Four destiné au traitement d'une matière carbonée solide au moyen de chlore gazeux. La présente invention a pour objet. un four destiné au traitement d'une matière carbonée solide au moyen de chlore gazeux, à haute température. On a constaté que le traitement par le chlore du coke et des matières sembla bles constituait un procédé efficace pour ré duire la teneur en cendres de ces matières, particulièrement en transformant les impure tés métalliques en chlorures volatils qui sont rapidement. entraînés hors de la zone de trai tement.
On effectue les traitements de ce genre à des températures élevées, par exemple bien au-dessus de 1000 C, et on a reconnu que l'on obtenait des résultats particulière ment bons en maintenant la masse principale (le coke ou autre charbon à 1400 C ou à une température plus élevée, la périphérie de la masse atteignant alors des températures d'au moins 1200 C. On a décrit un tel procédé dans le brevet N 291990.
L n problème important. dans le traitement par le chlore de ces matières à haute tem- pérature est posé par le caractère extrême ment corrosif du chlore, qui attaque les ma tières réfractaires ordinaires minérales, telles que les silicates d'aluminium, etc., aux tem pératures élevées requises.
Ainsi, lorsque la réaction est effectuée dans un four pourvu d'un revêtement réfractaire, le chlore a con- t inuellement tendance à. attaquer le revête ment réfractaire (en le transformant.
en chlo- r-ures volatils), particulièrement en présence de la ehar-e de coke, de sorte que des répa- rations ou des remplacements fréquents sont nécessaires. Quoique l'on puisse réduire une telle attaque à un certain degré en réglant de manière appropriée les conditions de la réaction, ces mesures ne sont que des pallia tifs et la présente invention a pour but de fournir un four dans lequel l'éventualité d'une telle attaque se trouve évitée ou réduite, tout en permettant néanmoins un traitement effi cace en continu ou en semi-continu.
Le four suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une chambre de chauf fage présentant un revêtement en une compo sition réfractaire inorganique et destinée à recevoir la matière à traiter, une chambre de traitement par le chlore présentant un revête ment en carbone et. communiquant avec ladite chambre de chauffage pour recevoir de celle-ci la. matière chauffée, des moyens pour chauffer la matière dans la première chambre et. des conduits d'entrée et de sortie de gaz, le conduit d'entrée étant situé dans la région de la seconde chambre la plus éloignée de la première chambre.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La figure montre le four partiellement. en élévation latérale et partiellement en coupe axiale verticale.
L'appareil représenté est réalisé sous forme d'un four à cuve, c'est-à-dire du type vertical, à. travers lequel le coke ou une autre matière en traitement peut descendre lentement on par intermittence en vue de l'évacuation (lu produit traité à la base. Le four comporte une enveloppe ou chemise extérieure 10 en acier pourvue d'un couvercle 11 et d'une partie de déchargement 12, de diamètre ré duit, au pied du four. L'ensemble de l'appa reil est de forme cylindrique autour d'un axe vertical et l'enveloppe en acier contribue à fournir une enceinte hermétique essentielle ment étanche aux gaz.
A l'extrémité supé rieure, l'appareil comporte un dispositif pour l'introduction de tractions successives de charge, constitué par la colonne verticale 1-1 et le conduit 15 aboutissant dans cette der nière et. partant. d'un silo d'alimentation en coke (non représenté), ces deux éléments com portant respectivement des valves-papillons 16,<B>17</B> ou d'autres moyens grâce auxquels on petit. introduire entre les valves des quantités successives de coke non traité qui peuvent ensuite tomber peu à peu dans la chambre principale dit four, sans qu'il y ait d'échanges gazeux appréciables entre cette dernière et l'atmosphère extérieure.
Tout l'intérieur de la chambre, depuis le haut jusqu'en bas, comporte un revêtement résistant à la chaleur, qui est constitué, au moins vers l'intérieur du four, de matériaux différents clans des zones différentes. Quoi que, dans certains cas, toute l'épaisseur dit revêtement puisse être constituée de la même matière dans une zone donnée, il est. préfé rable de prévoir une couche de garnissage extérieure 18, qui s'étend d'une extrémité à l'autre, c'est-à-dire qui est. la même sui, toute la hauteur de la paroi verticale du foui', y compris la section de déchargement 12.
