<Desc/Clms Page number 1>
PROCEDE DE REDUCTION DES MINERAIS ET DE TRANSFORMATION DES HYDROCARBURES.
Cette invention est relative à un appareil combiné
EMI1.1
destiné fa. rëduiJ-'M lcjéi miuora.ia aU 2i, ù.t.'t!.I1I:1!U.t!IIII:IL' 11:11:1 hyyVxta carbures,et à un procédé de réduction des minerais et de transformation des hydrocarbures.Elle concerne spécialement un nouveau mode de construction de four destiné à la réduo- 'tion de l'oxyde de fer sans fusion d'une manière vraiment simple,économique et efficace,et en même temps elle donne des moyens nouveaux pour le fractionnement ou la transforma- tion (y compris le raffinage ou oraquage ou dissooiation) des hydrocarbures et pour la, réduction du minerai de fer, les phases de la réduction et de la transformation s'effeo- tuant simultanément et continuellement et à températures re- lativement basses.
On a proposé précédemment pour la réduction des oxy- des métalliques beaucoup de dispositifs en vue de réduire les
EMI1.2
oxydes !'!ltHw,l1il'lut:II!J, ou plus part ioul:1.l'emêJt1t le minerai de
<Desc/Clms Page number 2>
fer,en fer spongieux,le minerai de fer étant chargé dans des cornues en présence d'agents réducteurs à des degrés de température variés,mais ces dispositifs n'ont pas permis de produire du vrai fer spongieux sur une base commerciale et à un prix de revient qui aurait permis son emploi ,dans la fa- brication du fer ou de l'acier du commerce.Du fer spongieux debonne qualité a été produit,
mais le procédé de production utilisé a rendu son emploi presque prohibitif par suite des éléments de chauffage nécessaires et des frais de fabrication a qui en résultent.La où l'on utilisé des appareils de réduc- tion des minerais pour réduire ceux-ci sans fusion,ces dis- positifs ont été destinés uniquement à la réduction des mine- rais,et très peu d'entre eux ont été destinés à la récupéra- tion des gaz importants,tels que l'oxyde de carbone (00), qui sont produits par l'action réductrice.En outre ces appa- reils ont été destinés uniquement à la réduction des minerais et jusqu'ici il n'a pas été reconnu que les huiles,telles que les huiles minérales,et les hydrocarbures,peuvent être fractionnés ou transformés pendant la réduction même du mine- rai,
Bami les procédés habituels de distillation et de ora- quage des hydrocarbures,tels que l'huile minérale,on a uti- lisé un nombre presque illimité de procédés qui comprenaient la distillation des hydrocarbures avec ou sans craquage,dis- tillation réalisée par la nouveauté de la matière traitée et craquage des hydrooarbures en présence de matière catalyti- que,dans ce cas la matière catalytique devient rapidement
EMI2.1
vgn6nSU:ir,00 qui néoaaoito 0 /:
J on no IJL oYl1.!jt! ou son remplacement , Ces procédés variés et presque innombrables ont été d'habi- tude réalisés soit à température ou à pression relativement élevée,soit tous les deux à la fois,et en une ou plusieurs opérations.Ces appareils et procédés de distillation des hy-
EMI2.2
drocarbures,sans avoir égard au résultat obtenu,ont été diri- gés uniquement vers le procédé de distillation ou craquage.
<Desc/Clms Page number 3>
Un objet de la présente invention consiste à combiner la réduction du minerai avec le fractionnement et la trans- formation des hydrocarbures,et pour parler largement il s'agit d'un procédé de fractionnement et de transformation des hydro- carbures dans la réduction du minerai de fer,et d'un four de raffinage et de réduction du type dans lequel le minerai h réduire forme uno masse clôse compaote continuellement ali- mentée,La chaleur est transmise,à température relativement basse,par conduction à la masse de minerai en mouvement conti- nuel,la température étant exactement suffisante pour provo- quer la réduction du minerai sans changer la structure de la gangue qui l'accompagne,et les hydrocarbures,tels que les huiles minérales ou les goudrons,
sont ajoutés au minerai en- fermé,continuellement en mouvement en un ou dos points déter- minés d'avance par rapport à la zone de réduction,grâce à quoi les hydrocarbures peuvent être fractionnés et transfor- més,ou vaporisés de toute autre manière et dissociés ou cra- qués en présence du minerai présentant une influence cataly- tique, et cela à une température relativement basse,sans pro- duction de contamination par empoisonnement ou de dépôt de carbone.L'influence de l'empoisonnement des catalyseurs est évitée en faisant sortir constamment les catalyseurs,qui peuvent être oonstituéspar le minerai soit à l'état réduit ou non réduit,ou toute autre matière catalytique,de la zone de fractionnement ou de transformation,
et en les faisant a- vancer au-travers de la zone de réduction où lo dépôt de carbone,qui reste après que les huiles ont été fractionnées ou transformées,s'unit à l'oxygène dans le minerai pour provo- quer la réduction du minerai de fer en fer spongieux.
Le four de réduction ou de raffinage destiné à réali- ser ce procédé peut comprendre une cornue ou un groupe de cornues pourvues d'une série d'éléments de chauffage électri- ques,formant la source de chaleur et appliqués à certains in- tervalles à travers la masse de minerai à réduire.Les cornues
<Desc/Clms Page number 4>
ou fours présentent de préférence une section transversale longue et étroite et sont disposés en batteries,de cette construction résulte substantiellement que toute la chaleur rayonnée par les éléments de chauffage susdits est absor- bée par la charge pour effectuer le fractionnement ou la transformation des hydrocarbures et la réduction du mine- rai et en même temps rendre les pertes de chaleur par ra- diation négligeables.
Quoique l'on puisse utiliser n'importe quelle sour- ce de chaleur,un résultat important de cet appareil réside dans l'emploi d'éléments de chauffage électriques,lesquels travaillent suivant le principe des résistances ,suivant lequel on soumet par conduction la charge à une tempéra- turf' relativement banne, et suivant lequel la chaleur pro- duite est exactement celle qui est nécessaire,ou en d'autres mots,la chaleur requise dans le procédé de réduction est ob- tenue graduellement des éléments de résistance jusqu' à ce que l'on ait obtenu exactement la quantité nécessaire de chaleur,au lieu de chauffer le four jusqu' à une températu- re élevée et de l'abaisser ensuite à la température de ré- duction correcte,
Ce procédé réalise une grande économie dans la consommation de la chaleur et donne une production considérable.
