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Preczde et installation pour le traitement à chau sous pression, dans l'huile, de suspensions de charbons.
La présente invention concerne un procède et des installations 'pour soumettre des suspensions de charbons bitumineux finement pulvérisés à un traitement à chaud et sous pression, dans des huiles d'hydrocarbures,ce traitement étant accompagné d'UN broyage et d'une pulverisatiom mécaniques ou à soumettre ces suspensioms à une. distil- lation à basse température.
Le nouveau procédé et les installations ainsi que les appareils servant à sa réalisation se distinguent des, procédés et installa- tions connues principalement en ce qu'ils permettent d'extraire . de ces suspensions de charbons dans l'huile des produits de grande valeur, tels que des combustibles colloïdaux,des hydrocarbures à faible point d'ébullition, du coke de haute qualité et ce d'une ffcon simple,plus directe et plus conomique qu'avec les procédés connus.
A titre d'exemple,pour la réalisation du procédé faisant l'ob- jet de la présente invention, du charbon bitumineux préalablement pulvérisé, de façon à passer dans les mailles d'un tamis de 150 à 200, est suspendu dans de l'huile brute,de l'huile de chauffage ou dans d'autres huiles d'hydrocarbures,portées à une ébullition élevée et chauffées par exemple sous une pression de plus de 20 atmosphères jusqu'à environ 4500 C.
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Par ce traitement les éléments bitumineux de la ma- tière traitée subissent une transformation entre 270 et 400 C; cette transformation produit des gaz et des vapeurs. En même temps la viscosité de la masse augmente mais elle diminue de nouveau- dès que la température augmente encore et tombe finalement à un point inférieur à celui de la viscosité de la matière finale, c'est- à-dire des suspensions dans l'huile de charbons fermes.
Pendant la réalisation du procéda de la présente inven& tion la suspension est émulsionnée de temps à autre, les produits bitumineux sont ainsi dissouts dans l'huile et les pores et canaux , les plus fins de la masse de charbons restante se remplissent d'huile à la place du bitume. Il en résulte une masse tendre qui se laisse facilement pulvériser et qui, lorsqu'elle est suffisant ment traitée, se trouve être dans l'état finement divisé d'une solution colloïdale de charbon dans de l'huile.
L'on peut ainsi amener dans un état colloïdal, d'une . façon relativement simple et sans grands frais des combustibles bi- tumineux et notamment du charbon bitumineux, ce qui, par la voie mécanique seule, n'est pas réalisable.
Un point particulièrement important pour la réalisation du nouveau procédé réside dans ce que le traitement mécanique de la suspension de charbons dans l'huile, se fait simultanément avec une transformation progressive, par suite du traitement à chaud, sous pression, d'abord pour obtenir une émulsion très intime de la matière charbon avec l'huile et ensuite pour réaliser une débitu- minisation aussi complète que possible du reste de la masse de charbon et immédiatement après son broyage jusqu'à la finesse col- loïdale.
D'après un mode de réalisation du présent procédé, la solution du bitume dans l'huile qui renferme donc aussi la masse de charbon colloïdale, peut être soumise, dans la dernière phase de chauffage d'environ 400 à 450 C à une dissociation modérée, ac- compagnée d'un broyage continu.
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Pendant ce traitement se produisent des réactions mo- léculaires non déterminées jusqu'à présent et une migration (échange d'hydrogène) entre l'huile et l'hydrogène carburé da charbon.
Dans le dessin annexé:
Fig,l- représente le schéma d'installation d'une fabrique pour la Réalisation du nouveau procédé en vue de l'obtention de combus- tibles colloïdaux et d'hydrogène carburé à bas point d'ébullition au moyen de suspensions de charbons dans l'huile.
Fig.2- représente à l'échelle agrandie, une coupe transversale partielle d'un récipient de chauffage de l'installation.