Ce @-@arnissage 18 peut être composé d'une matière réfractaire dense, du type minéral, par exem ple d'argile réfractaire en briques, en car reaux ou sous d'autres formes. Dans la partie supérieure du four, qui constitue ou com prend la partie formant chambre de chauf fage désignée dans son ensemble par 20, le revêtement principal et interne ?1 consiste (le même en une matière réfractaire inorgani que dense, par exemple un produit réfractaire dit type minéral tel que (le l'argile réfractaire en briques, en carreaux, en dalles, ete.,
pré sentant une résistance ..tiffisaiite aux effets d'une haute température seule, c'est-à-dire dans la gamme allant. jusqu'à 1600 C environ, ou au moins à une température aussi élevée que celle qui sera atteinte ait% limites exté rieures extrêmes de la charge.
Au-dessous d'un point convenable indiqué par la ligne de séparation 22 et jusqu'à la ligne 23, qui marque l'entrée de la région de déchar-ement 12, le revêtement interne 2.1 ou revêtement principal du four consiste en carbone relativement dense et eonipac#t, sous forme de briques, carreaux ou autres élé ments, carbone qui est de préférence d'une grande pureté, c'est-à-dire d'une faible teneur en cendres et tel, par exemple, que celui ob tenu à l'aide du présent four ou le coke de pétrole.
La partie inférieure du four revétue de car bone constitue une chambre de traitement 25 dans laquelle débouche la chambre supérieure 20 ou chambre de chauffage, et qui reçoit à partir de celle-ci la matière de ebar;-e chauf fée. A son extrémité inférieure, le four, qui présente par ailleurs et pour des raisons de commodité un diamètre uniforme du haut jusqu'en bas, présente une section conique<B>27</B> qui peut être considérée comme faisant partie de la chambre de traitement revêtue de car bone.
A travers une canalisation 28 d'alimen tation débouchant au bas du four dans un nianelion 30 garni de carbone. par exemple à travers la paroi de la partie '? î conique, on petit introduire le chlore de façon conti nue, de sorte que celui-ci circule vers le haut à travers la charge. Ait sommet du four, de préférence bien au-dessus de la zone la plus chaude de la chambre de chauffage '20, une canalisation semblable 31 débouchant. par un manchon réfractaire 32, est disposée de ma, nière à entraîner les gaz aspirés hors du four.
La partie 12 de déeliarrenient comprend un orifice de sortie 3-1 débouchant latéralement, normalement fermé par une porte 35 revêtue (le matière réfractaire, que l'on peut faire osciller vers le haut et vers l'extérieur, ou que l'on peut manoeuvrer autrement pour évacu--r (les quantités successives de coke traité.
La Partie<B>12</B> de déchargement comporte égale ment un revêtement. intérieur 37 résistant. à la chaleur, qui peut être du type réfractaire inorganique, c'est-à-dire en matière minérale dense telle que des briques d'argile réfrac taire, étant donné qu'il n'est que faiblement soumis à l'influence nuisible du chlore qui entre par l'orifice 30 et qui s'élève générale ment. depuis celui-ci jusque dans la chambre de traitement 25.
Un dispositif particulièrement efficace destiné au chauffage de la zone 20 comprend une ou des électrodes pour le passage du cou rant électrique à travers la charge en vue de elinuffer celle-ci par effet. Joule, grâce à sa propre résistance.
Par exemple, un certain nombre d'électrodes en carbone 40 font saillie à l'intérieur de la partie . supérieure de la eliambre de chauffage 20 à travers des tam pons étanches 41 en matière réfractaire, tan dis qu'un nombre semblable d'électrodes 43 font saillie à l'intérieur de la partie la plus basse de la chambre de chauffage 20 à tra- vers des tampons 44, également en matière réfractaire.
Quoique l'on puisse utiliser des iluantités, des formes et des dispositions variées pour ces électrodes, un dispositif com- inode se compose de trois électrodes à. chaque cniplacement, chacune étant en forme de tige cylindrique et faisant saillie horizontalement vers l'intérieur à partir de points écartés de 120" les uns des autres, c'est-à-dire de sorte iiue la surface d'électrode la plus importante de chaque série se trouve disposée plus ou moins ait centre de la. chambre.
