BE460668A - - Google Patents

Description

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    "   Procédé perfectionné pour le traitement de combustibles ". 



  La présente invention concerne un procédé perfectionné pour l'utilisation   efficace   de combustibles solides à base de carbone, tels que'le charbon, le coke, la tourbe,   etc...,   et plus spécialement un procédé pour transformer ces matières en des produits plus précieux, spécialement en gaz combustibles. 



  L'invention sera comprise plus complètement   diaprés la   des- cription qui suit et d'après le dessin.. 



   Dans ce dessin : 
La figure 1 est une vue semi-schématique en coupe verti- cale d'un appareil pour la réalisation du présent   procédé   et elle indique l'écoulement des matières. 



   La figure 8 est une vue en plan schématique de l'écoule- ment, montrant une variante du plan de la figure 1. 



   Il est connu depuis longtemps et apprécié que les matiè- res combustibles solides telles que le   coke,-le   charbon, etc.. 



  .peuvent être transformées en combustibles'gazeux- plus préoi- eux. qui peuvent   s'utiliser.plus   efficacement sous cette forme. 



  Les procédés'au gaz de gazogène et au gaz à l'eau sont fami- 'liers à tout le monde mais aucun de ces procédés   ntest   entiè- rement satisfaisant   parce.que   le premier mentionné produit un combustible à faible'pouvoir calorifique et parce que le se- oond a jusqu'à présent nécessité un type de   fonctionnement   discontinu. On sait également que la carbonisation à basse température a dé nombreux avantages mais est difficile à réa- liser mécaniquement.

   Le présent .procédé peut être .employé pour produire un gaz combustible précieux de puissance calo-   rifique   élevée, d'une manière continue et   peut .être   employé pour exécuter la carbonisation du charbon en même temps d'une manière   mécaniquement     efficace.,   
On a désigné au dessin par 1 le broyeur ou le pulvériseur qui   est.employé   pour réduire un combustible solide à base de carbone sous une forme finement divisée, de préférence de l' ordre inférieur à 50 mailles ou inférieur à 100 mailles, bien que de petits morceaux de   1/4   à   1/2   pouce de dimension puis- sent être employés.

   Dans le but de la description qui suit, la matière sera indiquée comme étant du charbon de carbonisa- tion mais il va de soi que d'autres   matières   peuvent être uti- lisées. Le charbon finement broyé tombe du broyeur dans une chambre de   dispersion j3   dans laquelle il est complètement dis- persé dans un courant de vapeur surchauffée qui est envoyée   -   

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 par le tuyau 3. Le charbon en dispersion est dit se trouver ' sous une forme " fluidifiée " parce que dans cette forme il est capable de s'écouler par des tuyaux, des robinets, des conduits et des accessoires de ce genre comme un liquide, en présentant à la fois des charges statiques et dynamiques.

   Le ¯ courant fluidifié passe par le tuyau 4-dans la partie inféri- eure d'une chambre de carbonisation 5 qui a la forme   d'un   cy- lindre pourvu à son extrémité inférieur d'une base conique 6, Une grille ou un écran est situé dans la partie inférieure de la chambre, avantageusement à l'endroit où le cône et le cy- lindre se   réunissent. ¯     'DU   tuyau vertical allongé 7 débouchant de préférence au- dessus de   'la   grille ou de   l'écran   est prévu pour emporter un courant fluidifié dé matières solides de la chambre d   carbo-   nisation 5 -et le courant est alors conduit   par,le'tuyau   verti- cal 8 dans une chambre de combustion 9 qui est   semblable.à   la chambre 5.

   De l'air est introduit dans le courant retiré de matière solide fluidifiée   ,en     10     et/provoque     l'écoulement   du courant comme on   l'expliquera .ci-après   vers le haut dans la chambre 9   où   une combustion rapide a lieu. De l'air supplémen- taire peut être ajouté à la chambre 9 par le tuyau   9'.   



