BE492072A - - Google Patents

Description

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  "Alimentation en chaleur de lits de solides fluidifiés* 
La présente invention se rapporte à l'alimentation en cha- leur de suspensions turbulentes denses de solides finement divi- sés, fluidifiés par un gaz s'écoulant de bas en haut. Un aspect plus spécifique de l'invention consiste dans la fourniture de la chaleur requise pour la conversion de matières carbonées, telles que tous les types de charbon, coke, lignite, tourbe, matières cellulosiques, y compris la lignine, le schiste à huile, les sa- bles goudronneux, le pétrole, les résidus lourds, le brai, l'as phalte et les produits analogues, ainsi que les hydrocarbures li- 

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 quides et gazeux, en combustibles volatils et gaz de valeur en utilisant la technique des solides fluidifiés.

   D'une façon tout à fait générale, l'invention peut être appliquée à la fourniture de la chaleur requise pour un procédé endothermique quelconque, réalisé dans une zone de réaction contenant une suspension dense, turbulente et fluidifiée de solides finement divisés. 



   L'application de la technique dite à solides fluidifiée à la conversion de matières carbonées solides en combustibles vo- latils, par exemple à la carbonisation de matières carbonisables ou à la gazéification de combustibles solides, est bien connue dans le métier. Dans ces procédés, des matières carbonées fine- ment divisées, telles que du charbon, ayant une dimension de par- ticule fluidifiable de l'ordre d'environ 50 à 400 mailles, par exemple, sont amenées dans une zone de conversion où elles sont maintenues, à la température de conversion, sous la forme d'une suspension turbulente dense de solides finement divisés, fluidi- fiés par un gaz s'écoulant de bas en haut.

   Une zone de précipi- tation est de préférence maintenue dans la partie supérieure de la zone de conversion de sorte que la suspension de solides prend la forme d'un lit ou couche assez bien délimitée, avec une inter- face distincte entre la phase dense, c'est-à-dire le lit, et la suspension diluée de solides entraînés dans la zone de précipita- tion. D'une façon similaire, la technique à solides fluidifiés a été largement préconisée pour l'emploi dans les procédés ne com- prenant pas la conversion de matières carbonées solides. Dans cer- taines applications, comme dans la reformation des gaz hydrocarbu- rés avec de la vapeur d'eau en présence d'une matière solide cata- lytique, le changement principal apparaît dans la composition des gaz, tandis qu'il ne se passe pratiquement rien dans la ma- tière solide se trouvant dans la zone de réaction.

   Dans d'autres applications, comme par exemple dans la réduction des minerais oxydés, le but principal de la réaction est d'opérer une transfor- 

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 mation désirable dans les solides en suspension. 



   La plupart des procédés dans lesquels l'emploi de la tech- nique à solides fluidifiés est avantageux, sont des procédés endothermiques en soi, c'est-à-dire que de la chaleur doit être appliquée si la réaction est à réaliser isothermiquement. De plus, de la chaleur doit fréquemment être fournie afin de porter les réactifs à une température réactionnelle pratique. On a suggéré différentes méthodes pour la fourniture de la chaleur requise dans ces procédés. 



   Une de ces méthodes utilise la chaleur sensible de gaz transportant de la chaleur, tels que de la vapeur d'eau, des gaz de fumée, du gaz de houille,etc., soufflés à travers le lit flui- difié de solides. Il résulte de la faible capacité de chaleur volumétrique des gaz, comparée aux grandes quantités de chaleur qui doivent être fréquemment fournies, qu'il faut souvent utili- ser dans cette méthode des quantités excessivement grandes de gaz chauffants, même lorsque ces gaz sont fournis aux tempéra- tures maxima possibles qui peuvent être admises en tenant compte de la vie limitée des matériaux appropriés du foyer lorsqu'ils sont soumis à des températures élevées.

   Bien que cette méthode soit commercialement utilisable pour certaines réactions à basse température, telles que la réduction des minerais réalisée à des températures d'environ 800 -   1200 F,   elle est généralement inappli- cable pour des réactions à température élevée telles que la fa- brication du gaz à l'eau. En outre, dans beaucoup de procédés, l'emploi de grands volumes de gaz chauffant est inadmissible par ce qu'il complique la récupération des produits de conversion vo- latils désirés, abaisse la concentration des constituants dési- rés dans le produit gazeux ou gêne la marche de la réaction dési- rée. 