En consé- (tuence, lorsqu'on relie aux électrodes une source de courant électrique (alternatif ou continu, (le préférence le premier), du cou rant passera à travers la masse de coke, sui- vant une multitude (le passages sensiblement verticaux.
1.a forme cylindrique verticale continue de l'intérieur (-tu four, c'est-à-dire telle qu'elle est. délimitée par les parois 21 et 24, facilite l'écoulement vers le bas de la matière chargée et offre à. celle-ci une surface extérieure mini- mum. Dans la pratique, le four peut être con sidérablement ou, tout au moins, quelque peu plus grand que celui représenté effectivement par rapport à son diamètre, l'allongement des parties de chauffage et de traitement. étant indiqué par les régions coupées 46 et 48 res pectivement.
La. chambre de chauffage peut également comprendre une section supérieure 49 d'une étendue verticale considérable (indi quée par la région coupée 50) au-dessus de la série d'électrodes la plus élevée 40. Cette région supérieure 49 sert de zone de pré chauffage où la matière chargée, entrante est économiquement réchauffée à la fois par con- duction à partir de l'a. matière plus chaude située dans la région entre les électrodes 40 et 4-3 et plus particulièrement par échange thermique à partir des gaz d'échappement qui s'élève dans la direction de l'orifice de sor tie 32.
Il doit être entendu que la forme, les pro portions et les dimensions du four peuvent. varier considérablement pour s'adapter aux exigences de la production. 4 titre d'exemple, un type de four pratique est, celui dans lequel le diamètre interne (horizontal) des chambres 20 et 25 est de 0,91 m, la hauteur totale de la zone la. plus basse 25 entre les lignes 23 et 22 est. de 3,04 à 4,57 m et la hauteur de la. chambre supérieure à panier de la. ligne 22 jusqu'au sommet 11 est de 9,14 à 12,19 m, les électrodes 40 et 43 étant. écartées verti calement d'environ 6,09 à 7,62 m et les élec trodes 43 les plus basses étant disposées tout près de la ligne 22 et au-dessus de celle-ci.
Un four de ce genre conduit de manière que la température périphérique de la charge dans la chambre 20 soit. d'environ -1200 C et que la partie la plus importante de la charge soit ainsi à une température de 1400 à 1600 C ou à peu près, peut fournir une production de charbon très pur allant de une à plusieurs tonnes par jour, en l'alimentant avec une bonne qualité commerciale de coke.
La conduite du four représenté est simple. Lorsque l'intérieur tout entier du four a été rempli jusque dans le voisinage du sommet de la zone de préchauffage 49, et que des con- ditions d'équilibre de température ont été atteintes en faisant passer du courant. entre les électrodes pendant un temps suffisant tout en enlevant des quantités successives de coke incomplètement traité par la porte 34 en ajoutant des quantités nouvelles par le dis positif d'alimentation par trémie 14 et 15, le four peut fonctionner d'une manière sen siblement continue. On introduit. le chlore sous forme d'un courant constant à travers le conduit 28, il se déplace vers le haut à travers le coke très chaud de la chambre 25, et là il réagit avec les impuretés.
Pendant. que le gaz se déplace vers le haut, il devient progressi vement moins concentré en chlore et plus con centré en produits volatils ou gazeux, notam ment en chlorures volatils produits par l'atta que des impuretés métalliques et en oxyde de carbone, de sorte que pendant la durée de .son passage à travers la chambre de chauffage 20, sa teneur en chlore diminue considérablement.
Quoiqu'une certaine réaction avec les ma tières minérales contenues dans le coke puisse également se produire effectivement dans la zone de chauffage 20 en consommant ainsi un supplément de chlore, la réaction princi pale est de loin celle qui s'effectue dans la chambre base 25. La concentration en chlore du gaz continue à décroître jusqu'à ce qu'il atteigne l'orifice de sortie 32; par exemple, il peut ne contenir que 2 % environ de chlore au moment où il traverse la ligne 22 et 0,01 % ou même moins au moment. où il est entraîné au dehors par la canalisation 31.