Un autre objet de l'invention consiste dans l'ob- tention d'une zone de chauffage progressive dans un four à réduire les minerais et en de nouveaux moyens pour régler l'introduction des hydrocarbures, tels que les huiles de pé- trôle,en différents points sur la hauteur de la dite ou des dites cornues dans la masse close de minerai,grâce à quoi les hydrocarbures aident à la réduction du minerai en agis- sant soit comme agents réducteurs soit comme agents de re- froidissement tout en étant eux-mêmes fractionnés ou trans- formés.Les éléments de chauffage sont disposés longitudi- nalement par rapport à la cornue dans le but de former une
<Desc/Clms Page number 5>
zone de chauffage préalable,
une zone de réduction et une zone de refroidissement.L'introduction des hydrocarbures dans la ou les cornues en des points déterminés d'.avance dans ces diverses zones est réglée par la qualité des produits hydro- carburés désirés et par la température des zones.
Un objet supplémentaire de l'invention concerne les agents catalyseurs.Le minerai de fer traversant la ou les cornues sert d'agent catalyseur,lequel est toujours frais, d'autres agents catalyseurs peuvent être placés d'une manière permanente ou temporaire dans le four ou en faire partie in- tégrante dans le but de réaliser le fractionnement ou la trans- formation des hydrocarbures lourds ou la production d'un gaz fixe à hauteur teneur en hydrogène ou en méthane, ou les deux à la fois.Les parois de la cornue peuvent être garnis au moyen d'un agent catalyseur ou ce dernier peut être introduit dans les cornues avec le minerai de fer.Les hydrocarbures lé- gers,résultant du traitement des hydrocarbures introduits dans la cornue en présence de la basse température réductrice et des catalyseurs,
s'échappent comme gaz fixes et le minerai ré- duit est déchargé après avoir traversé la zone de réduction et avoir été refroidi vers les extrémités de décharge de la ou des cornues,
Un autre trait de la présente invention concerne l'em- ploi d'une nouvelle cornue ou d'une série de cornues,desti- nées à être traversées par le minerai,et les moyens utilisés pour l'alimentation et le déchargement de ce nouveau type de cornue sont tels que la réduction du minerai et le raffinage des hydrocarbures dans la ou dans les cornues peuvent s'ef- fectuer sous pression.De nombreux autres traits nouveaux de cette invention apparâitront au fur et à mesure de l'avance- ment de cette description et seront définis dans les revendi- cations annexées.La forme d'exécution préférée de l'invention est représentée dans les dessins annexés,
dans lesquels des
<Desc/Clms Page number 6>
signes de référence semblables désignent des parties corres- pondantes.Dans ces dessins :
Fig.I est une vue en élévation avec une coupe partiel- le d'un four combiné pour la réduction des minerais et la transformation des hydrocarbures,et montre la méthode pré- férée pour former les cornues et disposer les unités de chauf- fage.
Fig.2 est une coupe transversale fragmentaire suivant la ligne 2-2 de Fig.I,la partie inférieure de la construction étant pourvue 'de chicanes alternées au lieu d'ailettes de refroidissement.
Fig. 3 est une coupe transversale montrant une variante de construction des éléments de chauffage et des carneaux,et la manière de les disposer.
Fig.4 est une coupe fragmentaire au-travers d'une des cornues construites suivant la disposition montrée en Fig.3.
Fig.5 est une vue schématique montrant une des nom- breuses manières d'introduire les hydrocarbures en diffé- rents points déterminés préalablement dans la cornue de ré- duction du minerai.
Fig.6 est une vue analogue à celle de Fig.5,montrant schématiquement la position de la zone réductrice par rap- port à la cornue fermée et l'introduction des hydrocarbures en un point situé sous la zone réductrice,et l'évacuation des gaz en un point situé au-dessus de la zone réductrice.
Fig.7est une vue analogue à celles de Fig. 5 jet 6, montrant schématiquement la position de deux zones de chauf- fage positives et la façon d'amener les hydrooarbures en contact avec le minerai au travers d'une seule des zones de chauffage.
Fig.8 est une vue schématique analogue à celles des Fig.5,6 et 7 la manière de réaliser des zones séparées pour le chauffage préalable et la réduction,les zones de réduc- tion se trouvant soumises à une pression positive,
<Desc/Clms Page number 7>
Fig;9 est une vue en élévation de profil,avec une coupe partielle,d'un four destiné à réduire le minerai et transfor- mer les hydrocarbures,lequel est analogue au type représenté en Fig.3,mais il comprend des moyens spécifiques pour amener aux unités de chauffage elles-mêmes du schiste huileux ou une matière analogue.
Il doit être entendu que l'on peut utiliser différents types de fours pour réaliser l'invention.La forme de four pré- férée pour la mise en oeuvre du procédé prévoit une ou des cornues fermées destinées à recevoir et de préférence à être alimentées d'une manière continue du minerai à réduire,des moyens pour réaliser une zone de chauffage et maintenir cette dite zone à une température relativement exacte déterminée d'avance,des moyens pour introduire les hydrocarbures en un point quelconque de la ou des cornues,
grâce à quoi les hy- dracarbures seront distillés et craqués en présence du mine- rai de fer ou du minerai réduit et le minerai de fer sera ré- duit en présence des hydrocarbures ou des dépôts d'hydrocar- bures.On remarquera que le procédé concerne par conséquent d'une manière générale une méthode de fractionnement ou de transformation des hydrocarbures combinée au procédé de ré- duction du minerai de fer,ou l'invention, considérée largement, peut être énoncée d'une autre manière :une méthode de réduc- tion du minerai de fer comprise dans un procédé de craquage et de raffinage des hydrocarbures.