Fig.3- montre le Schéma légèrement modifié par rapport à la fig.l d'une installation de dissociation sous pression permettant d'obtenir avec ces suspensions de charbons dans l4huile, en dehors , des huiles et benzines, du coke de grande valeuro
Les appareils qui ne font pas partie de l'objet de l'invention pour le traitement des suspensions de charbons dans lhuile d'en- viron 50 a 60% de teneur en charbons, ne sont pas reproduits dans les figures 1 et 3 du dessin.
L'installation représentée aux figures 1 et 2 travaille par . exemple comme suit:
Une pompe 2 à hute pression, envoie la suspension de charbon- huile du tank à provisions 1 par les tuyaux 3 et 4, le serpentin 4a à travers l'échangeur de chaleur 5 et la conduite tubulaire 6, par le bas, dans le premier cylindre chauffant 7a dans lequel cette suspension est portée à une température d'environ 100 C par de la chaleur amenée de l'extérieur dans des tirages 8a de la maçonnerie 8, tirages chauffés de préférence avec des gaz d'échap- pement, Dans chacun des réservoirs cylindriques chauffant 7 est monté un cylindre intérieur 9 réduisant l'espace intérieur utile du cylindre creux chauffant 7 à un espace annulaire 10 plus étroit.
Ainsi qu'il est montré à la figure 2 par une coupe transver- sale partielle, des plaques de séparation flexibles 11, sont montres
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chaque fois par six, par exemple, tagentiellement sur la périphérie du cylindre intérieur 9 ; ces plaques sont de même longueur et parlt- lèles au cylindre et divisent l'espace annulaire 10 en six compar- timents dans lesquels certaines quantités partielles du mélange de charbons et d'huile sont enfermées et séparées des autres.
Les cylindres intérieurs 9 sont mis en rotation par les axes 12, et la matière se trouvant dans les divers compartiments des espaces annulaires 10, entre les plaques de séparation 11, est alors entraînée à la même vitesse que ces cylindres. Les plaques Il présentent en coupe transversale, la forme d'un sabot monté libre- ment sur l'extrémité libre et dont la lame en acier 13 (fig.2) faisant ressort le pousse fortement contre la paroi intérieure de l'autoclave fixe 7 qui est chauffé.
L'extrémité inférieure des réservoirs intérieurs 9 est montée dans un coussinet 14, de telle façon que lorsqu'ils tournent rapidement, il se produit à leur circonférence une friction par pression, sous l'influence de laquelle certaines parties de la ma- tière entraînée sont amenées par les bords libres des plaques 11 dans l'espace annulaire 10 en passant devant ces plaques de pres- sien et de séparation.
Les éléments de charbon qui s'amelissent dans la suspension. sont alors émulsionnés en même temps avec l'huile et finement broyas et pulvérisés.
- un coude 15 relie la partie supérieure du récipient chauffé 7 avec la partie supérieure de l'un des cylindres creux voisin 16, non chauffé. Les liquides, vapeurs et gz qui s'accumulent dans le haut des récipients 7 passent alors dans ces récipients 16 non chauffés dans lesquels se fait la séparation des gaz et vapeurs. Les récipients 16 possèdent un flotteur 17 relié à une soupape automatique 18 pour l'échappement des gaz. Ce flotteur règle la hauteur du liquide dans le récipient 16 non chauffé. Lorsque 1a formation de gaz augmente et que le liquide est comprimé en dessous de 1q hquteur normale, le flotteur 17 ouvre la soupape 18 permettant ainsi aux gaz et vapeurs de passer par le conduit tubu- laire dans un réservoir à expansion 20.
Dès que le flotteur 17
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monte poussé par le liquide montant dans le récipient 16, l'échap- pement de gaz est fermé par la soupape 18.
Les six paires de cylindres représentées travaillent mécaniquement de la même façon.