Pour ces raisons, la détérioration dit revêtement réfrac taire 21 de toute la chambre supérieure est considérablement réduite et même, dans cer tains cas, elle peut être pratiquement évitée.
Pendant la marche du four, on retire à des intervalles réguliers et, de préférence fré quents, par l'orifice 34, en ouvrant. la porte 35, des portions de charbon purifié et. on in troduit des portions nouvelles correspondan tes de coke en manceuvrant les papillons 16 ou<B>17.</B> Chaque fois que l'on enlève une cer taine quantité de produit fini par l'orifice 34, la. masse tout entière de la charge contenue dans le four se déplace vers le bas en rame- nant une quantité supplémentaire de coke à haute température dans la chambre de réac tion 25.
Le coke, une fois chauffé à, une tem pérature de l'ordre indiqué, conserve sa cha leur pendant une durée relativement longue, de ,sorte que les conditions appropriées à. une réaction efficace se trouvent maintenues dans la chambre ?5. Comme on l'a, exposé, le revê tement en charbon ?4 ne subit que peu ou pas de détérioration par 1e chlore, tandis que le revêtement réfractaire supérieur 21 est pro tégé par la. dilution croisante du gaz ascen dant.
En même temps, la nature non conduc trice de l'électricité du revêtement 21 permet un chauffage effectif par le courant. qui tra verse la charge, par exemple dans la direction du déplacement de celle-ci, les passages de courant étant ainsi situés par rapport à. la paroi 2-1 en carbone de manière à éviter tout. court-circuit. du courant à travers le carbone qui entoure la matière en cours de traitement.
Quoiqu'on ait. décrit le fonctionnement du four en se référant au traitement de coke ordinaire, par exemple tel qu'on le fabrique avec le charbon gras, il doit être entendu que l'on peut. utiliser le four pour traiter de ma- nièce analogue toute autre matière à base de carbone provenant de la houille, ou la houille elle-même et. plus particulièrement l'anthra cite.
Lorsque la charge se compose de char bon naturel, le préchauffeur 49 peut servir à. cokéfier celui-ci au moins partiellement. afin de rendre sa conductivité électrique suffisam ment. élevée pour que l'on obtienne l'effet désiré de chauffage par courant électrique entre les électrodes -10 et 43.
Furnace intended for the treatment of a solid carbonaceous material by means of gaseous chlorine. The object of the present invention is. a furnace intended for the treatment of a solid carbonaceous material by means of gaseous chlorine, at high temperature. Chlorine treatment of coke and the like has been found to be an effective method of reducing the ash content of these materials, particularly by converting impure metals to volatile chlorides which are rapidly. trained outside the treatment area.
Treatments of this kind are carried out at high temperatures, for example well above 1000 C, and it has been recognized that particularly good results are obtained by maintaining the main mass (coke or other coal at 1400 C). or at a higher temperature, the periphery of the mass then reaching temperatures of at least 1200 C. Such a process has been described in patent N 291990.
The important problem. in the treatment with chlorine of these high temperature materials is posed by the extremely corrosive character of chlorine, which attacks ordinary mineral refractories, such as aluminum silicates, etc., at the high temperatures required .
Thus, when the reaction is carried out in an oven provided with a refractory lining, chlorine continuously tends to. attack the refractory coating (by transforming it.
in volatile chlorides), especially in the presence of coke-ehar-e, so that frequent repairs or replacements are necessary. Although such attack can be reduced to some degree by appropriately controlling the reaction conditions, these measures are only remedies and the present invention aims to provide a furnace in which the possibility of such attack is avoided or reduced, while nevertheless allowing effective continuous or semi-continuous treatment.
The furnace according to the invention is characterized in that it comprises a heating chamber having a coating of an inorganic refractory composition and intended to receive the material to be treated, a chlorine treatment chamber having a carbon coating and. communicating with said heating chamber to receive therefrom. heated material, means for heating the material in the first chamber and. gas inlet and outlet conduits, the inlet conduit being located in the region of the second chamber furthest from the first chamber.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention.
The figure shows the oven partially. in side elevation and partially in vertical axial section.
The apparatus shown is made in the form of a shaft furnace, that is to say of the vertical type, to. through which the coke or other material being processed can descend slowly or intermittently for discharge (the product treated at the base. The furnace comprises an outer casing or jacket 10 of steel provided with a cover 11 and of an unloading part 12, of reduced diameter, at the base of the oven. gas.