   Un tuyau de départ 11 est prévu pour emporterun courant de matière solide fluidifiée de la chambre de'combustion 9 et 1'évacuer dans la chambre 5 de sorte que la matière fortement chauffée de la chambre de combustion 9 qui est à une tempéra- ture de 1800 à 2400  F est constamment remise en circulation vers la chambre de carbonisation 5. Cette chambre est à la tem-   pérature   usuelle de carbonisation'de 500 à   1200    F et le chauf- fage préalable et-le chauffage de carbonisation sont donc four- nis sensiblement'complètemen t par la chaleur fournie par la chambre de combustion. 



   Les vapeurs sont retirées de la chambre de carbonisation 5 par un tuyau 12 et sont envoyés à travers le refroidisseur 13 et de là vers des moyens appropriés quelconques pour la ré-   cupération   des produits de distillation du charbon. Le refroi- disseur 13 peut être du type indirect représenté ou du type di- rect, suivant les désirs. Le système de récupération ( non re- . présenté ) ne doit pas être décrit en détail parce que ces sys- tèmes sont bien connus dans le métier et doivent fournir un moyen de séparer la poussière, le goudron, les huiles légères, l'ammoniaque, et les gaz combustibles. 



   Les gaz de combustion sont enlevés de la chambre 9 par un tuyau 14 qui   conduit- à   un séparateur de poussière 15 et vers un   bouITleur   16 à chaleur perdue pour la production de vapeur. 



  La poussière   'séparée   peut être envoyée à la chambre 9 par un tuyau   17.   



     Le*   tuyau 11' qui est représenté   comme ,un.   branchement du tuyau 11 est prévu pour soutirer une partie du contenu   fluidi-   fié fortement chauffé de la chambre 9 et le conduire à un géné- rateur de gaz 18. Ce générateur est représenté sous la forme dtun récipient cylindrique vertical pourvu d'une base conique semblable aux chambres 5 et 9, décrites ci-dessus, et est de préférence pourvu d'un   'écran destiné   à agir comme distributeur à sa partie inférieure. Le courant de matière solide fluidifiée est envoyé dans la chambre de préférence en-dessous de l'écran comme on l'a décrit ci-dessus et de la vapeur surchauffée est envoyée par un tuyau 19.

   Le générateur est maintenu à une tem- pérature comprise entre environ 1400 et   2000    F, convenant pour la réaction rapide du carbone et de la vapeur pour produire du gaz à l'eau par la réaction bien connue. 

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   Du gaz est retiré de façon continue par un tuyau 20 et envoyé à un séparateur de poussière   21   et à un réfrigérant 22. 



   Ensuite le gaz peut être traité d'une manière usuelle   quel-   conque pour l'enlèvement du soufre et d'autres impuretés dans un équipement non représenté, ce qui le rend susceptible d' être employé comme gaz de ville ou autrement. Si on le désire, la totalité ou une partie du gaz résultant de la carbonisa- tion du charbon peut être mélangée au gaz à l'eau. 



     ' 'Un   courant fluidifié de matière solide qui est mainte- nant fortement exempt de carbone est retiré par le tuyau 23 du gazogène 18   e   peut être évacué dans la chambre   24,   dans laquelle estsoufflée de la vapeur admise'par le tuyau 25, et est ensuite retiré par le tuyau 19 dans un état fortement sur- chauffé nécessaire pour la   production   de gaz à l'eau. Une par-   tie de la matière solide flmidifiée est prise à la chambre de surchaufage 24 par un tuyau 26 et peut etre renvoyée au tuyau   8 en vue de la recirculation vers la chambre de combustion 9. 



  Une petite partie a été évacuée en 27 pour   empêcher   l'accumu- lation   dans le   système. 