La forme de four préférée,telle qu'elle est représentée en Fig.1, comprend une cornue,qui peut être désignée d'une manière générale par I,et qui s'étend de préférence sur tou- te la longueur du four et est ouverte à la partie supérieure dans le but de permettre l'arrivée d'une masse continue de mi- nerai.Cette cornue est de préférence de forme généralement rectangulaire et divisée en une série de oornues plus petites au moyen d'unités de chauffage 2,lesquelles sont-disposées de préférence transversalement par rapport à la cornue principa-
<Desc/Clms Page number 8>
le I et qui se terminent de préférence également en pointe à la partie supérieure,de manière à diviser la masse de mi- nerai en colonnes séparées,
relativement longues et étroites en section transversaleQes éléments ou unités de chauffage 23 peuvent présenter n'importe quelles dimensions et être dis- posées,de n'importe quelle manière,suffisamment longuement totale pour que la masse de minerai soit démolie et que la chaleur soit appliquée à certains intervalles dans la masse du mi- nerai,ou en d'autres mots ,les unités de chauffage doivent être disposées de telle sorte que toute la chaleur qu'elles rayonnent soit absorbée par la masse environnante de mine- rai.
Ces unifiés de chauffage s'étendent de préférence trans- versalement dans le four et sont creuses à leur sommet pour recevoir des éléments de résistance électrique convenables, qui seront désignés par 3.La paroi du four est pourvue de couvercles appropriés 4,grâce auxquels les éléments de ré- sistance peuvent être enlevés et remis en place suivant les besoins.Le minerai,qui est destiné à être chargé en masse dans le four de manière à entourer les éléments de chauffa- ge et à être ensuite divisée par ces derniers,est enfour- né au moyen de trémies 5 et d'organes distributeurs rota- tifs appropriés 6.Des distributeurs ou des trémies 7 de forme appropriée sont prévus à la base de chaque cornue formée par les éléments de chauffage, 3,
et les distributeurs 6 du sommet comme les distributeurs 7 du fonds de chaque cornue sont rendues étanches à l'air,de manière à permettre la réduction du minerai ou le fractionnement ou la trans- formation des hydrocarbures,ou les deux à la fois,sous une pression déterminée préalablement si on le désire.Il est évident que le distributeur d'alimentation 6 peut tourner à n'importe quelle vitesse,ce qui permet de contrôler exac- tement la réduction du minerai et la production obtenue;
Il faut noter que suivant le mode d'exécution proposé du pro-
<Desc/Clms Page number 9>
cédé,l'alimentation des cornues en minerai de fer s'effectue de préférence d'une manière continue,ou au moins intermitten- te,de manière à produire une action substantiellement continue, ce qui permet de présenter en tout temps du,minerai frais à l'arrivée des hydrocarbures.Cependant,il est bien entendu que ce procédé peut être exécuté de manière avantageuse,même si los oornuea no sont rompîtes qu'à des intervalles rolative- ment éloignés.
Pour opérer l'introduction des hydrocarbures dans les cornues, on? a prévu de préférence une série d'orifices d'admis- sion 8 et 9,commandés par des valves appropriées,lesorifices d'admission 8 étant disposés exactement au-dessus de la zone de chauffage déterminée par les éléments de résistance électri- ques 3, et les orifices d'admission 9 étant disposés à la base de cette même zone de chauffage;
ces orifices 8 et 9 peuvent être utilisés pour l'introduction des hydrocarbures dans la cornue,si on le désire.11 est bien entendu cependant que l'on peut prévoir un nombre quelconque d'orifices pour l'introduction des hydrocarbures à l'intérieur des cornues longues et étroi-
EMI9.1
tM,#!'b ds-nn la. pratiqua aotuolla où différentes qualités d' hydrocarbures,y compris différentes sortes d'huiles,sont uti- lisables et où l'on désire différentes fractionnements ou transf ormations,chaque cornue sera pourvue de plusieurs orifi- ces d'admission commandés par des valves,lesquels seront espa- cés en différents points par rapport à la zone de réduction.
Les orifices d'admission 9 peuvent être disposés à l'intérieur des unités de chauffage 2,comme il est indiqué en Fig.1, et les hydrocarbures,tels que l'huile minérale,peut être introduite à la base des unités de chauffage,par exemple en IO,et ensui- te dirigée vers les valves 9,par suite le minerai réduit sera refroidi et les hydrocarbures seront- échauffés;
les huiles é- chauffées seront alors amenées aux orifices d'admission 9 et introduites en cet état d'éohauffement dans les carneaux de la cornue,de préférence exactement en-dessous de la zone de
<Desc/Clms Page number 10>
réduction.On a montré au dessin deux endroits préférés pour 1' introduction des hydrocarbures dans la cornue fermée du four, mais il est bien entendu qu'on peut disposer ces orifices d'admission comme on le désire,de manière à soumettre l'afflux d'hydrocarbures à la température requise suivant la qualité des produits envisagés.Lorsque les huiles hydrocarburées sont introduites à l'intérieur des unités de chauffage 2 pour effec- tuer le refroidissement du minerai réduit,
ces huiles seront partiellement raffinées et les liquides plus légers ainsi que les gaz monteront et se rendront dans les cornues au travers des valves 9.Les hydrocarbures plus lourds et les goudrons ou toute autre substance plus lourde,abandonnés dans cette o- pération,peuvent alors être évacués si on le désire.Ces hydro- carbures plus légers et les gaz peuvent être alors introduits dans les cornues ou dans la masse de minerai en un point situé au-dessous de la zone de réduction,et les gaz en montant réa- giront avec le minerai dans la zone de réduction pour effectuer cette réduction.Lorsqu'on désire introduire les hydrocarbures ou les autres substances réductrices en un point situé au- dessus de la zone de réduction,
le coke ou le carbone produit réagira avec l'oxygène dans le minerai pour réaliser la réduo- tion du minerai.Ainsi 1'hydrocarbure ou les agents réducteurs choisis ajoutés au-dessus de la zone réductrice sont de préfé- rence ceux qui contiennent des goudrons à coke,quoiqu'ils doi- vent être de composition telle à ne produire jamais l'agglutina- tion de la masse de minerai.Les orifices 8 et 9 sont destinés à être utilisés lorsque les hydrocarbures sont liquides,mais dans le cas où l'on utilise d'autres hydrocarbures,tels que du charbon contenant des hydrocarbures,desschistes huileux, du bois,des produits végétaux,du sucre de betterave,de la pulpe de canne ou d'autres substances analogues,
les hydrocarbures peuvent être introduits dans la ou les cornues en étant mélan- gés au minerai,dans ce cas les orifices d'admission 8 et 9 peuvent servir à l'introduction additionnelle d'hydrocarbures
<Desc/Clms Page number 11>
sous forme liquide,si on le désire,
Les trémies 5 sont de préférence renfermées dans des caisses appropriées II,ce qui permet de chauffer préalablement le minerai à son arrivée,si on le désire.En Fig.2 on a montré une forme légèrement modifiée du four,dans laquelle la base de l'unité de chauffage 2 est divisée en.