   Certains des désavantages de cette méthode peuvent être évi- tés lorsque la chaleur nécessaire est fournie au moyen   -d'une   com- 

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 bustion limitée, à l'intérieur du lit fluidifié, d'un combustible injecté ou de solides carbonés présents dans le lit. Cependant, cette méthode peut entraîner la perte de proportions considéra- bles de produits de conversion combustibles de valeur, qui sont inévitablement brûlés au cours de la combustion limitée.

   De plus, la dilution des produits gazeux par les produits de combustion gazeux constitue un sérieux désavantage de ce pocessus 
Une autre méthode de fourniture de chaleur comprend l'em- ploi d'une zone de chauffage "fluide" séparée dans laquelle s' effectue la combustion d'une partie combustible de matière soli- de finement divisée, ou dans laquelle du combustible injecté sé- parément est brûlé en contact direct avec la matière solide fine- ment divisée et d'où un courant de matière solide finement divisée, chauffée de cette façon jusqu'à une température supérieure à celle de la zone de conversion et séparée des gaz de combustion, est envoyé vers la zone de conversion consommant de la chaleur. 



  Outre le fait qu'un réactif de combustion additionnel de dimen- sions considérables est requis, le rendement de génération de cha- leur par ce type de combustion n'est pas élevé, parce qu'on a généralement trouvé qu'il se formait des quantités importantes de CO lors de la combustion dans un récipient "fluide".

   De plus, des vitesses de circulation élevées sont nécessaires pour les so- lides, en particulier aux hautes températures de conversion qui nécessitent de petites différences de température entre la com- bustion et la zone de conversion, vu que les limitations de tem- pérature imposées à de telles zones de combustion "fluides" sont sensiblement inférieures à celles possibles dans les fours à gaz à cause du type de construction plus complexe et à cause aussi de la présence de matières solides qui peuvent fondre ou se ra- mollir à une température relativement basse. 



   Il est également connu de chauffer des lits de solides idifiés en faisant passer des gaz de combustion chauds,produits 

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 extérieurement aux surfaces de transfert de chaleur, par des serpentins chauffants immergés dans le lit fluide. Cette méthode requiert un appareil brûleur séparé capable de résister à des températures extrêmement élevées à moins qu'on ne se contente d'un rendement faible par rapport à la consommation de combusti- ble et la vitesse de transfert de chaleur. 



   La présente invention supprime les inconvénients précités et fournit des avantages supplémentaires, tels qu en le compren- dra parfaitement à la lecture de la description détaillée don- née ci-après avec référence aux dessins ci-annexés. 



   L'objet principal de l'invention consiste, par consé- quent, à fournir des moyens perfectionnés pour alimenter en cha- leur des suspensions turbulentes denses de solides fluidifiés finement divisés. 



   Un autre objet de la présente invention est de fournir des moyens perfectionnés pour l'alimentation de la chaleur requi- se pour la conversion de matières carbonées en combustibles vola- tils, en employant la technique à solides fluidifiés sans les inconvénients dont question ci-dessus. D'autres objets et avanta- ges plus spécifiques apparaîtront encore ci-après. 



   Antérieurement à la présente invention, on avait suggéré d'éliminer les inconvénients précités en fournissant de la cha- leur aux suspensions fluidifiées denses par l'intermédiaire   .de   sur. faces de transfert de chaleur, telles que des serpentins chauf- fants, immergées dans le lit et, plus spécifiquement, en produi- sant la chaleur à transférer de manière sensiblement uniforme sur toute l'étendue des surfaces de transfert de la chaleur, par exemple par une combustion retardée ayant lieu de manière sensi- blement uniforme à l'intérieur des serpentins chauffants et sur toute leur longueur. Cette méthode est décrite et revendiquée dans la demande de brevet des inventeurs.

   La présente invention 

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Les limites des températures au lit filuide dans lesquek les la méthode de l'invention peut être employée avec avantage, dépendent largement de la vie de lé surface de transfert de cha- leur lorsqu'elle est soumise à une température élevée. D!une façon tout à fait générale, on peut dire que le coefficient de transfert de chaleur entre le métal et les lits de solides flui- des ayant une température comprise entre   800 F   et   l600 F,   est suffisamment élevé pour permettre l'application de la méthode de chauffage selon l'invention.

   La plupart des alliages métalliques résistant à la chaleur actuellement disponibles dans le commerce, par exemple des alliages de fer avec du chrome en proportions variées et de petites quantités de molybdène, conviennent pour être employés comme surface de transfert de chaleur pour la gamme in- férieure des températures de lit fluidifié, comme par exemple de   800 F   à   1300 F.   Pour une gamme plus élevée de températures de lit, par exemple de   1300 F   à 1600 F les alliages de fer avec du chrome et du nickel en quantités importantes peuvent très bien convenir. On notera que la gamme de températures dans laquelle l'invention est applicable, sera sensiblement élargie suivant les disponibilités plus grandes en matières fortement résistantes à la chaleur. 