At the upper end, the apparatus comprises a device for the introduction of successive pulls of load, consisting of the vertical column 1-1 and the conduit 15 leading into the latter and. leaving. a coke feed silo (not shown), these two elements comprising respectively butterfly valves 16, <B> 17 </B> or other means by which one small. introducing between the valves successive quantities of untreated coke which can then gradually fall into the main chamber called the furnace, without there being any appreciable gas exchange between the latter and the outside atmosphere.
The entire interior of the chamber, from top to bottom, has a heat resistant coating, which is made, at least towards the interior of the oven, of different materials in different areas. Although in some cases the entire said coating thickness may be made of the same material in a given area, it is. It is preferable to provide an outer lining layer 18, which extends from end to end, that is to say that is. the same height, the entire height of the vertical wall of the burrow, including the unloading section 12.
This arnissage 18 may be composed of a dense refractory material, of the mineral type, for example refractory clay in bricks, tiles or other forms. In the upper part of the furnace, which constitutes or comprises the heating chamber part denoted as a whole by 20, the main and internal liner? 1 consists (the same of a dense inorganic refractory material, for example a refractory product. said mineral type such as (refractory clay in bricks, tiles, slabs, etc.,
having a resistance ..tiffisaiite to the effects of a high temperature alone, that is to say in the range. up to about 1600 C, or at least at a temperature as high as that which will be reached at the extreme outer limits of the load.
Below a suitable point indicated by the dividing line 22 and up to the line 23, which marks the entrance to the discharge region 12, the internal lining 2.1 or main lining of the furnace consists of relatively carbon. dense and eonipac # t, in the form of bricks, tiles or other elements, carbon which is preferably of high purity, i.e. of low ash content and such, for example, as that Obtained using the present furnace or petroleum coke.
The lower part of the oven coated with carbon constitutes a treatment chamber 25 into which the upper chamber 20 or heating chamber emerges, and which receives therefrom the bar material; -e chauf fairy. At its lower end, the furnace, which otherwise and for convenience has a uniform diameter from top to bottom, has a <B> 27 </B> conical section which can be considered as part of the chamber. treatment coated with carbon.
Through a supply line 28 opening at the bottom of the furnace in a nianelion 30 lined with carbon. eg through the wall of the part '? Conical, the chlorine is introduced continuously, so that it flows upwardly through the load. At the top of the oven, preferably well above the hottest area of the heating chamber '20, a similar pipe 31 opens out. by a refractory sleeve 32, is arranged so as to entrain the gases sucked out of the furnace.
The release portion 12 comprises an outlet 3-1 opening laterally, normally closed by a coated door 35 (the refractory material, which can be made to oscillate upwards and outwards, or which can be Maneuver otherwise to remove the successive quantities of coke treated.
The unloading Part <B> 12 </B> also has a coating. interior 37 resistant. heat, which can be of the inorganic refractory type, i.e. dense mineral material such as refractory clay bricks, since it is only weakly subjected to the harmful influence of chlorine which enters through port 30 and which generally rises. from this to the treatment chamber 25.
A particularly effective device intended for the heating of the zone 20 comprises one or more electrodes for the passage of the electric current through the load in order to elinuffle the latter by effect. Joule, thanks to his own resistance.
For example, a number of carbon electrodes 40 protrude inside the part. upper part of the heating chamber 20 through sealed tubes 41 of refractory material, whereby a similar number of electrodes 43 protrude inside the lower part of the heating chamber 20 through to buffers 44, also of refractory material.
Although various quantities, shapes and arrangements can be used for these electrodes, a composite device consists of three electrodes. each cniplacement, each being in the form of a cylindrical rod and projecting horizontally inward from points 120 "apart from each other, i.e. so that the largest electrode area of each series is placed more or less in the center of the chamber.
Consequently, when a source of electric current (alternating or direct, (preferably the first) is connected to the electrodes, current will pass through the mass of coke, following a multitude (the substantially vertical passages .