une série de chica- nes 12 disposées alternativement.Lorsque l'on utilise une tel- le variante de construction les hydrooarbures sont de préfé- rence introduits directement dans les cornues par l'un ou l'autre des orifices 8 et 9,sans subir un chauffage préala- ble.Dans cette disposition spéciale,de l'air est introduit dans les chicanes 12 qui font partie des unités de chauffage 2,et comme l'air est dirigé vers l'avant et vers l'arrière par les chicanes,il sert à refroidir le minerai réduit et est échauffé à son tour.L'air chaud est alors de préférence amené par des conduits appropriés 13 autour des trémies 5, dans le but de soumettre à son arrivée le minerai à un chauffage préalable.Des conduits de sortie appropriés 14 sont prévus pour communiquer avec l'intérieur de la cornue prinoipale 1.
Comme la cornue est entièrement fermée et que le minerai et les hydrocarbures sont chauffés par conduction, il en résulte qu'il se formera par le procédé en question une grande quantité de gaz précieux et que les conduits de sortie 14 serviront à évacuer ces divers gaz,Ces gaz peuvent être dirigés vers un collecteur quelconque approprié,où ils peuvent être soumis à une séparation,condenséspu traités de toute autre manière désirable pour en retirer des sous- produits.
La température des unités de chauffage peut être exac- tement réglée et contrôlée au moyen des unités de résistance électriques,Ces unités sont disposées de telle sorte qu'el- les dégagent régulièrement de la chaleur dans une certaine zone autour de chaque cornue.La chaleur au centre de cette zone ou au point le plus chaud peut être maintenue de pré-
<Desc/Clms Page number 12>
férenoe vers 1800 à 3000 F., mais cette chaleur spéciale à laquelle ces unités sont maintenues peut varier considéra- blement suivant les désirs de l'opérateur,la production exigée,
et la qualité du minerai déduit et l'hydrocarbure craqué.L'important consiste en ce que les unités de résis- tance se trouvent à l'intérieur de la masse de minerai à réduire et sont enfermées de manière à chauffer le minerai par conduction et par conséquent que la chaleur soit appli- quée à l'intérieur de la masse de minerai et exactement maintenue à la température relativement basse exacte, suffisante pour produire la réaction désirée, centre le mine- rai et les agents réducteurs,c'est à dire la réduction qui s'en suit du minerai et le fractionnement ou la transforma- tion des hydrocarbures.Les courants de minerai séparés sont relatif trient longs et étroits,
grâce à quoi ces oourants plats sont pénétrés uniformément et complètement par la chaleur émise par les unités de résistance.Quand le mine- rai est déchargé par les trémies 7,il est relativement froid par suite de l'effet réfrigérant de l'air ou de l'arrivée des hydrocarbures,d'où résulte que ce minerai peut être évacué sans être soumis à l'oxydation.
En opérant la transformation des hydrocarbures en présence du minerai réducteur ,les hydrocarbures tels que l'huile introduits par les orifices 8 ou 9 en un autre point ou en d'autres points quelconques si on le désire,comme il sera décrit par la suite,Les oxy- des ou le minerai traversant les cornues pour être réduits constituent une substance catalytique et le chrome ou le
EMI12.1
nickel oonRti tue unf1 R1Jtrp nuhntn.nor1 ontn.lyti.q'\,1e.
Le ohr5- me et le nickel ,ou tout autre catalyseur analogue,peut former le garnissage des cornues ou peut être introduit en même temps que le minerai de fer sous forme de grenaille de nickel ou de chrome, de toile ou sous toute autre forme qui peut être aisément reprise après avoir passé au travers des cornues,En certains cas,je préfère ajouter une certaine
<Desc/Clms Page number 13>
quantité de fer spongieux réduit avec le minerai à réduire, pour aider l'action catalytique de la transformation ou du oraquage des hydrocarbures.Lorsque le garnissage des cornues est fait en matière catalytique,lesparois de la cornue peu- vent âtre constituées complètement de matière oatalytique ou les parois peuvent être formées en matière analogue à celle des creusets avec un recouvrement ou un enduit partiel en ma- tière catalytique sur les parois,
si on le désire.
Dtune manière générale,dans le procédé,la minerai de fer est chargé dans la cornue,en morne temps que les autres agents catalyseurs tels que le nickel ou le chrome ou le minerai spongieux réduit.Le minerai est de préférence chargé de maniè- re continua par les trémies 5 au sommet du foar proprement dit ou cornue 1.
