de sortie 0'.
Dans ce réchauffeur préalable, le travail s'effectue comme suit : le mélange charbon-huile arrive d'abord dans la chambre inféri- eure I et de celle-ci, par le corps de chauffe CH, passe de la manière décrite dans la chambre de sortie 0, puis arrive, par une conduite de raccordement, dans la chambre d'entrée I' et, de là, dans l'élément chauffant C'H', qu'il quitte par la chambre de sor- tieO'.
Dans ce cas, l'élément chauffant CH de la fig. 1 peut servir de surchauffeur pour la phase gaz fixes réintroduite, pour chauffer celle-ci avant son entrée dans le convertisseur par la conduite rg3. à la température d'instabilité moléculaire, de sorte que le surchauffeur à chauffage direct RH (fig.l) peut être sup- primé ou servir comme réserve'. LE surchauffeur RH pourrait cepen- dant, comme on le comprendra facilement, brûler s'il était chauffé avant qu'il n'y ait suffisamment de gaz fixes. Il doit par suite travailler comme surchauffeur de vapeur jusqu'à cet instant.
La chambre de combustion DO déjà mentionnée sert pour la production des gaz chauds, par lesquels la température du mé- lange charbon-huile, réchauffé en HE, est portée, dans le corps de chauffe CH, à 315-375 C, selon la nature du mélange et des pro- duits à obtenir.
Comme il ressort de la fig. 1, le réchauffeur HE est alimenté en huile résiduelle chaude provenant du convertisseur.
Cette huile arrive dans la cuvette à résidu 6, à la base du conver- tisseur, puis, par la conduite 12, dans le séparateur Sp et, de là, par la conduite 13, à la pompe RP, d'où elle est refoulée dans les tubes du réchauffeur, qu'elle quitte par la conduite 14'.Pour régler le débit de ce réchauffeur, on a prévu des robinets 15- 16-17 et 20.
La chambre de combustion DO est équipée d'un écran à
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claire-voie Ch, grâce auquel on obtient une combustion complète.
Le matériau CS d'une part et les enveloppes réfractaires 26-27, d'autre part, constituent un revêtement à double paroi avec espa- ce annulaire 25, par lequel l'air entrant en CA s'écoule pour la refroidissement du matériau réfractaire, après quoi il pénètre, réchauffé, par une ouverture prévue dans la façade de la chambre de combustion.
Le mélange charbon-huile, chauffé sous pression dans les réchauffeurs HE et Cî5, jusqu'à la température nécessaire de dissolution, quitte le corps de chauffe CH par la conduite c4 Et, après détente partielle à l'aide d'une soupape dé détente non représentée, arrive tangentiellement dans le séparateur D. qui est intercalé à mi-hauteur d'une colonne inférieure de distilla- tion et de réaction RT et d'une colonne supérieure rectificatri- ce R1T1. à déphlegmateur D1.
Dans le diviseur D, le mélange est partiellement détendu et la phase vapeur est séparée de la phase huile-charbon, par l'effet du choc et de la force centrifuge. , La première s'élève alors dans les tours R1T1 et D1. où les cons- tituants les moins facilement volatils se séparent tandis que les fraction les plus facilement volatiles arrivent par la conduite V2. dans le dispositif de rectification et de fractionnement MRT D2. pour être fractionnées en trois produits finis.
Le mélange huile-charbon, séparé de la phase vapeur dans le séparateur D, et les fractions qui refluent des tours R1, T1 et D1. s'écoulent au contraire sous forme finement divisée, sur les cloches coniques, à bord dentelé n1-N9. à contrecourant des gaz chauds et des vapeurs provenant du convertisseur TST et pénètrant à la base de la tour de réaction RT, par la conduite V1. De cette façon, les hydrocarbures bitumineux volatils conte- nus dans l'huile véhicule et dissous dans celle-ci, 'se volatili- sent et distillent, de sorte qu'une phase vapeur-composée de di- vers hydrocarbures, arrive dans le déphlegmateur où sont conden- sés les hydrocarbures lourds qu'on ne désire pas recueillir et qui retournent à l'état liquide au.convertisseur TST, par les tours
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R1T1 et RT, le séparateur RS, la conduite t1 et le distributeur d.
Dans le convertisseur, le mélange liquide s'écoule sur les diverses cuvettes annulaires 1 1120, soudées à l'enveloppe chauffante centrale 4, laquelle s'assemble à bride avec l'enve- loppe extérieure d'acier 7. De son côté, celle-ci porte à son sommet un couvercle 8, avec le distributeur d également assemblé à brides.