   Le succès de l'application de l'invention dépend du fait que les coefficients de transfert de chaleur entre une suspension dense ou un lit de solides fluidifiés et une surface immergée dans la suspension sont très élevés. D'autre part, les coeffic- cients de transfert de chaleur d'un courant gazeux s'écoulant le long d'une surface de transfert de chaleur, ou même d'une suspen- sion dispersée de solides dans un t el gaz, sont relativement fai- bles. En conséquence, la température d'une surface de transfert de chaleur en contact avec une suspension fluide, turbulente et dense, de solides sur un de ses côtés, et avec un gaz chauffant 

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 sur l'autre côté, tend à approcher de la température des solides en suspension.

   Par exemple, à une température de lit de 1100 F et avec une température de combustion des gaz chauffants de 3000 F, la température de la surface de transfert de chaleur dans la zone de combustion, en prenant un cas typique, est d'environ 1300 - 1350 F, avec une vitesse de transfert de chaleur correspon- dante de 30000 - 35000 BTU/heure/pied carré (BTU - British Thermal Units). 



   Suivant une forme de réalisation préférée de l'invention, les surfaces de transfert de chaleur ont la forme de tubes de chauffage immergés dans le lit de solides fluides, et on intro- duit du combustible et de l'air dans les tubes avec un degré de turbulence tel que la combustion complète a lieu dans une zone étroite à l'entrée du tube. De préférence, le rapport de l'air au combustible est près du minimum théorique pour une combustion complète. Les tubes de chauffage peuvent avoir la forme de tubes   disposés rectilignes ou en épingles à cheveux. Ils peuvent être/verticale-   ment ou horizontalement.

   Une série de noyaux internes de matière   réfractaire peuvent être prévus à l'intérieur des tubes ; peu-   vent partir d'un point densiblement éloigné de l'entrée des tu- bes et être disposés de façon de plus en plus rapprochée à mesu- re qu'en avance vers l'extrémité de sortie des tubes. Ces noyaux qui peuvent, par exemple, avoir la forme de cônes pointant vers l'entrée du tube, doivent être disposés et dimensionnés de ma- nière à offrir une résistance appréciable mais non excessive à l'écoulement du courant de l'agent de chauffage. Cette disposi- tion procure différents avantages importants.

   Les noyaux jouent le rôle de promoteurs de turbulence pour augmenter le transfert de chaleur de convection des gaz chauds à la paroi des tubes; ils agissent également comme surfaces de radiation pour augmen- ter le transfert de chaleur de radiation vers les parois des tu- 

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 bes. L'écartement rapproché des noyaux sert à augmenter la vites- se de transfert de chaleur dans les régions froides des tubes. 



   Les combustibles appropriés pour le but de l'invention com- prennent les combustibles liquides et gazeux de tous types, tels que les huiles et les gaz hydrocarbures, l'hydrogène, le CO, ou leurs mélanges, ou des matières solides carbonées finement di- visées, telles que du charbon ou de la poussière de coke, ou ana- logues. L'emploi de combustible solide finement divisé a l'avanta- ge de donner des vitesses de transfert de chaleur accrues en ver- tu de la radiation résultant de la présence de cendres brûlantes et de particules de charbon incandescentes. Le gaz de support de la combustion peut être de l'air ou de   l'oxygène-   ou des mélanges convenables de ceux-ci.

   Le combustible et le gaz de support de la combustion peuvent être chauffés à l'avance à toute tempéra- ture désirée jusqu'à la limite imposée par la température admis- sible maximum dans la zone de combustion, et peuvent être amenés à la surface de transfert de chaleur suivant des courants sépa- rés qui sont mélangés lors du contact avec la surface de transfert de chaleur au moyen de dispositifs d'alimentation promoteurs de turbulence, tels que des injecteurs, des chicanes, des orifices réducteurs ou analogues. Le combustible et le gaz de support de la combustion peuvent également être mélangés à l'avance et, si on le désire, réchauffés juste en dessous de la température d'i- gnition du mélange de façon que la combustion ait lieu immédiate- ment lors du contact avec les surfaces de transfert de chaleur chaudes. 



   L'invention, dont les objets et la nature générale vien- nent   d'être   exposés sera mieux comprise au cours de la descrip- tion plus détaillée donnée ci-après avec référence aux dessins ci-annexés. 