Il est clair que les cornues minces et plates se- ront remplies et que le minerai sera chargé comme un seul bloc au sommet de la cornue principale.Des zones de refroidissement, de réduction et de chauffage préalable sont maintenues tout autour de chaque cornue et le minerai de fer est chargé en des- cendant dans ces cornues et au travers des zones de chauffage préalable,de réduction et de refroidissement.La température dos unités de chauffage peut être maintenue à une température relativement basse au moyen des unités de résistance éleotri- ques,la chaleur maxima de la zone de réduction étant relati- ment basse si on la compare@ce qui se passe dans le haut- fourneau ordinaire.A cause de ces éléments éleotriques,
la température de ces derniers peut être graduellement portée au point désiré et être exactement contrôlée et maintenue à ce point. ceci contraste directement avec les moyens de chauf- fage employés dans les autres fours/à. réduire le minerai,où les moyens de chauffage atteignent habituellement une tempéra- ture relativement haute aux points de combustion,laquelle doit par la suite être abaissée avant que l'on obtienne des résultats vraiment bons,et même lorsqu'elle est abaissée, ces moyens de chauffage du genre en question étaient très diffi-
<Desc/Clms Page number 14>
ciles à manoeuvrer pour maintenir une température constante.Les hydrocarbures,sous la forme d'huiles ou autres formes,sont in- troduits dans les cornues respectives en des points déterminés d'avance ,
et par suite de la présence des agents catalyseurs, la dissociation des hydrocarbures s'effectue à températures relativement basses,et le carbone précipité dans ces fraction- nements des hydrocarbures passera avec la matière à réduire à des températures plus élevées (mais encore relativement basses, environ 1800 F.) et réagira avec les oxydes pour effectuer la réduction du minerai et former un gaz monoxyde de carbone (CO).
La vitesse à laquelle le minerai se déplaoe dans les cornues,en d'autres mots,la vitesse du chargement par le distri- buteur 6 et de sa sortie par la trémie 7 est telle qu'elle règle exactement le flux du minerai au travers du four de manière à obtenir une réduction complète. Après avoir passé au travers de la zone de réduction, qui est directement adjacente aux unités de résistance,le minerai sera alors effectivement refroidi,étant donné la longue et mince masse formée par lui.Cette action ré- frigérante est obtenue en faisant passer un corps réfrigérant à travers la partie inférieure des unités de chauffage 2 pour absorber la chaleur du minerai réduit,ou d'autre manière,
cette chaleur peut être absorbée par le passage de gaz réducteurs à travers la partie inférieure creuse de ces unités de ohauffa- ge 2.Quand le minerai est évacué par les trémies 7,il est alors comparativement froid,grâce à quoi il peut être reçu dans des récipients appropriés sous forme de fer spongieux réduit et à une température suffisamment basse pour éviter l'oxydation.
A la suite de l'introduction générale des hydrocarbures dans les cornues, les hydrocarbures plus lourds seront fraction- nés ou transformés et raffinés,en étant vaporisés et dissociés et changés en liquides plus légers ou en gaz formant des liqui- des plus légers en présence du ou des catalyseurs,qui empêcheront leur combinaison avec l'oxygène à la plus basse température de réduction du minerai pour former de la vapeur d'eau.De cette
<Desc/Clms Page number 15>
manière,des hydro oarbures légers se forment à des tempéra- tures relativement plus basses que dans le procédé de raffinage des hydrocarbures dénommé "craquage", puis qu'une substance catalytique fortement active se trouvera.en contact avec le minerai avançant continuellement,qu'il soit mélangé au minerai ou qu'il fasse partie des parois de la cornue.L' oxyde de fer,
à son passage au travers de la zone de réduc- tion,abandonnera son oxygène au carbone ou l'hydrogène et sera réduit en fer spongieux,l'oxygène se combinant avec les dépôts de carbone en excès provenant des hydrocarbures, pour former du monoxyde de carbone. il résulte de cette dis- position et de la réaction catalytique que les hydrocarbu- res ,s'ils sont introduits à l'endroit convenable,seront fractionnés ou craqués;
il se dégagera en même temps un peu d'hydrogène quise combinera avec le parbone abandonné éventuellement dans le procédé de craquage,il se formera un gaz fixe tel que du méthane (CH4) du à la présence du catalyseur. on verra ainsi qu'en faisant passer continuelle- ment les oxydes au travers des cornues fermées et en ajou- tant des hydrocarbures lourds,tels que de l'huile minérale ou des goudrons,on peut transformer ou craquer les hydrocar- bures plus lourds,de préférence sous forme d'hydrocarbures plus légers et produire aussi un gaz plus riche contenant de l'hydrogène ou des composés hydrogénés et des gaz tels que du méthane,
etc.Il est entendu cependant que ce craqua- ge des hydrocarbures et la formation des gaz qui en résul- tent peuvent se produire jusqu' à un certain point en pré- sence de minerai de fer ou de fer finement divisé seulement, agissant comme catalyseur,mais la magnétite Fe3O4, ou du mine- rai avec du nickel ou du chrome sont préférable pour aug- menter la réaction catalytique.Lorsque de l'hydrogène et du carbone existent dans les cornues,en présence de fer spongieux de nickel ou autres agents oatalytiques,à une température de 500 F. environ et à une pression d'environ 1 1/2 livre, le carbone se combinera avec l'hydrogène pour former CH4,
<Desc/Clms Page number 16>
qui est approximativement fixé à 97$.
On voit ainsi que à la suite de la libération de l'hydrogène et du carbone dans la zone de réduction,lesquels descendent sous forme d'hydrogène et de carbone au travers de la zone de refroidissement,ils se combineront en présence de ou des agents catalytiques pour former du méthane (CH4).
Quand les hydrocarbures sont ajoutés au métal ré- duit et cela en-dessous de la zone de réduction,ils servent comme moyens de refroidissement pour le métal réduit,car les gaz formés absorbent les unités de chaleur et montent au tra- vers des zonesde plus haute température et réagissent avec les oxydes sous l'influ@@ce catalytique.Par suite du fait que l'on utilise des unités de résistanoe électriques,on ne peut jamais atteindre un point de combustion élevé puisque la température de réduction exacte est déterminée par les produits désirés,et la température du four est déterminée par la température fixée à laquelle on peut obtenir un mono- xyde de carbone,(00)continuellement au lieu du gaz anhydride carbonique (002),
qui se produit à température plus élevée.
En outre, le four ne s'engage jamais,parce que l'on peut con- trôler exactement la chaleur,et la température ne monte ja- mais dans le four et par suite il ne se produit jamais de scories.