   Le système   décrit   ci-dessus est très flexible et capable de nombreux modes de fonctionnement. Il comporte trois cham- bres principales ou   zônes,   la première pour la carbonisation, la seconde pour la combustion et la troisième pour la produc- %ion de gaz à l'eau mais toutes trois doivent être employées simultanément. En tout cas, la zone de combustion   fonctionne   -à la température la plus élevée et est employée pour produire de la chaleur à haute température qui est utilisée pour la production de gaz soit par la carbonisation soit par la pro-   duction   de gaz à l'eau, opérations qui sont effectuées à de basses températures.

   La chaleur est transportée de la chambre de combustion vers les chambres de production de gaz par'des courants à écoulement continu de matière solide fluidifiée. 



  Le procédé est ainsi rendu complètement continu, -Si du charbon est employé comme matière première, il est de préférence envoyé directement dans la chambre de carbonisa- tion et la chaleur pour la carbonisation est fournie par un courant de carbone fortement chauffé s'écoulant contiûment de la chambre de combustion par le tuyau 11 et s'évacuant dans la chambre 5. La température est susceptible d'un réglage très soigné et d'un contrôle et est répartie rapidement à travers la masse fluidifiée dans la chambre de carbonisation à cause du degré élevé d'agitation maintenu dans celle-ci.

   La chambre 5 est suffisamment grande pour permettre la carbonisation aom- plète très rapidement et les matières solides enlevées par le tuyau 7 sont sensiblement exemptes de matières volatiles mais sont capables de brûler rapidement avec l'air dans la chambre de combustion 9. Le'procédé peut être mis en fonctionnement- sans la production de gaz à l'eau, moyennant la fermeture d'un robinet dans le tuyau   11'.   Si on le désire, une matière inerte telle que du sable peut étre ajoutée au charbon et mise en air-   culation   dans les chambres 5 et 9 et les tuyaux conjugués 7, 8 et 11 de façon à fournir un grand volume de matière solide Transportant la chaleur,,

  mais ceci n'est pas absolument   néces-   saire vu que la teneur en cendres du charbon peut être autori- sée à s'accumuler et à fournir ainsi n'importe quelle quantité désirée de matière solide inerte. Des charbons contenant beau- coup de cendres peuvent alors être employés dans le procédé. 



   Il est important, dans cette opération, de ne pas attein- dre une température telle que la matière solide est amenée à s'agglomérer ou à fondre et si la teneur en cendres du charbon 

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 employé a une tendance en ce sens, des matières supplémentai- res telles que-de la chaux, de la magnésie, etc... peuvent être ajoutées pour élever le point de'fusion de la cendre de façon que le fonctionnement puisse se faire efficacement même si la cendre a un point de fusion relativement bas. 



   Il est désirable dans la plupart des cas de faire fonc- tionner le gazogène à-gaz à   l'eau   avec lecarboniseur comme on l'a décrit. Dans la plupart des cas, il y a dans la combustion de la partie non volatile solide du charbon de la chaleur dis-   ponible   en excès sur celle requise par la carbonisation et le gaz produit avec le carbone en excès de cette manière est par conséquent peu   coûteux. '   - 
On comprendra que l'on peut faire .fonctionner le présent procédé en employant du coke au lieu d'un charbon de carbonisa- tion comme matière première. Dans ce cas il n'y a naturellement pas de carbonisation. La poussière de coke sera donc envoyée . directement dans le tuyau 8 et les robinets dansles tuyaux 4 et 
11 seront fermés.

   Dans ce cas le courant fluidifié-de coke est envoyé au tuyau 8 par le tuyau 8' et dans la chambre 9 de là par le tuyau 11' dans les chambres   18   et 24. L'addition d'un véhicule de chaleur inerte   est' particulièrement   avantageuse dans cette opération, spécialement au démarrage. A ce moment de l'huile est introduite et brûlée dans 9, jusqu'à ce que la température d'allumage ducoke soit atteinte. 



