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"Procédé et appareil pour la fabrication d'essences hydrocarbures à partir de charbon".
L'invention concerne un procédé nouveau'pour distiller les hydrocarbures volatils contenus dans le charbon et formés d'un mélange de composé's paraffinés, dont les propriétés physiques se rapprochent de celles de la benzine pour véhicules.
Ce procédé permet également de récupérer une série d'autres constituants du charbon,'notamment le coke, le goudron, les huiles lubrifiantes, phénols et résines, et ce à titre de sous- produi ts.
En résumé, le procédé selon l'invention consiste es- sentiellement à opérer la distillation à basse température de la hauille, dans des conditions de température et de traitement à la vapeur qui réalisent une séparation du goudron et d'un gaz riche en hydrocarbures volatils. Par absorption sélective, c'est-à-dire par une condensation des hydrocarbures aux caractéristiques recher-
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chées sur du charbon activé et une distillation subséquente par la vapeur pour l'épuisement des couches de charbon accumulatrices, on récupère les hydrocarbures en cause, qui sont finalement refroidis et condensés.
Dans le schéma figure 1 est montré le processus de la distillation et de l'absorption permettant de séparer les hydrocar- bures liquéfiables des autres constituants du charbon traité.
Le charbon est distillé en couche mince à une tempéra- ture de l'ordre de 450 C, avec agitation continue des particules en contact avec la paroi de la cornue et injection de vapeur d'eau pour entraîner les gaz et sous-produits provenant de la distillation.
A cet effet on peut par exemple utiliser une installa- tion selon le schéma annexé, figure 2, dans laquelle la cornue C, chauffée par une rampe de gaz R, contient le charbon H à distiller.
La cornue C tourne autour d'un axe creux A, à raison de 3-5 t/min par la commande d'un moteur M et un réducteur de vitesse V. Les particules de charbon sont de la sorte constamment mélangées, et les morceaux en contact avec la paroi de la cornue n'ont pas le temps de se surchauffer en modifiant le processus de la distilla- tion. De plus, les vapeurs de goudron et le gaz brut ne doivent plus traverser une couche de combustible.
Un pyromètre P introduit dans l'axe creux permet le contrôle de la température de distillation.
La vapeur est injectée par E dans l'axe creux A et se mélange, en les entraînant, avec les produits gazeux de la distilla- tion. Ces produits sont évacués en B, pour aboutir dans une cham- bre de dépôt D. La vapeur et les produits peu volatils sont conden- sés par leur passage dans le serpentin réfrigérant S et recueilli-s dans une chambre G (eau, goudron brut). Les gaz saturés d'hydrocar- par bures volatils partent vers les absorbeurs/F.
Par suite du mode de distillation, le goudron est exempt de naphtaline et d'anthracène, mais contient des paraffines.
La composition de ce'.goudron, relative à deux types de charbon, peut être ramenée à ce qui suit:
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Sous-produits.
Composition des goudrons extraits par distillation,du charbon à la température basse.
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<tb>
<tb>
Goudron <SEP> du <SEP> Goudron <SEP> du <SEP> charbon
<tb> charbon <SEP> riche <SEP> inflammable
<tb> Huile <SEP> à <SEP> haute <SEP> viscosité <SEP> 15.2 <SEP> 10.0
<tb> (lubrifiants)
<tb> Paraffines <SEP> 0. <SEP> 4 <SEP> 1.0
<tb> Paraffines
<tb> Huiles <SEP> non <SEP> visqueuses <SEP> 33.5 <SEP> ,15.0
<tb> Phénols <SEP> 14.0 <SEP> ,50.0
<tb> Résine <SEP> 4.2 <SEP> 1. <SEP> 0
<tb> Goudron <SEP> résiduel <SEP> 19. <SEP> 2 <SEP> ' <SEP> 6.0 <SEP>
<tb> Pertes <SEP> et <SEP> eau <SEP> 13.5 <SEP> 17.0
<tb> Total <SEP> 100.0 <SEP> 100.0
<tb>
La distillation du charbon, libérant les hydrocarbures recherchés, est effectuée en 1-2 heures.
A titre d'indication, après la séparation des phénols, ces goudrons peuvent se décomposer par l'action de"la vapeur sur- chauffée, avec le rendement en poids indique. Les huiles renseignées comme non-visqueuses possèdent les caractéristiques du pétrole et contiennent des hydrocarbures non-satures et des oiéfines à formule CnH2n.