Dans l'utilisation de la variante de construction du four représentée en Fig.3 et 4,pour exécuter cette nouvelle méthode,les cornues sont formées comme des cornues distinctes depuis l'endroit de chargement jusu' à l'endroit du décharge- ment,Il est clair que l'on peut prévoir des orifices d'entrée appropriés en différents points le Idng de chaque cornue dans un pareil groupe de cornues pour l'introduction des hydrocar- bures en différents points relativement à la zone de réduction représentée par les éléments de résistance 3.11 peut ttre dé- sirable cependant de faire passer le minerai à réduire dans u- ne cornue et de charger la cornue voisine de substance réduc- trice ou d'hydrocarbures,
spécialement quand ces matières ré-
<Desc/Clms Page number 17>
ductrices sont associées à une gangue indésirable telle que du schiste huileux,ou que les hydrocarbures contiennent des goudrons de coke,qui peuvent produire l'agglutination de la masse de minerai après que celle-ci a été réduite en fer spongieux.Lorsque ces matières réductrices ou d'autres matiè- res combinées sont ajoutées aux cornues diabinotoa ot oha.uf-. fées par conduction,il est préférable de prévoir un canal ap- proprié 30 entre les cornues respectives,grâce à quoi les gaz provenant de la matière réductrice ou des autres hydrocarbu- res seront amenés à la cornue contenant le minerai,où ils servent de matière réductrice,Dans cette construction,
les deux colonnes de matière seront chauffées et les gaz prove- na,nt de la matière réductrice dana la ou les oornuoa adjacen- tes,seront amenés à la cornue contenant le minerai à réduire.
Une partie des gaz hydrocarbures formés seront soumis à une action catalytique et dissociés pour former différents hydro- carbures plus légers.Tous les gaz ainsi formés monteront au- travers de la masse de minerai et réagiront avec celle-ci pour produire la réduction et traverseront alors la cornue 14 pour s'échapper,mais les goudrons plus lourds ou les autres substances résultant de la carbonisation peuvent être séparés en masses distinctes du minerai réduit.En Fig.3,un conduit 13, semblable à celui indiqué en Fig.3 ,est prévu pour diriger les gaz de refroidissements ou l'air de la zone de refroidisse- ment tout autour de la zone de réduction et jusqu'à la zone de chauffage préalable qui peut être désignée par 21.
En Fig.5,6 et 7,on a montré schématiquement différen- tes méthodes d'introduction des hydrocarbures dans le courant de minerai continuellement en mouvement ou dans la substance catalytique.En Fig.5,la cornue,représentée schématiquement, peut être désignée par 30,l'orifice d'entrée pour les hydro- carbures par 31,l'orifice de sortie par 32 et l'unité de chauffage par 33.Si l'unité ou l'élément de chauffage 33,dans cette modification,est maintenue à la température de réduction, approximativement 1900 F.,et si les hydrocarbures sont in
<Desc/Clms Page number 18>
troduits en 3I,
ils descendent en étant soumise à des tempéra- tures croissantes dans la direction de la zone de réduction et il en résulte des fractionnements des hydrocarbures.Et comme les hydrocarbures rencontrent des températures croissantes dans la zone de réduction,les hydrocarbures et l'hydrogène sont li- bérés et le résidu de carbone descend dans la zone de réduc- tion pour réagir avec l'oxygène dans le minerai en formant du gaz 00.Les hydrocarbures additionnés sont choisis de préféren ce pour donnera un excès de carbone de manière à assurer une formation sérieuse de gais 00.11 est aussi entendu qu'une par.-- tie de l'hydrogène libéré se combinera avec le minerai comme agent réducteur,formant H2O comme résultat de la combinaison.
Le carbone et l'hydrogène dégagés à la suite du chauffage de cet hydrocarbure descendra d'une manière continue et en présen- ce de fer spongieux ou d'un autre catalyseur sous forme soit de nickel soit de chrome, etc. ils se combineront pour former du méthane (OH4),lorsqu'on a atteint une température d'environ 500 F.Dans ce procédé,par suite de la présence des cataly- seurs,les gaz formés sont évacués par la sortie 32,tandis que le minerai réduit ou tout autre catalyseur traverse la cornue d'une manière continue de flacon à présenter toujours une sub- stance catalytique fraiche.Dans ce procédé spécial, une certaine pression est utile pour augmenter l'action réductrice et la formation des gaz;
c'est pourquoi on maintient de préférence une légère pression à l'intérieur de la cornue au moyen d'une réaction inhérente des substances,ou par des moyens mécaniques.
Dans la modification représentée en Fig.6,les hydrocar- bures pénètrent dans la cornue en 34 et sont évacués en 35.La source de chaleur 33 est de préférence maintenue à températu- re réductrice ,comme il est indiqué,et les hydrocarbures pénè- trent dans la chambre de réduction en-dessous du point de ré- duction des oxydes de fer,et les hydrocarbures se dissocient en fractions minimes par suite de la température plus élevée rencontrée dans la zone de réduction.Les hydrocarbures,ainsi
<Desc/Clms Page number 19>
dissociés en fractions minimes par leur passage au travers de la zone de réduction,formeront en présence des agents cataly- tiques des gaz d'éclairage,tels que OH4,de l'hydrogène et le gaz 00.Si on le désire,la température de l'élément de chauf- fage 33 en Fig.5 sera maintenu à 1000 F.environ,
ce qui produi- ra le craquage de l'hydrocarbure sans réduction appréciable du minerai de fer,Dans ce cas,le minerai non réduit et la- car- bone seront déchargés par la trémie 7 et pourront alors être introduits dans la, cornue représentée en Fig.6,dans ce cas le carbone servira d'agent réducteur,lorsque avec le minerai il traversera la zone de réduction maintenue à températures plus élevées.D'autre manière,lorsque le minerai est introduit dans la cornue montrée en Fig.6, l'hydrogène libéré dans les hydrocarbures servira d'agent réducteur ,ou l'on devra intro- duire avec le minerai de fer un agent réducteur distinct.