1.a continuous vertical cylindrical shape from the inside (-you oven, i.e. as delimited by walls 21 and 24, facilitates the downward flow of the loaded material and provides to this a minimum outer surface. In practice, the furnace may be considerably or at least somewhat larger than that actually shown in relation to its diameter, the elongation of the heating parts and treatment being indicated by cut regions 46 and 48, respectively.
The heating chamber may also include an upper section 49 of considerable vertical extent (indicated by the cut region 50) above the uppermost array of electrodes 40. This upper region 49 serves as a pre-zone. heating where the incoming charged material is economically reheated both by conduction from the a. hotter material located in the region between electrodes 40 and 4-3 and more particularly by heat exchange from the exhaust gas which rises in the direction of the outlet 32.
It should be understood that the shape, proportions and dimensions of the oven can. vary widely to suit production requirements. As an example, a practical type of furnace is that in which the internal (horizontal) diameter of the chambers 20 and 25 is 0.91 m, the total height of the zone 1a. lowest 25 between lines 23 and 22 east. from 3.04 to 4.57 m and the height of the. upper room to basket from the. line 22 to top 11 is 9.14 to 12.19 m, electrodes 40 and 43 being. spaced vertically by about 6.09 to 7.62 m and the lowest electrodes 43 being arranged close to line 22 and above it.
A furnace of this kind conducts so that the peripheral temperature of the charge in the chamber 20 is. of about -1200 C and that the most important part of the load is thus at a temperature of 1400 to 1600 C or so, can provide a production of very pure coal ranging from one to several tons per day, in l 'feeding with good commercial grade coke.
The operation of the oven shown is simple. When the entire interior of the furnace has been filled to the vicinity of the top of the preheating zone 49, and temperature equilibrium conditions have been reached by passing current. between the electrodes for a sufficient time while removing successive amounts of incompletely processed coke through gate 34 adding new amounts through the hopper feed device 14 and 15, the furnace can operate in a substantially continuous manner . We introduce. the chlorine as a constant current through line 28, it travels upward through the very hot coke of chamber 25, and there it reacts with the impurities.
During. as the gas moves upwards, it gradually becomes less concentrated in chlorine and more concentrated in volatile or gaseous products, in particular in volatile chlorides produced by the attack than metallic impurities and carbon monoxide, so that during the period of its passage through the heating chamber 20, its chlorine content decreases considerably.
Although some reaction with the minerals contained in the coke may also actually occur in the heating zone 20 thereby consuming additional chlorine, by far the main reaction is that which takes place in the base chamber 25. The chlorine concentration of the gas continues to decrease until it reaches the outlet 32; for example, it may contain only about 2% chlorine as it crosses line 22 and 0.01% or even less at the time. where it is drawn outside by line 31.
For these reasons, the so-called refractory lining 21 deterioration of the entire upper chamber is considerably reduced and even, in some cases, can be practically avoided.
While the oven is in operation, it is withdrawn at regular intervals and, preferably frequent, through the orifice 34, while opening. door 35, portions of purified charcoal and. corresponding new portions of coke are introduced by maneuvering butterflies 16 or <B> 17. </B> Each time a certain quantity of finished product is removed through port 34, the. the entire mass of the charge contained in the furnace moves downward, carrying an additional quantity of high temperature coke into the reaction chamber 25.
The coke, when heated to a temperature of the order indicated, retains its heat for a relatively long time, so that the conditions suitable for. an effective reaction are maintained in the chamber? 5. As discussed, the carbon liner 4 undergoes little or no deterioration by chlorine, while the upper refractory liner 21 is protected by the. increasing dilution of the ascending gas.
At the same time, the electrically non-conductive nature of the coating 21 allows effective heating by current. which traverses the load, for example in the direction of movement of the latter, the current passages thus being located relative to. the wall 2-1 in carbon so as to avoid everything. short circuit. of the current through the carbon surrounding the material being processed.
Whatever we have. describes the operation of the furnace with reference to the processing of ordinary coke, for example as made with fatty coal, it should be understood that one can. use the furnace to similarly process any other carbon-based material from the coal, or the coal itself and. more particularly the anthra quotes.
When the load consists of natural good tank, the preheater 49 can be used. at least partially coke it. in order to make its electrical conductivity sufficiently. high to obtain the desired effect of heating by electric current between electrodes -10 and 43.