     L'appareillage   du présent procédé est entièrement con- struit pour le fonctionnement à basse pression, mais des tempé- ratures élevées sont nécessaires spécialement dans la   zone   de combustion et les tuyaux conjugués. L'équipement doit être   dou-   blé au moyen de plaques ou de briques résistant aux hautes   tem-   pératures et l'on trouve qu'il doit y avoir peu d'usure si la vitesse des courants fluidifiés est maintenu dans la gamme de 
25 à 75 pieds par seconde. Le fonctionnement des zones de ré- action est régulier et se fait sans difficulté.

   La'vitesse as- censionnelle du gaz doit être de l'ordre de 0,5 à 6 pieds par seconde lorsque la matière solide est de 50 à 200 mailles et progressivement plus élevée pour de plus grandes' dimensions, soit de 10 à 20 pieds par seconde pour des morceaux de 1/4 à 
1/2". Ces vitesses sont suffisantes pour   empêcher   le dépôt de la matière solide en masses compactes et les réactions se pro- duisant très rapidement parce qu'elles sont effectuées lorsque la matière   solide est   à   l'état   fluidifié. De plus comme on l'a indiqué précédemment le réglage de la température est extrême- ment précis.

   La vitesse du gaz requise pour maintenir l'état fluidifié varie quelque peu avec la nature et les dimensions des particules solides et du gaz fluidifiant particulier, mais en général la variation n'est pas grande et la quantité minima est de l'ordre de 0,02- 0,07 pieds cubiques par livre. Lors-   qu'on   fluidifie avec une aussi petite quantité de gaz, il en résulte un courant ou une suspension très dense et le seul ef- fet de l'addition de gaz supplémentaire au courant fluidifié est la réduction de la densité et de la suspension. On tire parti de ces propriétés du courant fluidifié en-vue d'effectuer l'écoulement de la matière d'une z8ne à ltautre. Ainsi le cou-   ' tant   est amené à descendre par le tuyau 7 et à remonter par-le tuyau 8 par addition d'air au point 10.

   La densité du courant fluidifié dans le tuyau 7 est beaucoup plus grande que dans le tuyau 8 et une pression différentielle est ainsi produite qui est égale au produit- de la hauteur de la colonne dans le tuyau 
7 et de la densité dans celui-ci moins la hauteur du produit dans la colonne   multipliée   par la densité du courant s'écoulant 

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 dans celle-ci. L'équipement doit atre construit avec soin de façon que la pression différentielle soit suffisante pour sur- monter la perte due au frottement.' De petites quantités de-gaz seront ajoutées aux tuyaux et aux chambres en différents points de   faon   à maintenir la fluidification. Ceci est particulière- ment important lorsqu'un courant fluidifié s'écoule vers le bas dans un tuyau ou une   chambre.   



   La figure 2 montre un plan   d'écoulement   représentant une méthode qui est particulièrement applicable au traitement de matières combustibles solides à base de carbone, telles que celles exposées à la figure 1, en particulier du charbon, de la tourbe, le schiste, les sables goudronneux, etc... L'appa- reil employa est très semblable à celui de la figure 1 mais le plan d'écoulement .est un peu plus complet. 



     .   La matière brute sous une forme finement divisée pénètre en 30 et passe directement à la phase de carbonisation à basse température indiquée   on SI.   Des produits de distillation sont enlevés de 31 et sont séparés en produits gazeux et liquides dans l'équipement de séparation indiqué d'une manière générale en 32. 



   Le résidu de coke produit comme résultat de la carbonisa- tion est conduit vers la phase de combustion de l'opération, indiquée en 33, où de 'l'air est également introduit. Des gaz de cheminée sont enlevés en 34 et le résidu chaud en 35. Une partie de ce résidu est renvoyée à la phase de carbonisation 
31, comme on l'a indiqué par la conduite 36 en vue d'apporter de la chaleur pour la carbonisation, comme on l'a expliqué pré-   cédemment,   et la seconde partie de ce résidu charbonneux est conduit vers la phase de production'de gaz à l'eau indiquée en 
37. De-la vapeur est ajoutée en 38 et les constituants-de oen- dres du combustible initial sont recueillis et évacués   en.39.   



