<Desc/Clms Page number 1>
perfectionnements aux fours à coke horizontaux.
La présente invention est relative à des perfec- tionnements aux fours à coke horizontaux et, plus particu- lière...ent, à des perfectionneinents aux chambres de cokéfac- tion, grâ.ce auxquels certaines difficultés de fonctionne- ment et leurs effets et résultats sont réduits même dans les cas où ces problèmes ne sont pas entièrement résolus par les présents perfectionnements.
Dans la technique de la cokéfaction des charbons et, plus particulièrement, des charbons très volatils à des températures élevées et avec des temps de cokéfaction déter- minés dans des fours horizontaux, l'un des problèmes coûteux de fonctionnement qui peut se présenter est celui consistant à maintenir les plafonds et les parties supérieures des pa- rois latérales sensiblement exempts du carbone dit "de pla- fond", c'est-à-dire du carbone dur concreté qui s'accumule progressivement sur les plafonds et les parties supérieures des parois latérales et exige des visites fréquentes pour son enlèvement afin que le volume du compartiment collecteur de gaz, prévu dans chaque chambre entre le dessus de la char- ge de charbon et le plafond, ne soit pas tellement chargé de carbone de plafond que sa capacité en soit notablement ré- duite,
et que la couche de charbon qui se trouve dans le haut de la charge, et qui constitue normalement le fond du compartiment collecteur de gaz, ne devienne pas plus étroite que la partie inférieure de la charge. Lorsque ces conditions se présentent, la partie supérieure de la charge du four est complètement cokéfiée longtemps avant que la réaction de cokéfaction ait pénétré le reste de la charge, étant donné
<Desc/Clms Page number 2>
qu'en cet endroit une quantité moindre de charbon est of- ferte à la carbonisation par la chaleur rayonnant à travers le compartiment collecteur en partant de la maçonnerie chaude. Ces conditions provoquent un surchauffage du dessus des chargea durant l'essai de cokéfaction des autres par- ties, et oonduit à l'apparition du phénomène dit "dessus- chaud".
A son tour, cette condition conduit à une dissocia- tion excessive des gaz et vapeurs dégagés du charbon, ce qui aggrave la formation du carbone de plafond et réduit également le rendement en sous-produits liquides utiles, tels que les phénols, et similaires. Si donc, pour une rai- son quelconque, les conditions de chauffage exigées dans des chambres de cokéfaction à parois verticales des fours à coke antérieurs ont tendance, à cause du charbon employé, à entraîner le dépôt de carbone de plafond, sa formation peut être acoélérée dans un cycle défectueux qui peut modi- fier la nature et les quantités des sous-produits récupérés.
Manifestement, la disposition de moyens simples, permettant de réduire considérablement ou d'éliminer sensiblement les phénomènes ci-dessus indiqués dans des fours à coke hor i- zontaux, constitueront un perfectionnement aux appareils employés dans la technique de la cokéfaction avec sous- produits.
L'un des objets de la présente invention est donc la création d'un four à coke horizontal muni d'une cham- bre de cokéfaction ayant des parois sensiblement verticales et agencée pour éviter automatiquement la formation du car- bone de plafond dans le compartiment collecteur de gaz et pour éviter également les effets et résultats nuisibles pro- venant de la présence de ce carbone de plafond.
Un autre objet de l'invention est la création de nouvelles caractéristiques de réalisation d'après lesquelles les chambres de cokéfaction de fours à coke horizontaux fonctionnent avantageusement avec des températures plus bas- ses dans le compartiment collecteur que dans des chambres de cokéfaction similaires qui ne possèdent pas ces caracté- ristiques.
Une autre caractéristique est la création de chambres de fours à coke horizontaux, munies de parois sen- siblement verticales et dans lesquelles la pénétration de la réaction de cokéfaction dans les parties supérieures des charges de charbon est automatiquement différée jusqu'au momen t où les parties inférieures de ces charges sont coké- fiées,
l'épaisseur de ces couches horizontales de charbon fondu qui se f orment dans le haut des charges étant maintenue dans un état de perméabilité apparente plus facile et offrant par conséquent une résistance moindre à 1'échappement des gaz et vapeurs venant de l'intérieur des charges que ce n'est le..cas dans les couches extrêmes de charbon fondu qui se forment simultanément dans le voisinage et en parallèle avec les côtés et les fonds des chambres de cokéfaction, de sorte que la pression des charges de charbon en voie de cokéfac- tion contre les parois de chauffage est inférieure à celle qui se produirait autrement.
