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Perfectionnements aux fours continus pour la carbonisation des combustibles solides., en vue de la production de gaz riche en hydrogène.
L'opération technique résolue par l'invention, objet du présent brevet, constitue un perfectionnement aux résultats qui peuvent être obtenus par Inapplication des dispositions des brevets français n 814,963 déposé le 21 juillet 1936, m . 815.894 déposé le 6 juin 1936 et n. 834.716 déposé le 3 mars 1938 qui consistent à obtenir, à partir de combustibles tels que houilles, lignites, et généralement tous combustibles solides, un gaz contenant le maximum d'hydrogène et (ou) d'oxyde de carbone; le rapport Co H2 en volume) ayant une certaine valeur fixée d' avance.
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On sait que la pyrogénation des combustibles solides donne naissance, en dehors des gaz H2 et C0, à un mélange d'autres gaz parmi lesquels on rencontre Co2,CH4, C2H4 et, généralement, CmHn, tous ces gaz peuvent être àécomposés par la chaleur avec l'action concomitante de carbone et de vapeur d'eau, en sorte que tout le carbone gazéifié peut donner finalement du CO et que tout l'hydrogène libéré peut se trouver à l'état pur. Il ne reste alors dans le gaz produit que des quantités très faibles et faciles à éliminer de tous les constituants gazeux considérés comme indési- rables.
Pour obtenir industriellement un pareil résultat il est usuel, notamment dans l'application des brevets précités, d'opérer la pyrogénation des combustibles solides (appelée couramment dis- tillation) dans des fours verticaux continus analogues aux fours d'usines à gaz, mais dans lesquels le gaz de distillation suit un mouvement descendant dans le même sens que le combustible qui lui donne naissance; en outre, à la partie inférieure des chambres ou cornues verticales dans lesquelles se fait l'opération, on profite de la présence de coke incandescent - provenant de la distillation du combustible traité - pour fabriquer sur place une importante quantité de gaz à l'eau; en définitive la cornue ou chambre se trouve parcourue:
sur toute sa longueur par du combustible solide en cours de gazeification allant de haut en bas, dans sa partie supérieure par du gaz de distillation allant lui-même de haut en bas et, enfin, dans sa partie inférieure par du gaz à l'eau allant de bas en haut. Il est donc necessaire de prévoir sur la chambre ou cornue une sortie de gaz se trouvant à une hauteur telle que d'une part le gaz de distillation soit décomposé par la chaleur et par son contact avec le carbone (coke) et que, d'autre part, la durée de contact entre le coke incandescent et la vapeur d'eau soit suffisante pour la formation d'un gaz à l'eau de bonne qualité.
Ces conditions définissent, en fonction du tonnage horaire utilisé-
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et de la section droite de la chambre ou cornue, à la fois la hau- teur. totale de l'appareil et le rapport entre les deux parties dé- limitées par la position de la sortie de gaz.
Jusqu'à présent la sortie des gaz, placée à un niveau plus ou moins élevé de la chambre ou cornue,, était constitué par une tubulure latérale insérée dans la maçonnerie et, de préférence, sur une paroi non chauffée.
L'invention, objet du présent brevet consiste essentiel- lement dans diverses dispositions nouvelles relatives au canal d'évacuation des gaz et à ses annexes, dispositions dont les ca- ractéristiques et les avantages techniques résultent de la descrip- tion et des explications qui vont suivre:
La fig. 1 représente une coupe par les plans verticaux XX' YY'passant par le canal d'évacuation.
La fig. 2 représente une coupe par le plan vertical ZZ' et montre l'une des petites faces de la chambre de distillation.
La fige 3 représente une coupe verticale longitudinale de la chambre.
La fig. 4 représente une coupe horizontale par les plans OU' à gauche et VV' à droite.
Les figs. 5, 6 et 6' représentent,, en coupe horizontale des modes, particuliers de construction du canal d'évacuation.