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   La fig.l est une illustration semi-schématique d'un sys- tème convenant pour effectuer un mode de réalisation de l'in- vention, dans laquelle les surfaces de transfert de chaleur sont disposées verticalement en formation en épingles à cheveux. 



   La fig. 2 est une coupe transversale horizontale à travers un   récipient   de traitement du type à fluide similaire,équipé de moyens d'alimentation de chaleur horizontaux, à formation en épin- gles à cheveux, selon l'invention. 



   La fig.3 est une coupe transversale verticale à travers une partie du récipient illustré à la fig.2. 



   La fig.4 est une coupe longitudinale à travers un tube de chauffage d'un type préféré pour les buts poursuivis par l'in- vention. 



   Si l'on se reporte à présent aux détails de la fig.l, la notation de référence 10 désigne un récipient de traitement verti- cal, sensiblement cylindrique, destiné au fonctionnement avec des matières solides fluides. La section principale cylindrique du récipient 10 est munie à sa partie inférieure d'un dispositif approprié pour la distribution du gaz, tel qu'une plaque perforée ou grille 14. Un faisceau de tubes de   chauffa   verticaux 20 en épingles à cheveux, est disposé de façon à s'étendre sur une por- tion importante de la longueur du récipient 10 et à être réparti de manière sensiblement uniforme sur la section transversale du récipient.

   Les extrémités ouvertes inférieures des tubes 20 tra- versent la grille 14 et pénètrent dans un espace ouvert situé en dessous de la grille 14, dans lequel les extrémités d'entrée des tubes sont reliées à un collecteur 18 pour l'alimentation du mélange de combustion, et les extrémités de sortie des tubes sont reliées à un collecteur 18 pour l'évacuation des gaz de fumée. 



   En fonctionnement, des solides finement divisés, ayant une dimension de particule fluidifiable comprise entre environ 8 et 

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 400 mailles, peuvent être amenés dans le récipient 10, par la con- duite 1, à l'aide de tout moyen convenable connu en soi dans la technique du traitement des solides fluides, tel qu'un tuyau montant aéré, une trémie d'alimentation sous pression ou non, des transporteurs mécaniques, etc. (non représentée, à toute température de réchauffage désirée. Chaque fois qu'il faut ame- ner en contact avec les solides se trouvant dans le récipient 10 des matières liquides, telles que des résidus d'huiles lour- des ou analogues, ces liquides peuvent être fournis par la conduite 2 qui peut être munie de têtes de pulvérisation appro- priées 4 à l'intérieur du récipient 10.

   Les solides peuvent être des matières décomposables telles que de la pierre calcaire do- lomitique, des adsorbants saturés tels que du charbon de bois, du gel de silice, etc., des matières carbonisables, des solides carbonés à convertir en mélanges gazeux contrant de l'H2 et/ou du CO, des solides qui doivent être soumis à des températures de réaction uniformes tels que des catalyseurs pour différentes réactions en phase gazeuse, particulièrement la reformation des hydrocarbures avec de la vapeur d'eau et/ou du CO2 pour former des mélanges de CO et de H2 convenant pour la synthèse catalyti- que des hydrocarbures, des solides inertes tels que du sable, du coke, etc., servant comme supports pour les liquides à cokéi- fier ou à traiter d'une autre manière,etc. 



   Un gaz convenable, de préférence réchauffé, est introduit par la conduite 3 dans l'espace libre en dessous de la grille 14, et pénètre dans le récipient 10 à travers la grille 14 ou un autre moyen de distribution, à une vitesse linéaire superfi- cielle d'environ 0,1 - 5,0 pieds par seconde, de préférence en dessous d'environ 1,5 pieds par seconde de façon à convertir la masse des solides se trouvant dans le récipient 10 en une sus- pension turbulente dense de solides fluidifiés, ayant de préfé- 

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 rence un niveau supérieur L10 bien défini.

   Bien que l'on puisse utiliser n'importe quel gaz qui ne soit pas nuisible pour le traitement désiré, on préfère employer un gaz qui favorisera le traitement désiré, par exemple en réagissant avec les autres ma- tières du procédé d'une manière désirée, ou en réduisant la pres- sion partielle des produits à volatiliser. 



   Le chauffage du lit de solides fluidifiés peut être effec-   tué selon l'invention de la manière suivante : mélange d'air   et de gaz combustible, tel que du gaz naturel ou un gaz de raffine  rie, du   gaz   de houille, du gaz pauvre ou du gaz à l'eau, ou une suspension de poussière de charbon dans l'air, est amené au col- lecteur 16 par tout dispositif classique dans des proportions approchant de très près celles théoriquement requises pour la combustion complète du constituant combustible en CO2 et en eau. 