D'autres objets de l'invention consistent dans d'autres perfectionnements et *dans d'autres avantages et ef- fets de fonctionnement, tels qu'on peut les obtenir avec les procédés et appareils qui seront décrits ci-après.
@
<Desc/Clms Page number 3>
Suivant la présente invention, des fours à coke horizontaux sont munis de chambres de cokéfaction dans lesquelles les parois latérales de chauffage sont orientées verticalement sensiblement sur toute la hauteur. Mais, à l'opposé des fours à coke horizontaux antérieurs, la petite partie supérieure dé chaque paroi latérale, en partant d'un niveau voisin du oarneau horizontal du système des carneaux de chauffage, ou d'un mode de construction équivalent, est disposée dans un plan vertical plus écarté du milieu longi- tudinal de la chambre de cokéfaction que la partie infé- rieure, plus grande, de la paroi latérale de chauffage.
De cette façon, et en combinaison avec la paroi opposée, on obtient une chambre de cokéfaction qui est plus large dans les parties voisines du plafond que dans les autres parties, plus grandes, de la hauteur. Une coupe verticale transver- sale de la chambre de cokéfaction montre un contour simi- laire à la silhouette d'une colonne munie de son chapiteau.
L'invention prévoit également, de préférence en pombinaison avec l'objet précédemment décrit, une porte sur le côté poussoir du four à coke, sur laquelle le bord inférieur de la porte de la barre niveleuse se trouve au-dessus du ni- veau horizontal de la jonction entre la partie supérieure plus large et la partie inférieure plus étroite de la chambre- de cokéfaction correspondante, de sorte que le des- sus d'une charge de charbon nivelée présente dans le compar- timent collecteur une surface de charbon qui est plus large que si le dessus de la charge de charbon nivelée était rédui- te à la largeur plus faible des chambres de cokéfaction antérieures, quoique même dans ce dernier cas quelques-uns,
mais pas tous les avantages de la nouvelle disposition peu- vent être obtenus par suite de la plus grande capacité du compartiment collecteur pour l'accumulation du oarbone de plafond, sans réduire la dilatation du charbon directement exposé dans le voisinage du dessus de la charge à'la ohaleur de cokéfaction rayonnée par la maçonnerie du plafond et des parties supérieures des parois latérales de la chambre. Les multiples avantages qui résultent de l'emploi de la nouvelle disposition dans un four à coke horizontal ressortiront mieux de la description ci-après, en référence au dessin annexé.
Le dessin annexé montre à titre d'exemple une réalisation préférée et un procédé de miss si oeuvre de l'in- vention mais il est bien entendu que l'invention ne se limite pas à cet exemple.
La figure 1 est une vue en coupe verticale longi- tudinale suivant la ligne 1-1 de la figure 2, d'une chambre de batterie de fours à coke horizontaux, suivant la présente invention.
La figure 2 est une vue en coupe verticale longi- tudinale, suivant la ligne 11-11 de la figure 1, d'une batte- rie de fours à coke horizontaux du type Becker, munie du perfectionnement suivant l'invention dans les chambres de cokéfaction.
Sur chaque figure les mêmes chiffres de référence désignent les mêmes éléments.
D'après les figures du dessin, la batterie de fours à coke représentée et comportant les caractéristiques du présent perfectionnement, est du type Beoker bien connu, @
<Desc/Clms Page number 4>
dans lequel un four à coke horizontal est combiné avec les carneaux de chauffage d'une paroi de chauffage qui se trou- vent en communication avec un groupe correspondant de carneaux de chauffage ménagés dans une paroi de chauffage voisine, par l'intermédiaire d'un conduit transversal pas- sant par dessus la chambre de cokéfaction intérposée.
Les chambres de cokéfaction 10 sont prévues entre des parois de chauffage espacées qui s'étendent transversalement par rapport à la batterie et qui contiennent plusieurs carneaux de chauffage verticaux 11, les carneaux de.chaque paroi de chauffage étant divisés en deux groupes qui, chacun, commu- nique par un conduit transversal 12 avec un groupe corres- pondant de carneaux de chauffage ménagés dans une paroi de chauffage voisine, les groupes de cerneaux ainsi reliés entre eux fonctionnant alternativement et périodiquement comme carneaux à feu et carneaux à produits de combustion.