Le coke produit peut être utilise à des fins diverses.
Les gaz recueillis ont un grand pouvoir calorifique de l'ordre de 9000 cal/m3. Leur importance varie de 40 à 50 litres par Kg de charbon selon la teneur du charbon. 0*'est grâce à l'emploi de la vapeur et au mode distillatoire proposé qu'on peut disposer de ces hydrocarbures légers. Ces gaz ne contiennent pas de benzol.
Cette valeur calorifique élevée est due à la présen- ce de 70% de Méthane, Ethane, propane et hydrocarbures lourds.
Par la méthode de distillation ordinaire, on ne par- vient pas à éliminer ou à séparer les hydrocarbures légers. Le nouveau procédé décrit ci-après, dénommé "Absorption sélective", permet d'accomplir cette opération:
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Un premier dispositif d'absorption sert à absorber continuellement le gaz ; undeuxième sert à distiller, et un troi- sième à refroidir.
Le gaz passe à travers un lit de charbon de bois active, jusqu'à ce que celui-ci ait absorbé sa quantité de gazo- line.
Le charbon de bois retiendra environ de 10 à 20% de son poids de gazoline avant que celle-ci puisse s'échapper.
Dans ces appareils d'absorption, le charbon de bois activé, ou dur, du silicagel, ferro-gel ou autres produits similai- res, est dammé sur des cribles, permettant ainsi le libre passage aux gaz.
Le gaz fuyant est conduit, par un jeu de valves ap- proprié à un autre appareil d'absorption, et la vapeur saturée est introduite dans le premier lit de charbon de bois activé, afin de chasser la gazoline.
Les vapeurs de la gazoline et de l'eau sont conden- sées dans les condensateurs refroidis à l'eau courante, et l'eau se trouvant melangée à la gazoline est drainée ou séparée de la gazoline.
Le gaz résiduel dont la gazoline est éliminée, passe ensuite à travers le lit de charbon de bois activé, lequel a été antérieurement traité par la vapeur afin de le refroidir et le préparer ainsi pour une autre opération.
Le mécanisme ou le fonctionnement de l'absorption des gaz par le charbon de bois activé produit séparement trois phénomènes: 1 ) la formation d'une couche moléculaire de gaz absorbé à la sur- face des pores; 2 ) la formation d'une autre couche de profondeurs variables pro- venant de l'attraction de la matière solide et de la vapeur; 3 ) absorption due à l'attraction capillaire.
Ces effets sont accumulatifs.
Le premier phénomène se présente lorsque la pression
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partielle de la vapeur dans le mélange de gaz est pratiquement à zéro.
Le second se produit lorsque la première condition est satisfaite.
Le troisième est dû à la condensation capillaire et se présente ou'se produit lorsque la seconde couche est formée.
Le cours de 1''absorption dépend entièrement de la différence qui existe dans la pression de vapeur, de la vapeur ab- sorbée dans les espaces capillaires du charbon de bois, et de la pression en particulier de la vapeur se'trouvant dans le gaz.
En premier lieu, lorsque cette, différence est très grande, le cours de l'absorption est rapide, pour ralentir à sa fin, jusqu'à ce que finalement, le solide se sature avec la vapeur dont la pression devient alors la même que celle de la pression se trouvant dans la vapeur du gaz.
L'absorption cesse et ne continue plus. Le gaz est @ essentiellement composé d'un mélange d'hydrocarbures paraffinés.
Le premier est le méthane qui est le moins absorbé par le charbon de bois.11 se présente en grande quantité dans le soi-disant gaz naturel "sec" et dans la plupart des gaz "humides".
L'élément suivant est "l'éthane". Il est plus facile- ment absorbé par le charbon de bois que le méthane, le propane encore plus aisément que l'éthane et ainsi de suite.
Le gaz dont on doit extraire la gazoline, vient premièrement en contact avec le charbon de bois activé, et une partie seulement en est absorbée.
Quoique les constituants de la gazoline sont plus aisément absorbés, ils n'y sont point suffisamment présents pour satisfaire l'affinité absorbante du charbon de bois activé et de ce fait, certaine autres constituants sont absorbés'.
Gomme le gaz passe à travers le lit de charbon de bois situé du côté de la sortie de l'appareil d'absorption, tout le charbon de bois est de la sorte saturé.