La chambre de distillation (1) présente une section ho- rizontale rectangulaire; cette section est habituellement crois- sante du haut en bas afin de faciliter-la descente du combustible introduit en (2) (2') à l'état cru et extrait en (3) (3') à l'état de coke, par des mécanismes, étanches connus en- exu-mêmes et non représentés sur la figure.
Dans la partie médiane de la chambre se trouve situé un canal vertical 4-4' dont les parois sont constituées par des bri- ques réfractaires, de forme appropriée, liées aux briques formant les parois de la chambre. Ce canal vertical est en principe, mais non obligatoirement, double; il s'étend, comme le montre la fig.4, @
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sur toute la largeur de la chambre. En vue d'augmenter le rapport de la surface chauffante à la section de passage on peut, comme représenté-sur les figs. 6 et 6', augmenter le nombre des orifices de passage.
Les parois de la chambre sont chauffées, comme d'usage, par des carneaux verticaux (5) dans lesquels débouchent des brû- leurs étagés (6) en nombre convenable et disposés de façon telle que le régime de température le long de la paroi corresponde - eu égard à la hauteur de la chambre et à la vitesse de passage - à la loi d'échauffement que l'on désire imposer au combustible à traiter. Les brûleurs (6) reçoivent l'air et le gaz de chauffage par des carneaux d'adduction, disposés de façon connue, comme il est visible sur les fig .. 1, fig. et fig. 4 (partie droite).
Sur toute la hauteur de la chambre correspondant au canal d'évacuation sont également disposés, en nombre convenable, des brûleurs (7) (7') analogues aux brûleurs de chauffage des parois, mais caracté- risés par ce fait qu'ils sont indépendants et qu'ils peuvent être allumés ou éteints ou réglés individuellement suivant le régime de chauffage que l'on désire imposer au canal d'évacuation des gaz.
La chambre est divisée à la partie inférieure par une murette (8) qui divise la masse de coke en deux fractions respec- tivement évacuées par les sorties (3) et (3').
Les hauteurs hl, h, b3 (fig.3) sont déterminées d'après l'expérience suivant la nature du combustible utilisé, suivant la composition du gaz que l'on désire produire et suivant le tonnage distillé par heure; les valeurs relatives de ces hauteurs ainsi déterminées constituent l'une des caractéristiques importantes du sy stème.
Ainsi qu'il a été dit, l'opération de gazéification com- porte une injection de vapeur d'eau en vue de la production de gaz à l'eau suivant la réaction: n C + m H2O #x CO + y CO2 + z H + t H2O + n'C équation dans laquelle x, y, z, t, et (n - n') son-t fonction de la @
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température, de la durée de contact et de la réactivité du coke.
Suivant la composition du gaz que l'on recherche et en. particulier si l'on désire modifier les rapports et x il est, nécessaire d'8in- y z , j ecter la vapeur en tel ou tel point de température bien déterminée et correspondant d'ailleurs à une durée d'action de la vapeur plus ou moins grande. A cet effet, les parois des chambres comportent des arrivées de vapeur (9), (9') (9").. etc..... disposées à différentes hauteurs et recevant la vapeur (surchauffée) d'une canalisation générale munie de valves de réglage et de contrôleurs de débit (une valve et un contrôleur pour chaque arrivée de vapeur).
Lorsqu'on distille des combustibles riches en soufre., en particulier des lignites, on remarque que l'hydrogène sulfuré, qui tend à se produire au cours de la 'pyrogénation, réagit sur le coke à haute température et cela d'autant plus que le coke est plus réactif, pour donner naissance à du sulfure de carbone et autres composés, notamment des composés organiques, dont on se débarrasse difficilement au cours de l'épuration, inversement le sulfure de carbone et divers composés organiques sulfureux, en présence d'hy- drogène et surtout de vapeur d'eau, peuvent donner naissance à de l'hydrogène sulfuré dans certaines conditions de température et de concentration.
Comme il est désirable d'obtenir le soufre à l'état d'hydrogène sulfuré pour l'extraire plus facilement du gaz par les procédés courants d'épuration, on cherche à produire la conversion de CS2 en HS en utilisant, conformément à l'invention, le passage du gaz dans le canal d'évacuation.