Chaque carneau de chauffage communique dans sa partie inférieure séparément avec une source de gaz combustible riche et avec une.paire de récupérateurs, séparés par et disposés de part et d'autre d'une paroi porteuse 13 qui porte la paroi de chauffage placée au-dessus d'elle. Ces récupérateurs 14 et 15, qui s'étendent transversalement dans toute la largeur de la batterie, sont munis dans leur partie supérieure de conduits 16, 17 respectivement, par lesquels chaque carneau des parois de chauffage communique séparément avec les récupérateurs, et ces conduits débou- chent à une faible distance au-dessous du fond de chaque carneau dans un canal commun 18, qui sert de conduit d'en- trée des carneaux de chauffage.
L'ouverture réelle'de ce conduit est réglée par un registre 19, qui peut être dépla- cé sur la partie du chapiteau de la paroi porteuse 15 qui sert de paroi'de séparation entre les conduits inclinés 16,
17. Les gaz combustibles riches, lorsque la batterie repré- sentée est chauffée par leur combustion, sont introduits dans l'extrémité extérieure d'un conduit 20 qui s'étend sur toute la longueur d'une paroi porteuse 13, dans laquelle il est ménagé, et il est raccordé à tous les carneaux de chauffage de la paroi de chauffage par des conduits de dé- rivation 21 prolongés vers le haut, et par des tuyères caliè brées 22, un conduit et une tuyère étant prévus respective- ment pour chaque carneau de chauffage.
Pendant le chauffage par le bas avec du gaz riche, les carneaux à feu reçoivent de l'air de combustion venant des deux récupérateurs 14, 15 qui se trouvent placés directement au-dessous, et les pro- duits de combustion sont conduits à travers le corps de la batterie dans une autre paire de récupérateurs 14, 15, en communication avec le même conduit transversal 12.
Pendant le chauffage par le bas avec des gaz pauvres préalablement chauffés, les récupérateurs 14. à courant ascendant sont des- tinés à recevoir; non pas de l'air, mais du gaz pauvre venant d'un réservpir extérieur et amené par les canaux de sole 23, ce gaz devant être préalablement chauffé avant d'arriver dans les carneaux à feu correspondants, tandis que le récupérateur à courant ascendant voisin 15 sert toujours à chauffer préa- lablement l'air nécessaire à la oombustion. Lorsque les car- neaux de chauffage en communication directe fonctionnent comme carneaux à courant descendant, tous les récupérateurs 14, 15 servent à conduire les produits de combustion vers le corps de la batterie (non représenté).
Pendant un cycle de chauffage à récupération de la batterie représentée, tous les oarneaux de chauffage d'une même paroi de chauffage fonction- nent simultanément soit comme' carneaux à'feu, soit comme carneaux à produits de-combustion.
@
<Desc/Clms Page number 5>
Lés produits de combustion, provenant de la com- bustion du gaz- de chauffage et de l'air dans les carneaux à feu, circulent,de bas en haut dans ces cerneaux et tous les produits de combustion provenant de tous les carneaux de chauffage d'un groupadans une paroi de chauffage débouchent en haut dans un conduit horizontal 31, d'où ils passent dans le conduit transversal 12 par dessus la cham- bre de cokéfaction intermédiaire,'dans un groupe correspon- dant de oarneaux de chauffage ménagés dans une paroi de chauffage voisine, au cours de leur circulation à travers le corps de la batterie.
Le charbon qui doit être cokéfié dans les cham- bres 10, y est introduit par le haut par des trous de char- gement 25, de la manière bien connue, après quoi le charbon est nivelé par un mouvement de va-et-vient, à travers l'ou- verture de nivelage 26 de la. porte 27, de la barre niveleuse qui est portée par le chariot-poussoir de la batterie.