Ces cuvettes sont remplies de bains métalliques à point de fusion constamment croissant, sur lesquels, comme déjà décrit dans la demande de brevet en Allemagne C 40.989, se déroule un pro- cessus de dissociation et de synthèse sélectives, aussi bien dans la phase vapeur se trouvant sur la surface métallique que dans la phase liquide, lors de l'écoulement du liquide sur les parois la- térales obliques des cuvette@. Par l'effet de ce processus, qui s'accomplit dans une atmosphère contenant de l'hydrogène sous une pression réglable et à une température qui augmente vers le bas, de cuvette en cuvette les hydrocarbures lourds de l'huile véhicule et les hydrocarbures lourds, absorbés et dissous,
des bitumes du charbon sont transformés en hydrocarbures plus volatils et à fai- ble poids moléculaire d'un carburant pour moteurs qui se distingue par une grande résistance au cognement. La résistance au cognement des hydrocarbures et bitumes du charbon, déjà forte en elle-même, à cause du rapport carbone-hydrogène élevé, est encore multipliée par ce processus de dissociation et de synthèse sélectives de l'ensemble du complexe huileux.
Du convertisseur, dont la température est réglée par un thermostat T , contrôlant le brûleur FB, les gaz et les vapeurs s'élèvent à contrecourant à travers le liquide qui reflue dans les tours RT, R1T1 et D1,ET dans la mesure où ils sont volatils à la température régnant en D1 (laquelle peut varier suivant le cas et qui est exactement réglée par un thermostat T2. contrôlant la circulation d'eau dans le déphllgmateur) ils passent dans la colonne de rectification et de fractionnement MRT avec un déplllg- mateur D2, qui,est équipé de thermostats réglant le refroidisses
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ment par l'eau. là, ils sont séparés par exemple en trois fractions de volatilité différente: une légère, une moyenne et une lourde.
La fraction légère (Bituminol I), qui convient particu- lièrement pour les moteurs d'avion, quitte le déphllgmsteur D2 à l'état de vapeur et arrive alors, par la conduite V3 dans le réfri- gérant FC où elle est condensée, tandis que les gaz permanents for- més pendant le ,cracking, sont séparés dans le séparateur de gaz GS et quittent l'installation par le robinet de réglage rv,lequel est réglé selon la pression de travail voulue dans l'installation.
Du réfrigérant FC, le Bituminol I arrive par la conduite m1. pour- vue d'un robinet e1. dans le réservoir collecteur A1, qui est pourvu d'un tube de niveau l et d'un manomètre d1, puis, de là, par une soupape o1 qui le détend à la pression atmosphérique, et la conduite r1, dans le réservoir principal.
La fraction moyenne (Bituminol II), destinée aux moteurs ordinaires, arrive par le faux fond d'extraction E de la colonne de rectification et de fractionnement MRT, dans le distributeur SD et de là, par la conduite m2. munie de robinets b2. e2h2, h4. dans le refroidisseur DC, puis dans le réservoir collecteur A2, avec tube de niveau g2 et manomètre 2 2, réservoir d'où elle s'é- coule par la soupape à flotteur o2.à l'état détendu, dans le ré- servoir principal, par la conduite r2,
La fraction lourde (Bituminol III) convenant pour les moteurs Diesel, s'écoule au contraire du fond de la colonne de fractionnement MRT par la conduite pourvue des robinets b1 h1 h3et E3,dans le refroidisseur DC, et s'écoule de là dans le réservoir collecteur a3, avec tube de niveau 1 et manomètre P3, d'où elle gagne, par la soupape à flotteur o3,
à l'état détendu, la condui- te r3 et de là, le réservoir principal.
Les gaz, atteignant le refroidisseur final FC, s'écou- lent par le séparateur de gaz GS et la conduite rg, dans le com- presseur RC, d'où. le gaz en excès est comprimé, en passant par le robinet de réglage,!.!, dans un réservoir collecteur non représenté, d'où, après avoir été purifié par passage sur du charbon actif ou,
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analogue, il peut être conduit à un gazomètre ou à l'utilisation.
L'autre partie du gaz est refoulée, par la conduite rg3 du compresseur RC dans un surchauffeur re, où elle est portée à une température d'instabilité moléuulaire et éventuellement jusqu'à décomposition PARTIELLE.a la sortie du surchauffeur, elle arrive par la conduite RG3 et le répartiteur 10, dans le bassin à résidu 6 et, de là, dans le convertisseur TST. Comme la tubulure d'entrée de gaz est soudée tangentiellement au bassin, le gaz entrant dans le résidu liquide communique à celui-ci un mouvement giratoire, jusqu'à ce qu'il s'échappe lui-même en tourbillon dans l'espace annulaire du convertisseur,, qu'il parcourt en hélice de bas en haut et où il réalise, avec la phase charbon-huile à l'état d'instabilité molécu- laire, un regroupement synthétique.