   Le gaz qui est en grande partie du co et de l'hydrogène est enlevé en 40 et une partie de celui-ci peut être soutirée pour des   opérations   de chauffage en 41. Au restant du gaz on ajoute une quantité supplémentaire de vapeur en 42 et le mélange est envoyé dans une phase catalytique de conversion dans laquelle l'oxyde de carbone est transformé avec de la vapeur en acide carbonique, 
Le gaz qui reste est comprimé en 44 et l'acide' carbonique est séparé en 45. Le gaz restant, qui est sensiblement de l'hy- drogène pur, est alors employé pour l'hydrogénation des pro- duits liquides dé distillation provenant de la carbonisation initiale. Ceci est effectué dans la phase d'hydrogénation   indi-   quée en 46. 



   On comprendra que les phases de carbonisation, de   oombus-   tion et de production de gaz à l'eau sont conduites exactement comme on l'a indiqué à la description précédente de la figure 
1, c'est-à-dire pendant que la matière' solide est à   l'état   fluidifié. La conversion de CO en CO2 et en hydrogène au moyen de vapeur est de préférence effectuée   -catalytiquement     en:   em- ployant   oomme   catalyseur de l'oxyde de fer ou de l'oxyde de fer activé au moyen de   chrome   et de matières semblables qui- sont bien connues dans le métier. La conversion est effectuée à une température de   ,l'ordre   de 8500 F et une basse pression est ordinairement   employée.   



   La phase d'hydrogénation.peut être un   quelconque   d'un cer-   - tain nombres de types différents qui .sont bien connus dans le métier. Elle peut être effectuée par exemple dans des conditions   d'hydrogénation modérée, c'est-à-dire à des températures et à 

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 des pressions relativement basses, de façon que lthydrogène fasse un peu plus que d'effectuer une purification par enlève- ment de soufre, d'azote et d'éléments analogues. D'autre part, l'hydrogénation peut être effectuée dans   une.     condition   destruc- 
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 tice, c test-à-dire à des pressions supérieures à 20 atm. et de préférence à environ   200   atm.' et à une température allant   parcexemple   de 700 à   1100    F.

   De cette manière les matières goudronneuses sont transformées complètement en des liquides à plus bas point d'ébullition, riches eà hydrogène. Dans ces différentes façons d'effectuer l'hydrogénation,   les.catalyseurs   sont du type exempt de soufre, spécialement-ceux: contenant des métaux, des oxydes ou des sulfures du   6@   groupe du tableau pé- riodique, soit seuls soit en mélange avec d'autres ou avec des oxydes difficilement réductibles comme l'alumine, l'oxyde de zirconium, la   magnésie   ou la chaux. Des oxydes plus facilement réductibles, tels que   l'oxyde   de zinc, peuvent également être ajoutés aux mélanges catalyseurs. 



   Le présent procédé est donc capable de carboniser le char- 
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 bon et de produire oOÍltjtùnant un gaz combustible de qualité' supérieure, ses avantages seront pleinement compris des person- nes du métier.. 



   REVENDICATIONS. 



     1.)     'On   procédé perfectionné pour produire des gaz combus- tibles précieux à partir d'une matière solide contenant du car- bone, qui comprend les caractéristiques consistant à faire pas- , ser un courant fluidifié de matière solide à base de carbone, finement divisée, dans un circuit comprenant une zone de com-   bustion   dans laquelle une partie de la matière à base de car- bone est brûlée avec de l'air   et. le   restant est porté à une tem- pérature élevée et une   z8ne   de gazéification, et à fournir la chaleur pour la   gazéification   par le courant fortement chauffé de matière solide fluidifiée venant de   la'zone   de combustion. 