Le gaz continue à arriver, les constituants de la ga-
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zoline seront de plus en plus absorbés; au fur et à mesure, ils déplacent les constituants légers et indésirables du gaz, jusqu'à ce que finalement tous les constituants de la gazoline, lesquels peuvent être retenus, sont condensés dans les pores du charbon de bois activé. Ce dernier est saturé, et le gaz est conduit dans un autre appareil d'absorption frais où l'opération est répétée.
Ce traitement des constituants de la gazoline par déplacement des constituants légers est dénommé "l'absorption sélective".
Le charbon de bois activé recueille et absorbe plus facilement les gaz de la gazoline par ce procédé, que la gazoline ordinaire produite par d'autres procédés, pour la simple raison qu'il contient moins de matières volatiles.
Après la saturation par le charbon de bois activé avec la vapeur de la gazoline, elle est prête à la distillation.
La vapeur est introduite dans l'appareil d'absorption en contact direct avec le charbon de bois. La vapeur est introduite à une températurr de 100 à 105 degrés C, servant simplement à chauffer le charbon de bois et permettant ainsi d'évacuer la gazoline.
Lorsque l'entièreté de la gazoline n'a pas été évacuée, on augmentera la température d'au moins 200 degrés C, pour la porter ainsi, pour cette opération, à 300 degrés C.
A la fin de la période de distillation, le charbon de bois contiendra une petite quantité de gazoline et de vapeur
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f'C//!I'u"¯ /" rx./ d'eau, XÛKN3S laquelle est refroidie par le gaz résiduel provenant 13 d'un autre appareil d'absorption frais.
Le gaz résiduel évacue la plus grande partie de l'eau et une petite quantité de gazoline résiduelle ; de ce fait, le charbon de bois n'a pas la même capacité d'absorption pour la gazoline, que dans toutes les absorptions subséquentes.
Pour cette raison, une quantité additionnelle de charbon de bois est nécessaire si toute la quantité de gazoline doit être expulséeà chaque, distillation; mais cette opération deviendrait trop onéreuse
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Le rendement du procédé en essence est d'environ 225 litres par tonne de charbon traitée.
La moitié droite du schéma figure 2 montre une installation simple pour réaliser l'absorption et la: distillation des vapeurs d'essence contenues dans le gaz sortant de F.
Le gaz est conduit dans l'absorbeur H, contenant des couches de charbon activé capables .de retenir les constituants hydrocarbures recherchés, comme expliqué ci-dessus.
Lorsque ce charbon est saturé de gazoline, on ferme la valve I et on ouvre la valve J admettant ainsi la vapeur vive provenant de la chaudière K. Les gaz condensés dans le charbon sont distillés par la vapeur et sont condensés de nouveau dans l'absorbeur H", de construction identique à H', en passant par la valve L. La valve N étant fermée et M ouvert, et la vapeur admise en 0, on fait distiller l'essence condensée dans H" en déchargeant le mélange vapeur, d'eau-vapeur de carburant dans un séparateurdécanteur Z. Le gaz carburant est ensuite conduit dans le condensateur Q, ayant la même construction qu'un des absorbeurs H' ou H".
La vapeur vive peut également être admise dans ce condensateur Q, pour distiller les hydrocarbures condenses et pour les chasser par un filtre de rectification et de là au compresseur W qui refoule la gazoline produite dans les tanks T.
C'est au moyen de la conduite de vapeur X que le condensateur Q est alimenté pendant la période de décharge du carburant. En ce qui concerne le filtre de rectification U, il est essentiellement constitué par une colonne de terre à dégraisser à travers laquelle passe le carburant gazéifié, un purgeur d'eau étant prévu à sa base.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Method and apparatus for the manufacture of hydrocarbon gasoline from coal".
The invention relates to a novel process for distilling volatile hydrocarbons contained in coal and formed from a mixture of waxed compounds, the physical properties of which approximate those of benzine for vehicles.
This process also makes it possible to recover a series of other constituents of coal, in particular coke, tar, lubricating oils, phenols and resins, as by-products.
In summary, the process according to the invention consists essentially in carrying out the low temperature distillation of the scum, under temperature and steam treatment conditions which separate the tar and a gas rich in volatile hydrocarbons. . By selective absorption, that is to say by condensation of hydrocarbons with the desired characteristics.