La chaleur développée dans les carneaux à feu par la combustion des gaz de chauffage et de l'air, est absorbée par la maçonnerie et transmise au charbon qui est chargé dans les chambres de cokéfaction. Ceci a lieu par les carneaux de chauffage et toute-la maçonnerie du système de chauffage formant les parois latérales 28, les plafonds 29 et les fonds 30 des chambres de cokéfaction. Une quantité suffisante de gaz de chauffage est brûlée dans les carneaux de chauffage pour faire pénétrer la réaction de la cokéfac- tion des parois latérales 28 dans les oharges des fours à la vitesse d'environ 15 millimètres par heure à partir de chaque paroi latérale.
La réaction de cokéfaction du charbon comprend une suite plutôt complexe de phénomènes physiques et compor- te, dans un four à coke fraîchement chargé, -la fusion ini- tiale à une température relativement basse d'une. bande ou couche étroite de charbon, soit en contact direct ave.o les parois chaudes de la chambre de cokéfaction, soit soumise à un rayonnement direct provenant de ces parois. Cette bande ou couche de charbon fondu est désingée dans la technique de la cokéfaction par "zône plastique" ou "veine de goudron".
Si on maintient le chauffage de la bande ou couche de char- bon fondu et si la température augmente, il se produit une décomposition des constituants fondus et un dégagement de gaz et de vapeurs, et ce phénomène est suivi d'une solidifi- oation et d'une agglutination des résidus non volatisés de la zône fondue, pour la formation d'une matière appelée "coke".
Au fur et à mesure que la réaction::de cokéfaction progresse à travers la charge-de charbon pendant une période de plusieurs heures, et avant la conversion complète en coke, la charge du four présente une surface extérieure pu écorce de coke solidifié, dont l'épaisseur croit au fur et à mesure que le chauffage continue, un noyau intérieur de charbon non fondu qui devient de plus en plus petit, et une bande ou zone intermédiaire de charbon fondu dont les contours deviennent de plus en plus petits, au fur et à me- sure qu'elle se rapproche du centre de la charge mais dont l'épaisseur relativement réduite reste toujours peu près la même -inférieure à environ 30 millimètres-.
Etant donné que la plupart des charbons de cokéfaction fondent au-dessous de 500 C et que les parois chauffées de la maçonnerie sont chauffées à incandescence, les z8nes de charbon plastique progressent en direction du contre de la charge sousnforme de bandes fondues plus ou moins parallèles avec les parois
<Desc/Clms Page number 6>
voisines de la chambre, y compris le plafond et le fond,
11 en résulte que ces zones fondues forment ensemble une sorte d'enveloppe continue qui entoure complètement le noyau intérieur de charbon non coké- fié et se trouve placée entre ce noyau et l'écorce extérieure cokéfiée de la charge de charbon jusqu'à ce que toutes les zones atteignent le centre de la charge.. Le degré de plasticité obtenu dans la zone de plasticité pendant la période où les constituants fondus se décomposent en gaz et vapeurs est très im- portant aussi bien pour le succès des opérations de cokéfaction que pour la conservation de la construc- tion du four.
Certains charbons et mélanges de char- bons montrent dans leurs zones de plasticité des vis- cosités plutôt élevées pendant la durée de dégagement des gaz et vapeurs, degrés tels que les gaz et va- peurs ne peuvent s'échapper que lorsqu'ils se sont accumulés sous une pression relativement élevée. Cette pression intérieure des charges des fours est trans- mise aux parois des chambres de cokéfaction et dans certains cas, quelques charbons bitumineux produisent des pressions suffisantes pour provoquer une défor- mation permanente de la maçonnerie des parois de chauffage.
Dans les cas de charbons qui manifestent cette tendance à exercer plus qu'un certain degré de pression contre la maçonnerie du four il a été trouvé que, pour éviter cette éventualité, il conve- nait de cokéfier à une vitesse quelque peu inférieure à la vitesse normale, c'est-à-dire de cokéfier la charge de charbon dans toutes ses parties avec une vitesse plus lente que les vitesses assez rapides usuelles, ce qui permet aux gaz et vapeurs de carbo- nisation de se dégager des charges avec des pres- sions plus faibles et admissibles, cet artifice est difficile à mettre en pratique dans les installa- tions modernes de fours à coke,
car il limite sé- rieusement le débit d'installations coûteuses de cokeries et oblige les directeurs à employer de préférence des charbons ou mélanges de charbons qui montrent un degré relativement élevé de fluidité pendant leurs phases de fusion et peuvént donc être cokéfiés sans précautions spéciales pendant le chauffage.