     3.)-Un   procédé perfectionné pour produire des gaz combus- tibles précieux à partir'd'une matière solide contenant du car- bone, qui comprend les caractéristiques consistant à faire pas- ser un courant fluidifié dématière solide à base de carbone, 
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 finement di-vis6eiA dans une zone de carbonisation maintenue à une température de   carbonisation}   en suite de quoi des parties distillables de la matière sont enlevées en laissant des rési- dus de coke sous une forme fluidifiée finement pulvérisée, à retirer le résidu de cote fluidifié à le faire passer dans une zône de combustion, à brûler une partie du combustible avec de 
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 l'air pour produire une température - élevu, b, retirer les gaz de combustion,

   à retirer un courant de matière solide fortement chauffée sous la forme fluidifiée de la zone de ocabustlèn,et

Claims (1)

1. à l'introduire dans la zône de carbonisation, de sorte que de la chaleur est fournie pour la carbonisation, 3.) Procédé suivant la revendication a, dans lequel la . EMI6.6 zone de carbonisation est maintenue à une température iiten'Y1ron 500 à 1SOO" F et la zone de combustion à une température d'en- TiioN 1Eo0 à"HDo t* , " giroir 18fl0â' ' suivant la revendication 2, dans lequel du charbon finement divisé est fluidifié dans de la vapeur sur- .

   EMI6.7 chauffée et envoyé oonti1Dent dans la z8ne de-carbonisation,' dans lequel le courant fluidifié du résidu de coke est envoyé de la zone de carbonisation vers la zone de\oQ1Ùbustlon oontft- ment, et un courant'fluidifié de matière solide fortement ohauffée est fourni de façon continue de la zone de combustion à la <Desc/Clms Page number 7> zone.de carbonisation.

   5.) Un procédé-perfectionné pour produire du gaz à l'eau continûment, comprenant les caractéristiques consistant à faire ,passer un courant fluidifié de coke finement divisé dans une zone de combustion dans laquelle une partie est brûlée avec de l'air pour produire une température élevée, à retirer le cou- rant de coke fluidifié, finement divisé, fortement chauffé, de la z8ne de combustion et à le faire passer dans une zone de génération de gaz combustible, à envoyer de la vapeur surchauf- fée à la zone de génération de gaz de tellesorte que la vapeur réagit avec le coke à l'état fluidifié, à retirer le gaz à l' eau ainsi produit et à retirer un courant fluidifié de cendre de la zône de génération de gaz.

   6. ) Un procédé suivant la revendication 5, dans lequel la zone de combustion est maintenue à une température de 1800 à 2400 F, et la zone de génération de gaz à une température de 1400 à 2000 F.

   7. ) Un procédé, perfectionné.pour utiliser des matières solides combustibles carbonisables, comprenant les caractéris- tiques consistant à introduire continûment de la matière fine- ment pulvérisée fluidifiée dans une zone de carbonisation, à en retirer les produits de carbonisation à.l'état de vapeur, à retirer séparément un courant fluidifié de résidu de carbo- nisation finement divisé et à faire passer ce dernier dans une z8ne de combustion, à brûler une partie du oarb.oné qui y est oontenu alors qu'il est sous la forme fluidifiée de sorte que le reste est porté à une température élevée, à faire passer un courant de matière solide fortement chauffée de la zône de combustion vers la zone de carbonisation, de sorte que de la chaleur pour la carbonisation est fournie,

   à faire passer un second courant d'une zone de combustion vers une zône de pro- duction de gaz, à envoyer de la vapeur surchauffée à la zone de production de gaz de sorte que du gaz à l'eau est produit à partir de la matière à base de carbone fluidifiée et chaude tandis qu'elle est sous une forme fluidifiée, à retirer le gaz ainsi produit et à retirer les constituants de cendre.' 8.) Un procédé suivant la revendioation 7, dans lequel une partie de la cendre est renvoyée dans la zône de carbonï- sation.

   9. ) Un procédé suivant la revendication 7, dans lequel une matière minérale inerte est envoyée vers la zone de combus- tion comme véhicule de chaleur.