Comme, selon la nature des ma- tières premières et les propriétés attendues des produits finaux, la pression dans le convertisseur doit 'être variable, le gaz péné- tre dans le convertisseur à une pression différente suivant le cas et qui est réglée par le robinet rv,
Comme déjà.mentionné, le surchauffeur CH, qui permet un travail continu, peut être utilisé comme réchauffeur de gaz, au moins tant qu'il s'agit d'un chauffage des gaz à la température d'instabilité moléculaire. Si, au contraire, on cherche à atteindre une élévation de température jusque dans le champ de décomposition moléculaire profonde, avec séparation de carbone, le surchauffeur RH à chauffage direct est à préférer. On utilise alors deux sur- chauffeurs, dont l'un est en service tandis que l'autre s'échauffe.
Ces surchauffeurs peuvent être garnis d'un remplissage à claire- voie, en briques réfractaires, d'après le système connu pour les réchauffeurs d'air soufflé dans la technique des hauts-fourneaux.
Au moyen des gaz chauds qui résultent de la combustion de gaz ou d'huile, et qui s'échappent par la cheminée st, après avoir quitté le surchauffeur, on porte d'abord celui-ci au rouge, après quoi il est hermétiquement fermé et l'on y refoule le gaz à l'aide du compresseur RC. Quand la température du matériau réfrac- taire n'est plus assez élevée, on met de nouveau en service le
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second surchauffeur, de sorte que la période de chauffage commence, après quoi ce jeu se répète indéfiniment.
Le gaz surchauffe-pénétré, comme déjà décrit, dans le bassin à résidu 6 et dans le convertisseur où se produit une divi- sion complémentaire, stabilisante, à l'état colloïdal, du carbone ou du charbon dans l'huile résiduaire, où un cracking complémen- taire peut être provoqué et où les réactions synthétiques de re- groupement se produisent.
L'huile restante, accumulée dans le bassin à résidu 6, et qui contient, en chiffres ronds, 50 % en poids de carbone à l'é- tat de division colloïdale, s'écoule alors comme Carbonol, produit fini, par la conduite 13, vers la pompe RP qui refoule par les ro- binets 20 et 15 dans le réchauffeur HE, où le mélange brut est ré- chauffé. De là, elle s'écoule dans un réservoir collecteur (non re- présenté) par le robinet 16 et la conduite 14.
Si toutefois l'huile résiduaire arrivant à la pompe RP ne répond pas aux spécifications auxquelles elle devrait satisfai- re, elle est ramenée, par la conduite 18, le robinet 29, la condui- te c4 et la tour de réaction RT, dans le convertisseur TST et le bassin 6, pour être alors évacuée, à l'état de produit fini répon- dant aux conditions exigées, par la conduite 14, c:e qui peut être obtenu d'une façon continue ou discontinue, par un réglage appro- prié des robinets 19 et 20.
Comme il est à peine besoin de le faire remarquer, le procédé suivant l'invention n'est en aucune façon restreint au traitement des matières premières précitées.
De même, sa réalisation n'est pas liée au/dispositif décrit et représenté.
En particulier, la teneur en cendres des combustibles, qui, dans certains cas, peut être élevée, ne s'oppose pas à la mise en oeuvre du procédé. On s'est au contraire aperçu que, dans certaines conditions, les cendres peuvent jouer le r6le de cataly- seur accélérant la transformation. Si toutefois la présence des cendres n'est pas jugée désirable, on peut toujours les séparer
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avec facilité, Si le mélange conoentré huile-oendres séparé est ,traité par l'eau, les cendres passent en suspension dans l'e,au, de sorte qu'elles peuvent être éliminées aveo l'eau, tandis que l'hui- le purifiée reste,et'retourne au dispositif. En même temps, il se forme un produit résiduaire huile-charbon (Carbonol) qui peut être obtenu à partir d'un charbon riche en cendres par ce procédé de pu- rification.
Au moyen des robinets d'extraction e1 e2. e3. on peut remettre en circulation les Bituminols, en totalité ou en partie, d'une façon continue, en vue du réglage de l'équilibre, ou d'une façon discontinue, en vue du reconditionnement, à travers les . siphons de tetour t2,t3, t4.par RS et t1,particulièrement s'ils ne correspondaient pas aux conditions exigées, exactement comme le Carbonol peut 'être remis en circulation au moyen de la pompe RP.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.