La matière entre par la base du premier récipient chauf- fant 7a pour pénétrer dans son récipient diviseur 16 en passant par 1-e coude tubulaire 15 ; ce cylindre diviseur 16 le liquide est poussé dansle tuyau inférieur 21 et dans le récipient chauffant voisin 7b pour passer de là de la même façon dans les récipients 7c, 7d, 7e, 7f jusqu'à ce qu'il arrive dans le diviseur 16, d'où il passe par un conduit tubulaire 22 dans un broyeur à expansion de la chambre d'expansion 20. Le broyeur d'expansion possède par exem- ple deux plaques 23-24 superposées et polies, en acier spécial. La plaque supérieure 24 est mise en rotation par un arbre 25, un poids 26 monté sur cet arbre pressant cette plaque supérieure contre la plaque inférieure fixe 23.
Cet agencement de plaques à pression sert à maintenir et à régler la pression exercée par la pompe 12 dans toute la tuyauterie. Quant à la transmission de la chaleur par des cylin- dres chauffants 7a à 7f, la marche de l'installation est contrôlée de telle façon que le maximum de cette transmission a lieu dans le cylindre 7a et le minimum dans le récipient 7f, dans la proportion inverse aux températures des parois chauffantes. La chute de la température dans la chambre d'expansion 20 est une conséquence de 1a diminution de pression dans le broyeur à expansion 23-24-25 où la température tombe de 450 à environ 260 C.
Tous les hydrocarbures
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' oOtr'burea qui vaporisent en dessous de cette température sont distil- lés en pwssa;t par la conduite tubulaire dans la colonne de dis- les passant par conduite tubulaire dans colonne dis- filiation partielle 28. La benzine passant par le tuyau 29 est re- cueillie dans le condensateur 30 puis évacuée par le tuyau 31 et libérée dans le diviseur 32 où s'effectue 1a séparation en eau et gax. Le combustible vraiment colloïdal qui en résulte se dépose au fond de la chambre d'expansion 20 et s'écoule par un raccord tubu- laire 33 en forme d'U, l'échangeur de chaleur 5 et 1a conduite 54 dans le tank collecteur non représenté.
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L'installation représentée schématiquementà la fig.
3 est plus particulièrement prévue pour récupérer du coke de valeur des'suspensions de charbons et d'huile, en dehors des huiles et benzines précieuses.
Tout comme l'installation montrée à la figure 1, celle de la figure 3 comporte plusieurs tubes ou cylindres verticaux chauf- fants dans lesquels la suspension de charbons et huile est successi- vement introduite sous une pression d'au moins 20 atmosphères.
Chacun de ces tubes peut être chauffé et réglé sé- parément et exactement à la température voulue, indépendamment des autres tubes ou cylindres chauffés, et ce pendant toute la durée du fonctionnement.
Les tubes ou cylindres chauffés sont construits et équipés exactement comme ceux de 10- figure 1, de sorte que la coupe transversale partielle de la figure 2 correspond à la coupe transver- sale partielle des cylindres chauffés 7a à 7f de l'installation re- présentée à la figure 3.
La suspension de charbons et huile préparées en de- hors de l'installation fig. 3 et qui doit être traitée dans celle-ci est amenée d'un tank non représenté, à l'aide d'une pompe 2 à haute pression, par les conduites 3 et 4, le serpentin tubulaire 4a, en trac versant un échangeur de chaleur 5 et une tubulure 6, par la base,au premier des six cylindres chauffés7, c'est-à-dire au cylindre 7a, chacun de ces six cylindres entourés d'une maçonnerie commune 8 étant équlpé d'une installation de chauffage spéciale réglable et contrôàa- ble, non représentée sur le dessin. Enfin chacun d'eux est entouré sur la plus grande partie de sa longueur d'un tirage 8a.