Ainsi qu'il a été dit, ce canal peut être chauffé indé- pendamment du chauffage de la chambre; en outre, en vue de modifier la proportion de vapeur dans le gaz qui le traverse, une arrivée de vapeur est prévue en (10) dans la murette de séparation (8). Cette arrivée de vapeur est alimentée par la canalisation générale de vapeur surchauffée et le débit en est réglé par une valve et un contrôleur de débit; la vapeur débouche dans la chambre par le moyen d'ouvertures (il) (il') disposées de façon à éviter les ob-
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structions par le coke.
Indépendamment des effets déjà décrits, la chaleur, agis- sant en même temps que la vapeur, intervient pour la conversion du méthane et autres hydrocarbures suivant diverses réactions du genre de celle-ci: CH4 + 2 H2O# CO2 + 4 H2. Ces réactions nécessitent des conditions de température et des concentrations qui sont faci- litées par les dispositions objet de la présente invention.
Le fonctionnement d'une chambre de gazéification est, en principe, le suivant:
Le combustible (bouille, lignite... etc..:} est introduit par les orifices (2) et(2') et se déplace progressivement des zones (A A') vers les zônes (E E') sous l'influence des appareils extrac- teurs (non représentés )placés au-delà des ouvertures (3) (3) En (A A') commence la pyrogénation qui donne naissance à un mélange complexe de gaz riche en CO2. CH4 et autres hydrocarbures et de va- peurs goudronneuses riches en composés oxygénés du genre phénols.
En (BB') la pyrogénation se poursuit par un dégagement gazeux riche en CO et H2 et de goudrons contenant une plus forte proportion d'hy- drocarbures; en même temps le coke produit, essentiellement consti- tué par du carbone libre et des cendres, devient incandescent. Dans la zone (C C') les produits volatils formes sont soumis à une haute temperature en présence du coke incandescent formant catalyseur, les composés oxygénés de toute nature tendent à se dissocier et à réagir sur le carbone libre pour donner de 1''oxyde de carbone, les hydrocarbures tendent également à se dissocier pour donner de l'hy- drogène et du carbone qui, suivant les conditions, se dépose sous forme de carbone amorphe ou de graphite ;
laformation de carbone amorphe a lieu principalement sous l'influence catalytique des cendres ferrugineuses, dans des conditions déterminées de tempé- rature et de concentration, elle doit être recherchée car elle correspond à une augmentation de la réactivité de la masse. Dans la zône D le coke incandescent, mais déjà partiellement refroidi, donne du gaz à l'eau sous l'influence de l'injection de vapeur issue @
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des canaux (10) (la') et aussi sous l'influence de la vapeur pro- venant de l'eau pulvérisée ou de la vapeur injectée, pour les re- froidir,dans les appareils d'extraction placés en (3) (3').
Il résulte de ceci que dans la zone (E E') le coke est refroidi à une température telle que l'extraction puisse avoir lieu sans difficultés. Dans la zone (C C') se rencontrent deux flux gazeux, celui venant de la partie supérieure constitué par le gaz de dis- tillation en grande partie converti, et celui de la partie inférieu- re constitué par du gaz à 3.'eau; ces deux flux gazeux mélangés sont évacués par le canal central (4) (4') où ils subissent les actions thermochimiques précédemment définies. Achèvement de la conversion des hydrocarbures, du sulfure, de carbone et autres constituants.
Il est précisé que le mode de construction de la chambre de gazéification, sa forme et ses dimensions n'ont rien d'obliga- toire : les dispositions générales des organes et notamment celles du canal d'évacuation (4) (4') et des amenées de vapeur (9) (10) (il) constituent l'essentiel de l'invention caractérisée par le' schéma de fonctionnement précédemment décrit.
A titre d'exemple de réalisation non obligatoire, la fig.5 montre les assemblages des briques de forme spéciale constituant une assise dans la région centrale de la chambre de gazéification.