Dans la modification représentée en Fig.7, j'@a repré- senté deux éléments de chantage séparés,l'un,33,indique la zone de réduction,et l'autre,36, indique la zone de chauffage préalable. Il est entendu cependant que l'on peut n'utiliser qu'une seule source de chaleur 33 et que les orifices de sor- tie peuvent être disposés en des points situés au-dessus de cette source de chaleur.
L'orifice d'admission pour les hydro- carbures peut être indiqué par 37 et l'orifice de sortie par 38,mais il est clair que l'on peut intervertir la position de ces orifices tout sa obtenant le même résultat.En disposant les orifices comme il est indiqué,il est clair que les hydrocar- bures peuvent être introduits sous forme de courant de minerai en mouvement continuel ,sans rencontrer les températures plus élevées existant dans la zone de réduction,température de 1900 F.,qui dissocieraient les hydrocarbures en fractions mi- nimes.
L'élément de chauffage 36 peut être maintenu à une tem- pérature,disons,de 1300 F.,dans ce cas les hydrocarbures tra- versant cotte zone seront dissociées en des réfractions majeu- res en présence de substances catalytiques,une partie des hy- drocarbures peut être dissociée en CH2, CH4, C2H6 ou d'autres
<Desc/Clms Page number 20>
fractions majeures hydrocarbonées,La température de l'élément de chauffage 36 n'est pas déterminée et peut varier suivant les circonstances,ou dans les conditions de la pratique la po- sition des orifices de sortie et d'admission au-dessus de la zone de réduction peut varier ,ce qui produit des fractions d' hydrocarbures saturés ou non en fractionnements majeurs ou mineurs,si on le désire,En outre il est évident,
qu'un excès de carbone sera précipité ou formé comme résidu du craquage des hydrocarbures.Ce carbone avancera vers le bas avec le mi- nerai pour agir comme organe réducteur,et lorsque la réduction du minerai est accomplie,le carbone,présent en excès,se com- binera avec l'oxygène,provenant du minerai réduit,pour former du gaz 00, qui sera récupéré en le faisant passer par les ori- fices de sortie 37 ou 38,suivant l'opération envisagée.
Il est ainsi évident qu'en disposant un certain nombre d'orifices différents en des points divers le long des cornues pour l'introduction et la sortie des hydrocarbures,avant et après la transformation,on a réalisé un procédé dans loquel les hydrocarbures peuvent être ajoutés au minerai de fer ou à d'autres oxydes métalliques,de préférence contenant des ca- talyseurs additionnels sous la forme de nickel ou de chrôme,et cela en tout point choisi par rapport à la zone de réduction,, à une température de I900 F environ,suivant les produits hydro- carbures que l'on désire obtenir par la réaction.En d'autres mots,et s'exprimant en termes généraux, lorsque l'on veut des huiles et des liquides pluq lourds,
Ion hydrocarbures sont in- troduits dans la cornue de manière à rencontrer des températu- res ne dépassant pas 1000 F.;lorsque l'on veut des oléfines u ou des gasolines, les hydrocarbures sont ajoutés de.manière à rencontrer des températures jusque 1500 F.;lorsque l'on veut un excès d'hydrogène ou du OH,les hydrocarbures sont intro- duits dans la cornue de manière à rencontrer des températures jusque 1900 .F.
Ces chiffras indiquent 'les possibilités majeures, mais il est bien entendu que l'on peut introduire les hydrocar- bures dans les cornues et les en retirer suivant de nombreuses
<Desc/Clms Page number 21>
dé de oraquage descendra au travers de la zone réductrice avec le fer chauffé préalablement et au travers de la val- ve 6a en même temps que la partie d'hydrogène libéré dans le procédé de craquage,Ce carbone se combinerai avec le fer chauffé préalablement en traversant la zone de réduction pour réagir avec le minerai de fer et par suite réduire ce dernier à l'état de fer spongieux.Le carbone qui se trouve en excès formera du 00 au lieu de CO2 et s'échappera par l'orifice de sortie 39.
L'hydrogène existant ,en présence du carbone,s'unira avec ce dernier pour former un gaz fixe (OH4) ,quand ce carbone et l'hydrocarbure atteignent une
EMI21.1
portion plus froide de In, 7ana,prat 11 pp:"çl.dtlt::dÎi;rpuln-b 300* F. en présence d'un agont oatal3ttique,qui peut tre le for réduit ou un autre catalyseur ajouté.Le fer,en même temps que n'importe quelle gangue que ce soit,sera évacué à l'ex- térieur au travers de la valve de sortie 7.Dans cette ré- @ duction du minerai de fer et dans la formation du ou des gaz fixes,il est préférable d'utiliser une pression positi- ve ,et cette pression positive peut résulter de la réaction et de la détente des gaz eux-mêmes dans la zone de réduction,
ou peut être réalisée par un moyen mécanique.
En Fig.9,on a montré une forme d'exécution supplé- mentaire du four destiné à l'exécution du nouveau procédé combiné de réduction du minerai et de transformation des hydrocarbures.Cet appareil,ou ce four, est tout a fait sem- blable à la construction représentée en Fig.I à l'exception que l'on a prévu des conduits transversaux appropriés 40 et 41,qui s'étendent transversalement par rapport au four ou longitudinalement par rapport aux unités de chauffage 2.Ces conduits sont fermés et de préférence pourvus de moyens de chargement appropriés (non montrés) à chacune de leurs
EMI21.2
.extrF>m3.tcs,
o qui permet d'y introduire at d'y charger du schiste bitumineux approprié ou un autre minéral contenant de l'huile ou matière.Les éléments de chauffage compris dans les unités de chauffage distincts 2 sont disposés de telle
<Desc/Clms Page number 22>
manières différentes de façon à rencontrer un nombre presque infini de réactions à différentes températures.