  Ce mélange de combustion est fourni aux extrémités d'entrée des tubes 20, de préférence par des becs de brûleur individuels dé- chargeant dans les tubes en un point situé au-dessus de la gril- le 14 mais tout près de celle-ci. On comprendra qu'il peut être prévu des moyens appropriés ( non représentés) pour amorcer et entretenir la combustion dans les tubes. Ceux-ci auront générale- ment la   forme   d'un allumeur à étincelles électrique à 'pétition, disposé dans le voisinage du bec du brûleur. Des moyens promo- teurs de turbulence convenables, tels que des injecteurs ou des chicanes, sont prévus aux entrées des tubes pour assurer une com- bustion rapide et complète du mélange de combustibles sur une distance correspondant à environ 1/4 à 1/10 de la longueur tota- le du tube.

   Un moyen spécifique approprié de ce type sera décrit plus en détails ci-dessous avec référence à la fig.4. La chaleur libérée de cette manière est transmise au lit de solides flui- des à des vitesses élevées qui dépendent des températures consi- dérées, mais qui peuvent aller jusqu'à 50.000 BTU/heure/pied carré à l'extrémité d'entrée des tubes allumés, et qui peuvent Être comprises, en moyenne, entre 10000 et 25000 BTU heure pied 

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 carré sur la surface entière des tubes. Par suite des excellen- tes caractéristiques de transfert de chaleur du lit fluide, la chaleur est répartie rapidement et uniformément à travers celui- ci pour établir un niveau de température sensiblement uniforme dans tout le lit.

   Par une surface de transfert de chaleur conve- nablement répartie, le lit de solides fluides peut habituelle- ment être chauffé de façon uniforme à une température qui n'est inférieure que d'environ 100 à 300 F à la température de sortie des gaz de combustion. 



   Des produits gazeux et/ou sous forme de vapeur et/ou du gaz fluidifiant contenant des fines entraînées, sont retirés par au-dessus du niveau L10 et peuvent être envoyés à travers un système de séparation des gaz et des solides tel qu'un sépara- teur cyclone 26 d'où les solides séparés peuvent être renvoyés au récipient 10 par un siphon 28 ou éliminés par la conduite 25. Les solides fluidifiés peuvent être retirés par le bad du lit fluidifié à l'aide de moyens d'enlèvement appropriés 35 à partir de tout point situé en dessous du niveau L10 
Pien que les tubes de chauffage 20 de la fig.l soient dis- posés en position verticale, il faut noter que des tubes de chauf- fage horizontaux peuvent être préférables, dans beaucoup de cas, au point de vue construction et transfert de chaleur.

   Par exem- ple, il peut être désirable d'avoir des tubes de chauffage 20 supportés dans les parois du dispositif de réaction plutôt que dans le fond de celui-ci. Un système de ce type est illustré aux fig. 2 et 3, dans lesquelles les éléments de l'appareil similai- res aux éléments de la fig.l sont désignés par les   mgâes   numéros de référence. 



   Si l'on se reporte maintenant à la fig.2, on voit qu'il y est représenté une section horizontale d'un récipient 10 qui est similaire au récipient 10 de la fig.l sous tous rapports, 

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 sauf que les tubes 20 sont agencés en position horizontale. Com- me montré à la fig. 2, les tubes 20 pénètrent dans la paroi du récipient de réaction, sur les cotes opposés de celle-ci et de fa- çon alternée. Un collecteur 16 pour la fourniture du mélange de combustion et un collecteur 18 pour l'enlèvement des gaz de fumée sont disposés entièrement à l'extérieur de la section transversale du récipient de réaction. 



   La fig.3 est une vue longitudinale d'un récipient du type illustré à la fig. 2. Le niveau L10 du lit fluidifié et la grille de distfibution 14 sont représentés dans cette section. Les points 20 indiquent les endroits où les tubes de chauffage pénè- trent dans la paroi du récipient 10. Les fig.2 et 3 peuvent ser- vir d'illustrations d'une distribution rationnelle des surfaces de transfert de chaleur sous la forme de tubes de chauffage hori- zontaux s'étendant sur toute la hauteur et la largeur du lit fluide. Les extrémités libres des tubes horizontaux 20 se trou- vant dans le récipient 10, peuvent être supportées de toute ma- nière classique au sommet, à la base ou sur les parois latérales du récipient 10. Sous tous les autres rapports, le modèle et le fonctionnement du système des fig.2 et 3 sont similaires à ceux décrits en rapport avec la fig.l. 