Les gaz et vapeurs de la distillation du charbon qui font nattre la pression intérieure des charges des fours sont principalement ceux qui ont tendance à se dégager sur la face la moins chaude des zones plastiques et à cheminer de bas en haut à travers les noyaux intérieurs du char- bon non carbonisé qui est enfermé dans 1'*enveloppe plastique, pour se frayer un passage vers le compar- timent collecteur 32, ménagé entre le dessus des charges de charbon et la maçonnerie 29 des plafonds des chambres, ceci par pénétration dans les parties des enveloppes plastiques qui se trouvent dans les
<Desc/Clms Page number 7>
parties supérieures des charges des fours.
La per- méabilité apparente de ltenveoppe plastique dans les parties supérieures des charges est fonction, entre autres facteurs, des quantités relatives de charbon qui lentourent et qui absorbent la chaleur disponible de la maçonnerie, c'est-à-dire que, plus les couches de charbon dans les parties supérieures des charges sont larges, plus les quantités de charbon sont grandes pour absorber la chaleur fournie par la maçonnerie voisine et, par conséquent, plus il est facile de maintenir la perméabilité apparente de la zone plastique à ce niveau du four.
Il en résulte que les gaz et vapeurs s'élevant à travers le noyau non cokéfié des charges s'échappent de l'enveloppe plastique avec une pression inférieure et transmettent ainsi également une pression inférieure aux parois des chambres de cokéfaction.
Un des avantages saillants du perfec- tionnement suivant l'invention dans la conforma*. tion des chambres de cokéfaction résulte du fait que, pratiquement, l'enveloppe plastique de char- bon fondu est ainsi automatiquement maintenue à volonté apparemment plus perméable dans la par, tie supérieure de portions relativement faibles de 1& charge, et les gaz et vapeurs de la distillation peuvent traverser cette enveloppe pour passer dans le collecteur de gaz avec des pressions intérieures moindres que dans les chambres où les parties supérieures des charges de charbon ont sensiblement la même largeur que les parties inférieures.
Cette caractéristique est particulièrement avantageuse pour la. coké- faction de charbons ou de mélanges de charbons qui montrent un degré de fluidité relativement faible pendant les phases plastiques, parce qu'une voie d'échappement relativement facile des gaz et vapeurs est constamment maintenue dans les parties supérieures des charges, et la ma- jeure partie du charbon peut être cokéfiée dans des intervalles de temps aussi réduits que l'on veut, gréée à la présence de ce moyen d'échappement de sécurité nouveau, contrôlant la pression dans les parties supérieures des charges de charbon,, suivant la présente invention, les parois latérales 28 des chambres de coké- faction 10 de la batterie représentée sont disposées verticalement sensiblement dans toute la hauteur mais ,
à l'opposé de la technique antérieure, au niveau 33 des chambres qui se trouve à proximité des conduits
<Desc/Clms Page number 8>
31 où la combustion des gaz de chauffage est sensiblement complète dans les carneaux de chauffage, les parois latéra- les 28 dévient brusquement vers l'extérieur et, ensuite, verticalement vers le haut, de sorte qu'on obtient dans les parties supérieures des chambres de cokéfaction des espaces d'une capacité plus grande par unité de hauteur que dans les parties de ces chambres qui se trouvent au niveau des zones de première combustion des carneaux de chauffage
11, de sorte que les charges nivelées des chambres contien- nent dans leur partie supérieure une plus grande quantité de charbon par unité de hauteur que dans leur partie infé- rieure ;
la pénétration complète de la chaleur de cokéfac- tion dans les parties supérieures, plus larges, des charges de charbon est ainsi différée au-delà du temps de péné- tfation dans les autres parties, et ce d'un intervalle de temps qui est en rapport,direct avec la largeur des épaule- ments ménagés dans les parties supérieures.
Par exemple, si les chambres de cokéfaction ont dans leur partie supé- rieure une largeur ayant environ 55 millimètres de plus que dans la partie inférieure, la cokéfaction complète du charbon dans le voisinage du compartiment collecteur 32 est différée de deux heures par rapport à la cokéfaction du reste de la charge de charbon' Comme suite du fait que le compartiment collecteur 32 a une largeur plus grande que la partie inférieure, plus grande, de la charge du four, la chaleur rayonnée dans le charbon par le plafond et les par- ties supérieures des parois latérales est absorb.ée par une quantité de charbon relativement plus grande que dans les parties correspondantes des charges dans les fours anté- rieurs.