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When treated on activated carbon and subsequent steam distillation to deplete the accumulating carbon layers, the hydrocarbons involved are recovered, which are finally cooled and condensed.
In figure 1 is shown the process of distillation and absorption to separate the liquefiable hydrocarbons from the other constituents of the treated coal.
The carbon is distilled in a thin layer at a temperature of the order of 450 ° C., with continuous agitation of the particles in contact with the retort wall and the injection of water vapor to entrain the gases and by-products from the retort. distillation.
For this purpose, it is possible, for example, to use an installation according to the appended diagram, FIG. 2, in which the retort C, heated by a gas train R, contains the carbon H to be distilled.
The retort C rotates around a hollow axis A, at a rate of 3-5 rpm by the control of a motor M and a speed reducer V. The carbon particles are thus constantly mixed, and the pieces in contact with the retort wall do not have time to overheat modifying the process of the distillation. In addition, tar vapors and raw gas no longer have to pass through a layer of fuel.
A pyrometer P introduced in the hollow shaft allows the control of the distillation temperature.
The steam is injected through E into the hollow axis A and mixes, entraining them, with the gaseous products of the distillation. These products are evacuated in B, to end up in a deposit chamber D. The vapor and low volatility products are condensed as they pass through the refrigerant coil S and collected in a chamber G (water, raw tar ). Volatile hydrocarbon saturated gases go to the absorbers / F.
As a result of the method of distillation, the tar is free from mothballs and anthracene, but contains paraffins.
The composition of this tar, relating to two types of coal, can be reduced to the following:
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By-products.
Composition of tars extracted by distillation, coal at low temperature.
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<tb>
<tb>
Tar <SEP> from <SEP> Tar <SEP> from <SEP> coal
<tb> charcoal <SEP> rich <SEP> flammable
<tb> Oil <SEP> to <SEP> high <SEP> viscosity <SEP> 15.2 <SEP> 10.0
<tb> (lubricants)
<tb> Paraffins <SEP> 0. <SEP> 4 <SEP> 1.0
<tb> Paraffins
<tb> Oils <SEP> not <SEP> viscous <SEP> 33.5 <SEP>, 15.0
<tb> Phenols <SEP> 14.0 <SEP>, 50.0
<tb> Resin <SEP> 4.2 <SEP> 1. <SEP> 0
<tb> Tar <SEP> residual <SEP> 19. <SEP> 2 <SEP> '<SEP> 6.0 <SEP>
<tb> Losses <SEP> and <SEP> water <SEP> 13.5 <SEP> 17.0
<tb> Total <SEP> 100.0 <SEP> 100.0
<tb>
The distillation of the coal, releasing the desired hydrocarbons, is carried out in 1-2 hours.
As an indication, after the separation of the phenols, these tars can decompose by the action of the superheated vapor, with the yield by weight indicated. The oils indicated as non-viscous have the characteristics of petroleum and contain unsaturated hydrocarbons and olefins with the formula CnH2n.
The coke produced can be used for a variety of purposes.
The gases collected have a high calorific value of the order of 9000 cal / m3. Their importance varies from 40 to 50 liters per kg of coal depending on the content of the coal. 0 * 'is thanks to the use of steam and to the proposed distillation mode that it is possible to dispose of these light hydrocarbons. These gases do not contain benzol.
This high calorific value is due to the presence of 70% of methane, ethane, propane and heavy hydrocarbons.
By the ordinary distillation method, it is not possible to remove or separate the light hydrocarbons. The new process described below, called "Selective absorption", makes it possible to accomplish this operation:
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A first absorption device serves to continuously absorb the gas; a second is used to distill, and a third to cool.
The gas passes through a bed of active charcoal, until this has absorbed its quantity of gasoline.
The charcoal will retain about 10-20% of its weight as gasoline before it can escape.
In these absorbers, activated charcoal, or hard charcoal, silica gel, ferro-gel or other similar products is dammed on screens, thus allowing the free passage of the gases.
The escaping gas is led, through a set of valves suitable for another absorption apparatus, and the saturated vapor is introduced into the first bed of activated charcoal, in order to expel the gasoline.
The vapors of the gasoline and water are condensed in the condensers cooled with running water, and the water which is mixed with the gasoline is drained or separated from the gasoline.
The residual gas, from which the gasoline is removed, then passes through the bed of activated charcoal, which has been previously treated with steam in order to cool it and thus prepare it for another operation.