   Des moyens particulièrement adaptés pour obtenir le déga- gement de chaleur concentrée et des caractéristiques de transfert de chaleur perfectionnées, selon la présente invention, sont il- lustrés à la fig.4 qui est une coupe longitudinale d'une varian- te préférée de tubes de chauffage du type représenté aux fig.l à 3, dessinée à plus grande échelle en vue d'une meilleure com- préhension de différents détails. Comme on l'a indiqué à la fig. 



  4 le mélange de combustion ae combustible et d'air peut être injecté di collecteur 16 dans   l'extrémité   d'entrée d'un tube 20 au moyen d'un gicleur classique 38, dont la décharge dans le tu- be donne un excellent mélange et une turbulence élevée dt mélan- 

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 ge gazeux. Des dispositifs promoteurs de turbulence additionnels tels que des chicanes ou déflecteurs radiaux 40, peuvent être disposés tout près de l'extrémité d'entrée du tube Des chicanes radiales successives sont de préférence décalées suivant un mou- vement de rotation afin de réaliser l'effet promoteur sur le mé- lange. Ces chicanes sont de préférence en céramique ou en une autre matière résistant à la chaleur, mais elles peuvent aussi 8tre faites en alliages métalliques thermiquement bien adaptés à la paroi du tube.

   Plus en aval dans les tubes, des cônes réfrac- taires eu d'autres pièces introduites 50 peuvent   Atre   supportées par tout moyen approprié permettant le passage des gaz de fumée mais jouant le rôle de promoteur pour la turbulence de l'écoule- ment des gaz. L'écartement entre les pièces 50 va de préférence en se réduisant vers la sortie du tube, comme on l'a indiqué schématiquement sur le dessin. De cette manière, on   entretien.   non seulement une turbulence suffisante sur toute la longueur du tube, mais on forme également une surface de radiation supplé- mentaire allant en augmentant au fur et à mesure que la tempéra- ture des gaz de fumée baisse, ce qui améliore la vitesse de trans- fert de chaleur. 



   On peut également favoriser la combustion concentrée du combustible, suivant l'esprit de l'invention, en réglant le rap- port de l'air au combustible de manière à rendre le mélange com- bustible plus pauvre comparé au rapport théorique pour une com- bustion complète. 



   Bien qu'on ait considéré, dans la   descriptipn   donnée ci- dessus des fig.l à 4 la fourniture d'un mélange de combustion préparé à l'avance au collecteur 16 et aux tubes 20, il est à noter que l'on pourrait très bien amener séparément le combusti- ble et le gaz de support de la combustion aux tubes 20. Par exemple, à la   fig.4,   le combustible peut être amené par la condui- 

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 te 16a sous la forme d'un gaz, d'un liquide ou de poussière, et l'air peut être fourni par la conduite 16 et la tuyère ou gicleur 38 d'une manière appropriée pour obtenir le mélange et la turbu- lence désirés à la sortie du gicleur. 



   Lorsque les systèmes illustrés par le dessin sont employés pour la   distillation   ou la carbonisation à basse température de solides carbonisables, le récipient 10 doit être rempli d'une matière solide fluidifiable sèche, de préférence du coke ou un au- tre résidu de carbonisation solide, tel que du schiste à huile épuisé ou du sable goudronneux, qui est maintenue à la températu- re de carbonisation désirée d'environ 800 F à 1200 F à l'aide des tubes 20. Dans ce but, environ 500.000 - 1. 000.000 BTU par tonne d'alimentation de matières solides carbonisables doivent être généralement engendrées dans les tubes 20 pour effectuer la carbonisation. La matière carbonisable est amenée par la conduite 1 dans le lit de solides fluidifiés, secs et chauds, à une vites- se qui empêchera une agglutination importante dans le récipient 10. 



  Dans le cas où les particules tendent à s'agglomérer pendant le fonctionnement, les solides peuvent être retirés par la conduite 35, broyés et renvoyés par la conduite 1. Les solides carbonisés peuvent être récupérés par la conduite 35 à la vitesse où ils sont produits. De la vapeur d'eau, un gaz inerte ou un produit gazeux peut servir de gaz de fluidification, de préférence à une vitesse superficielle de l'ordre d'environ 0,5 à 5,0 pieds par seconde, avec des dimensions de particules pour les matières solides d'environ 8 à 100 mailles afin de créer des densités de lit apparentes d'environ 10 à 50 livres par pied cube. Les pres- sions de carbonisation peuvent aller de la pression atmosphérique à 200 livres par pouce carré, de préférence en dessous de 50 li- vres par pouce carré. 