Il en résulte que la partie supérieure des chambres de fours à ooke est automatiquement maintenue à une tempé- rature inférieure à celle des installations antérieures et les écrans plastiques. obtenus sont automatiquement mainte- nus dans un étatvde meilleure perméabilité relative, faci- litant ainsi le dégagement des produite volatils de la oarbonisation.
Le présent perfectionnement aux chambres de fours à coke pour fours horizontaux est d'une grande utili- té dans la technique de la cokéfaction et procure des avantages dans le fonctionnement et dans les résultats du fonctionnement lorsqu'on emploie des charbons ou des mélan- ges de charbons choisisnd'après l'ensemble de la teneur en matières volatiles et des caractéristiques de plasticité.
Le dessus de la charge de charbon qui est formé par un chargement et un nivelage normaux dans les chambres de coké- faction suivant l'invention, produit des charges ayant des côtés sensiblement verticaux et qui ont une meme largeur du fond jusqu'à une zône voisine de la fin des carneaux de chauffage, ou elles sont coiffées par une couche de char- bon qui est plus large que dans,les autres parties de la charge, prévoyant ainsi pour la paroi inférieure du compar- timent collecteur de gaz une largeur du charbon qui est supérieure à la normale et, par conséquent, une quantité de charbon plus grahde pour l'absorption de la chaleur de la maçonnerie voisine et des gaz de distillation chauds qui la traversent pour arriver à la cheminée 34 par laquel- le ils quittent la chambre.
De toutes oes dispositions il résulte que les charges de charbon ont des parties supé- rieures moins chaudes. Les compartiments collecteurs de gaz, qui sont plus larges, font que le problème du carbone de plafond est moins important dans la cokéfaction de char- bons très volatils, étant donné que ce carbone a moins ten- dance à réduire la largeur de la surface de charbon qui
<Desc/Clms Page number 9>
constitue la paroi inférieure du compartiment collecteur, à une dimension inférieure à celle de la partie inférieure de la charge, réduisant ainsi la tendance à la formation des "dessus-chauds" et évitant la dissociation de produits liquides désirables avant leur sortie des chambres.
Dans le cas de charbons ayant une tendance à développer pendant la cokéfaction à hate température des pressions supérieures aux pressions préférées qui sont transmises aux parois des chambres, le présent perfectionnement offre un avantage considérable, étant donné qu'il offre un moyen par lequel parmi les écrans plastiques, très visqueux, qui se forment toujours dans les charges le long de zônes voisines et sen- siblement parallèles aux différentes parois de chauffage des chambres, l'un de ces éorans peut être maintenu dans un état de perméabilité apparente plus grande pour le pas- sage des gaz et vapeurs, ménageant ainsi une sortie de résis- tance moindre à la pénétration des produits volatils se dégageant du centre de la charge de charbon, et réduisant ainsi la tendance au développement de pressions intérieures de la charge,
et ménageant des temps de cokéfaction plus réduits, étant donné que le degré de fluidité des zones de plasticité dans les autres parties des charges devient relativement sans importanoe, Les effets nouveaux rendus possibles aveo les perfectionnements suivant l'invention pour tous les types de charbons de cokéfaction peuvent être davantage augmentés par le fait, par exemple, qu'on donne à la couche de recouvrement de charbon, d'une plus grande largeur, une plus grande densité qu'aux autres parties de la charge, ou en formant cette couche avec du charbon mouil- lé ayant de préférence une teneur en humidité libre d'envi- ron 10 %, ce qui augmente également le temps supplémentaire nécessaire à la cokéfaction complète de la couche de recou- vrement de cas charges de charbon,
qui peuvent être obtenues dans leur nouvelle forme, soit en faisant couler le charbon dans les chambres perfectionnées, soit en formant ces char- ges sous forme de pains pilonnés à l'extérieur de la batte- rie, pains quinsont ensuite introduits et cokéfiés dans des chambres qyant sensiblement les mêmes contours.
Bien entendu, sans s'écarter du principe de l'in- vention, on peut imaginer des variantes et apporter des modifications à la réalisation qui vient avère décrite en référence au dessin.