The mechanism or functioning of gas absorption by activated charcoal produces three separate phenomena: 1) the formation of a molecular layer of gas absorbed at the surface of the pores; 2) the formation of another layer of varying depths due to the attraction of solid matter and vapor; 3) absorption due to capillary attraction.
These effects are accumulative.
The first phenomenon occurs when the pressure
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partial vapor in the gas mixture is practically zero.
The second occurs when the first condition is satisfied.
The third is due to capillary condensation and occurs or occurs when the second layer is formed.
The course of the absorption depends entirely on the difference which exists in the vapor pressure, on the vapor absorbed in the capillary spaces of the charcoal, and on the pressure in particular of the vapor in the gas. .
In the first place, when this difference is very large, the course of the absorption is rapid, to slow down at its end, until finally, the solid becomes saturated with the vapor, the pressure of which then becomes the same as that. of the pressure in the vapor of the gas.
The absorption ceases and does not continue. The gas is essentially composed of a mixture of waxed hydrocarbons.
The first is methane which is absorbed the least by charcoal.11 is found in large quantities in so-called "dry" natural gas and in most "wet" gases.
The next item is "ethane". It is more readily absorbed by charcoal than methane, propane even more readily than ethane and so on.
The gas from which the gasoline is to be extracted first comes into contact with the activated charcoal, and only part of it is absorbed.
Although the constituents of gasoline are more readily absorbed, they are not sufficiently present there to satisfy the absorbent affinity of the activated charcoal and therefore some other constituents are absorbed.
As the gas passes through the bed of charcoal on the outlet side of the absorber, all of the charcoal is thus saturated.
The gas continues to arrive, the constituents of the gas
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zoline will be absorbed more and more; over time, they displace the light and unwanted constituents of the gas, until finally all of the constituents of the gasoline, which can be retained, are condensed in the pores of the activated charcoal. The latter is saturated, and the gas is conducted into another fresh absorption apparatus where the operation is repeated.
This treatment of the constituents of gasoline by displacement of the light constituents is called "selective absorption".
Activated charcoal collects and absorbs gasoline gases more easily by this process, than regular gasoline produced by other processes, for the simple reason that it contains less volatile matter.
After saturation by activated charcoal with gasoline vapor, it is ready for distillation.
The vapor is introduced into the absorption apparatus in direct contact with the charcoal. The steam is introduced at a temperature of 100 to 105 degrees C, serving simply to heat the charcoal and thus allow the gasoline to be evacuated.
When all of the gasoline has not been evacuated, the temperature will be increased by at least 200 degrees C, thus bringing it, for this operation, to 300 degrees C.
At the end of the distillation period, the charcoal will contain a small amount of gasoline and steam
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f'C //! I'u "¯ /" rx./ of water, XOKN3S which is cooled by the residual gas from another fresh absorber.
The residual gas removes most of the water and a small amount of residual gasoline; therefore, charcoal does not have the same absorption capacity for gasoline as in all subsequent absorptions.
For this reason, an additional quantity of charcoal is necessary if the whole quantity of gasoline is to be expelled at each distillation; but this operation would become too expensive
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The gasoline process yield is approximately 225 liters per ton of coal processed.
The right half of the diagram in figure 2 shows a simple installation to achieve the absorption and distillation of the gasoline vapors contained in the gas leaving F.
The gas is conducted into the absorber H, containing layers of activated carbon capable of retaining the desired hydrocarbon constituents, as explained above.
When this charcoal is saturated with gasoline, valve I is closed and valve J is opened, thus admitting the live steam coming from the boiler K. The gases condensed in the charcoal are distilled by the steam and are condensed again in the absorber H ", of identical construction to H ', passing through the valve L. The valve N being closed and M open, and the vapor admitted at 0, the gasoline condensed in H" is distilled by discharging the vapor mixture, d 'water-fuel vapor in a separator-settler Z. The fuel gas is then conducted into the condenser Q, having the same construction as one of the absorbers H' or H ".
Live steam can also be admitted into this condenser Q, to distill the condensed hydrocarbons and to drive them out through a rectification filter and from there to the compressor W which delivers the gasoline produced in the T tanks.
It is by means of the vapor line X that the condenser Q is supplied during the fuel discharge period. As regards the rectification filter U, it is essentially constituted by a column of earth to be degreased through which the gasified fuel passes, a water trap being provided at its base.
CLAIMS.
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