Le fonctionnement mécanique de ces six paires de cy- lindres est identique à celui décrit pour les figures 1 et 2. La matière entre par la base dans le premier cylindre chauffé 7a, passe par le coude tubulaire 15 dans le réservoir diviseur 16, de ce cy- lindre le liquide s'écoule par le bas]. par un tube 21 dans le réci- pient chauffé voisin 7b et est ensuite poussé de la même façon en 7c- 7e- et 7 f pour arriver finalement au dernier récipient diviseur.
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Pour la réalisation rationnelle du procéda de distillation à basse température et sous pression, au moyen de l'installation représentéee schématiquement dans la fig.3,installation qui com- porta six cylindres chauffés, la suspension de charbons et huile amenée dans les deux premiers par la pompe, sera portée par ceux - ci pourvus d'un chauffage réglable et contrôlable, à une tempéra- ture d'environ 300 , elle sera portée à environ 428 C dans les deux cylindres suivants 7c et 7d et à environ 4500 C dans les deux derniers 7e et 7f.
Les deux premiers cylindres servent donc au préchauffage et à l'elimination de l'eau,les deux suivants à l'émnl- sion des matières bitumineuses amollies ou tendres et, les deux'der- niers à la réduction de la pression des hydrocarbures bitumineux. Il en résulte une solubilité pratique de l'huile de 100%. Il ta de soi qu'avec les deux derniers cylindres'chauffants, une dissociati- on des'hydrocarbures bitumineux peut être obtenue également à urne moindre élévation de température.
De ce dernier cylindre chauffant, c'est à dire du dernier tube diviseur 16 une tubulure 22 équipée d'une soupape automa- tique 22a pour la réduction de la pression, conduit à la cuve chauffée 20a, d'où les vapeurs d'hydrocarbures s'échappent,par un tube 27a dans la colonne de distillation partielle 28 d'où la benzine passe par un tube 29 dans un condensateur 30 et de celui-
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1à*-% ci par un tube 31 dans le diviseur 32 où. elle est libérée de .F1'eau et du gaz, De ce diviseur 32 dont le sommet eat raccorde Bar tuyau 32a tuyau des ga colons un tuyau 52a au tuyau d'évacuation 28a des gaz. de la colonne de distillation 28, la benzine est soutirée par un tuyau 32b et l'eau par un tuyau 32a.
Par son expansion la solution de charbon et huile communique à la cuve 20a qui peut être chauffée à une température d'environ 300 C. Est portant celle-ei à environ 330 C l'huile s'éva- pore jusqu'à cette températues et il reste finalement dans la cuve une solution concontrée de charbon et huile qui,à la chaleur, a une liquidité épaisse. Cette solution, est amenée de la cuve par un gunnk 20b alternativement dans des réservoirs ou des poches 35 prévus en
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nombre approprié et chauffée pour "$tre distillée en vue de la récupération du coke.
Ce coke est retiré de ces réservoirs ou poches 35 à intervalles ou d'une façon continue de la manière connue. Le tuyau d'écoulement inférieur 28b de la colonne de distillation 28 peut être mis en communication par des soupapes 36a et 36b et les tuyaux 33a et 38b soit avec l'échangeur de chaleur 5 équipé à sa partie inférieure d'un tuyau d'écoulement 34 ou avec un tank collec- teur. Un tuyau 5a relie les retortes à coke 35 au dit échangeur de chaleur 5.
La qualité des huiles et.benzines obtenues avec l'instal- lation décrite et représentée aux figures 2 et 3 est de beaucoup supérieure à celle réalisée avec les procédés connus, le rendement est également de beaucoup plus élevé et atteint même un multiple, tandis que le coke obtenu avec l'installation représentée aux fi- gures 2 et 3 est également d'une qualité exceptionnelle, constitue un excellent combustible, ne dégageant pas de fumée et convenant pour les applications les plus diverses.
Les huiles récupérées du charbon sont employées avan- tageusement en partie tout auoins à la préparation des suspensions de charbons et huile à traiter dans les installations décrites d'après le nouveau procédé.
REVENDICATIONS.