   Un processus similaire peut être utilisé pour cokéifier 
 EMI15.1 
 ##ps T-pqirius n'huiles lourdes et d'autres matières hvdrocarbonées 

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 liquides aux conditions de traitement. Dans ce cas, l'alimenta- tion liquéfiée peut être amenée par la conduite 2, de préférence à l'état finement divisé, par exemple au moyen de têtes de pul- vérisation convenables, jusque dans un lit de matières solides fluidifiées du type et à la température spécifiés ci-dessus. On peut employer, particulièrement pendant la période de l'amorçage, des matières solides fluidifiées inertes, finement divisées, tel- les que du sable ou de l'argi'e, a:   .. une   dimension de particule comprise entre 50 et 400 mailles. 



   Lorsqu'on désire produire des mélanges gazeux contenant du H2 et du CO, tels que des gaz d'alimentation pour la synthèse catalytique des hydrocarbures et d'autres produits de valeur, à partir de matières carbonées liquides ou solides, on peut prati- quement suivre les processus décrits ci-dessus à l'exception qu' il faut utiliser des températures plus élevées et qu'il faut fournir au lit de solides fluidifiés de la vapeur d'eau et/ou du CO2 en quantités suffisantes pour la réaction. Si l'on emploie des matières de départ carbonées à haute réactivité, telles que du noir de fumée obtenu par carbonisation à basse température du type fluide, certains lignites, etc., des températures d'en- viron 1600 - 170C F sont suffisantes pour un fonctionnement sa- tisfaisant, en particuliet à des pressions élevées d'environ 200 à 400 livres par pouce carré. 



   Les systèmes des fig.l à 4 peuvent également être utilisés pour la reformation des hydrocarbures, en particulier les gaz hydrocarbures tels que du gaz naturel, du gaz de raffinage ou analogue, avec de la vapeur d'eau et/ou du C02 en présence de catalyseurs appropriés pour produire du H2 ou des mélanges de H2 et de CO du type mentionné ci-dessus.

   Dans ce cas, le récipient 10 contient un catalyseur de reformation finement divisé, tel que de l'oxyde de nickel supporté sur de la magnésie, de l'alumi- 

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 ne et/ou de la silice, à dimension de particule fluidifiable, et on introduit par la conduite 3 un mélange de vapeur d'eau et/ou de CO2 avec le gaz à reformer.Les tubes 20 peuvent être maintenus à une température maximum d'environ 1600 - 1800 F par combustion de combustible solide finement divisé ou gazeux, pour établir une température de reformation convenable d'environ 1200 - 1600 F dans le lit fluide du récipient 10. 



   D'autres traitements à haute température, catalytiques ou non catalytiques,   peuventre   réalisés dans les systèmes des fig. 



  1 à 4 d'une manière sensiblement analogue, comme cela apparat- tra clairement aux gens du métier. Bien que les tubes 20 aient été représentés sous la forme de tubes en épingles à cheveux, il va de soi qu'on peut employer de la même manière des tubes droits pourvus de collecteurs d'alimentation et de sortie classiques. 



  On peut encore apporter différentes autres modifications aux sys - tèmes décrits ci-dessus sans sortir du cadre de l'invention. 



   L'invention sera en outre illustréè par l'exemple spécifi- que donné ci-après et relatif à la carbonisation à basse tempé- rature de charbon bitumineux. 



   E X E M P L E 
 EMI17.1 
 
<tb> Alimentation <SEP> charbon,tonnes/jour <SEP> (100% <SEP> à <SEP> travers
<tb> 
<tb> 
<tb> maille <SEP> 8 <SEP> 1. <SEP> 000
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> humidité <SEP> du <SEP> charbon, <SEP> % <SEP> H20
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Vitesse <SEP> d'alimentation <SEP> du <SEP> charbon <SEP> au <SEP> récipient,
<tb> 
<tb> 
<tb> liv/heure/pied <SEP> carré <SEP> de <SEP> la <SEP> section <SEP> transversale <SEP> du <SEP> lit <SEP> 630
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Température <SEP> de <SEP> carbonisatin <SEP>  f <SEP> 900
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Hauteur <SEP> du <SEP> lit,pieds <SEP> 22
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Pression <SEP> de <SEP> carbonisation, <SEP> liv/pouce <SEP> carré <SEP> 1
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Combustible <SEP> requis, <SEP> sous-produit <SEP> gazeux <SEP> SCFM(860BTU/SCF) <SEP> 1.

   <SEP> 060
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Air <SEP> requis,SCFM <SEP> 9. <SEP> 900
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Vapeur <SEP> pour <SEP> la <SEP> fluidification, <SEP> liv/heure <SEP> 7.060
<tb> 
 

 <Desc/Clms Page number 18> 

 
 EMI18.1 
 
<tb> Surface <SEP> de <SEP> chauffe <SEP> des <SEP> tubes, <SEP> pieds <SEP> carrés <SEP> 2.600
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Nombre <SEP> de <SEP> tubes <SEP> en <SEP> épingles <SEP> à <SEP> cheveux <SEP> requis <SEP> 142
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Diamètre <SEP> des <SEP> tubes, <SEP> pouces <SEP> 4
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Température <SEP> maximum <SEP> du <SEP> métal <SEP> des <SEP> tubes, <SEP>  F <SEP> 1. <SEP> 300
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Température <SEP> de <SEP> sortie <SEP> des <SEP> gaz <SEP> de <SEP> combustion, <SEP>  F <SEP> 1.

   <SEP> 190
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Vitesse <SEP> moyenne <SEP> de <SEP> transfert <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> à <SEP> travers
<tb> 
<tb> 
<tb> les <SEP> tubes, <SEP> BTU/heure/pied <SEP> carré <SEP> 12.500
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Rendements
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Coke, <SEP> tonnes/jour <SEP> 716
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Goudron <SEP> récupéré, <SEP> tonnes/jour <SEP> 102
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Sous-produit <SEP> gazeux <SEP> net, <SEP> SCF/jour <SEP> (860BTU/SCF) <SEP> 750.000
<tb> 
 
La description qui précède et les fonctionnements donnés à titre d'exemple ont servi à illustrer des applications et des résultats spécifiques de l'invention, mais ne sont pas destinés à en limiter la portée. 
 EMI18.2 
 



  R E U E N D I C A T I 0 N S 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims (1)

1. Le perfectionnement à la méthode décrite et revendi- quée dans le brevet n 475,298 pour alimenter en chaleur une mas- se turbulente dense de solides, fluidifiée par un gaz la traver- sant de bas en haut et soumise à une température élevée dans une zone de traitement par transfert de chaleur à travers des surfa- ces de transfert de chaleur d'éléments de transfert de chaleur en contact avec ladite masse turbulente de solides finement divi- sés, et chauffés au moyen d'un agent de chauffage fluide compre- nant des combustibles de combustion, qui comprend la mise en con- tact desdites surfaces de transfert de chaleur avec un combusti- ble et un gaz de support de combustion dans des conditions telles que la combustion du combustible est localisée dans l'élément de transfert de chaleur près du point d'entrée du combustible et du gaz de support de combustion,

et qu'un gradient de températu- re substantiel est maintenu le long du trajet dudit combustible et dudit gaz de support de combustion ainsi que des produits de <Desc/Clms Page number 19> combustion à travers ledit élément de transfert de chaleur.

2. La méthode selon la revendication 1, dans laquelle les éléments de transfert de chaleur sont des éléments tubulaires noyés dans la masse de solides fluidifiés, et le mélange de com- bustible et de gaz de support de combustion pénètre à une extré- mité tandis que les produits de combustion sont enlevés à l'ex- trémité opposée desdits éléments.

3. La méthode selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, dans laquelle la combustion du combustible est confinée à de 1/10 à 1/4 du trajet du combustible.et des produits de com- bustion à travers l'élément.

4. La méthode selon les revendications 1 à 3, dans la- quelle ledit mélange de combustion comprend un combustible solide finement divisé.

5. La méthode selon les revendications 1 à 4, dans laquel- le les constituants dudit mélange sont fournis séparément audit espace et mélangés près du point d'entrée dudit mélange dans l'élément.

6. La méthode selon les revendications 1 à 5, dans laquel- le ledit mélange est maintenu dans un étdt d'extrême turbulence dans l'élément, près dudit point d'entrée.

7. La méthode selon les revendications 1 à 6, dans laquel- le ledit mélange de combustible et de gaz de support de combustion est pauvre quant à son constituant combustible, comparé à la composition théoriquement requise pour une combustion complète.

8. La méthode selon les revendications 1 à 7, dans laquel- le des moyens promoteurs de turbulence sont placés près de l'ex- trémité d'entrés desdits éléments, et des pièces réfractaires sont introduites à l'intérieur desdits éléments en relation espa- cée les unes par rapport aux autres et par rapport aux parois desdits éléments. EMI19.1

A , #tc Qolnn la T-evonfH ration 8. dans laouelle les-