En Fig.6,on a représenté une autre forme de construc-
EMI22.1
tion du four ftnnbind h. l'oxooution du proaédo do t ,rnu66niia- tion des hydrocarbures pendant la réduction des oxydes métal- liques.Les diverses cornues peuvent être pourvues de zones de chauffage séparées maintenues à des températures,déterminées préalablement,pas des unités de résistance électrique 33 et 36,ou par tout autre moyen.Entre les deux zones de chauffage, qui peuvent être dénommées zone de chauffage préalable et de réduction,on a disposé une valve appropriée étanche à l'air 6a,semblable à la valve-distributeur 6,grâce à laquelle on peut maintenir des pressions dans une partie de la cornue,
sans affecter les réactions ou les opérations dans les autres par- ties des cornues,Dans cette forme de construction,telle qu'el- le est représentée schématiquement,les matières chargées au sommet des cornues distinctes peuvent être constituées de )ni- nerai de fer sous la forme de magnétite ou d'h@matite, à laquel- le on peut ajouter une certaine quantité de fer réduit en même temps que les hydrocarbures à transformer,et comme il est in- diqué dans le dessin,ils peuvent être constitués par des huiles de Californie (syogaz C29H30.)
La température de chauf- fage préalable maintenue par l'élément de chauffage 36 ou la zone entre les valves 6 et 6a a de préférence une chaleur-maxi- mum n'atteignant pas 1500 F.D'ailleurs cette température peut varier suivant le fractionnement des hydrocarbures désirés,mais sans avoir égard à la température à laquelle les hydrocarbures sont craqués,le passage combiné du minerai et des hydrocar- bures au travers de la zone de chauffage préalable provoquera le craquage des hydrocarbures anus une température ne dépas- sant pas 1500 F.,et en présence de catalyseurs comme le mine- rai de fer et le fer ou d'autres agents réducteurs addition- nels.Le procédé de craquage produira la libération de l'hydro- gène,du méthane et d'autres hydrocarbures suivant les tempé- ratures maintenues.
Le résMu de carbone résultant du procé-
<Desc/Clms Page number 23>
manière qu'ils ne chauffent pas seulement les courants de minerais par conduction,mais qu'ils chauffent aussi la ma- tière chargée dans ces conduite.comme il est représenté, les oonduits 40 sont disposés à peu près au contra dos élé- ments de chauffage,définissant la zone de réduction,et les conduits 41 sont disposés au fond de cette zone.Il est bien entendu que l'on peut prévoir un nombre quelconque de con- duits 40 et 41 à différentes hauteurs,de façon à introduire les gaz résultant du chauffage des schistes à huile,ou d'au* très hydrocarbures dans le courant de minerai en différents points correspondant aux températures maintenues dans la zone de réduction.
Chaque conduit 40 ou 41 est pourvu d'ou- vertures appropriées 42 ,lesquelles sont disposées à certain intervalle l'une de l'autre ,dans le but de faire passer les gaz dégagés par le schiste à huile dans le courant min- ce et plat de minerai en différents points transversalement par rapport à ce ou ces courants.La base des unités de chauffe- ge 2 peut présenter des carneaux appropriés 43,de construc- tion semblable aux carneaux'représentés en Fig.2,des chicanes appropriées y sont également prévues pour chicaner les gaz ou l'air à leur entrée pour refroidir le minerai réduit.coin- me il est montréyles gaz formés par le chauffage du schiste huileux et par l'action catalytique entre le minerai et les gaz s'échappera par les orifices de sortie 14,
mais il est entendu que des orifices de sortie appropriés peuvent être prévus à n'importe quelle hauteur désirée,dans le but de faire sortir les gaz hors des cornues en un point quelconque du trajet parcouru par le minerai de fer. Il apparait ainsi clairement que l'on a prévu des moyens pour extraire les hydrocarbures hors du schiste à huile,ou de matières analo- gues en utilisant les hydrocarbures ainsi libérés pour les faire agir comme agent réducteur du minerai de fer,et pour c@@quer les hydrocarbures ou les faire traverser la zone de température la plus élevée,dans le but de former des gaz d'éclairage en présence de minerai de fer,ou toute autre ma-
<Desc/Clms Page number 24>
tière, comme argent catalytique.
Dans les différents'appareils découverts pour exé- cuter ce nouveau procédé de réduction des minerais et de
EMI24.1
tzansforma-tion des hydrocarbures,on a trouvé que chaque fois qu'un excès de carbone reste,il est enlevé vers le haut ou vers le bas par le courant d'oxydes et la matière réductri- ce pour former du gaz 00.Dans cette réaction,le catalyseur
EMI24.2
no :J' on\pcJir:lonno pas par lo dépôt do oezrbnrio ou lu. p:
v6oonoo de gaz vénéneux,par suite de ce que les pouvoirs catalyti- ques du fer et de ses oxydes sont toujours en excès par rapport aux effets catalytiques recherchés,et par suite de leur propreté dans la réaction et la réduction,et à cause da mouvement continu de la masse d'oxydes et des substances réductrices au travers des cornues,les dépôts de carbone en excès ou de gaz vénéneux ne peuvent pas rester dans les espaces catalyseurs.On voit que ce procédé diffère matériel- lement des autres procédés où l'on emploi des catalyseurs et où les oxydes de fer sont utilisés comme agents cataly- seurs permanents,
que l'on ne change ou enlève que lorsqu'ils sont empoisonnés par le carbone ou le gaz.Il différe égale- n'
EMI24.3
ment des autres procédés par le fait que l'dnVutilise pas de vapeurs d'eau comme moyen de balayage ou de nettoyage des catalyseurs.
Dans ce procédé de réduction des oxydes métalli ques en formant des gaz fixes,les parois de la chambre de réduction peuvent être constituées en substances catalyti- ques ou des,catalyseurs peuvent être associés aux oxydes à réduire. Dans la pratique actuelle,cependant ,,on préfère utiliser les grands pouvoirs catalytiques du fer et de ses oxydes,On a trouvé que le minerai de fer sous forme'de ma- gnétite,par suite de son influence magnétique,présente une activité catalytique jusque 1400 F..,et que jusqu' à cette température il es plus actif comme catalyseur que l'héma- tite.Dans quelques cas également,
il est préférable d'ajou- ter certaines proportions de fer réduit au minerai de magné-
<Desc/Clms Page number 25>
tite ou d'hématite,que l'on introduit dans les cornues pour la réduction.
Il est entendu que pour l'exécution du procédé il est en certains cas avantageux d'utiliser une pression pendant les opérations,tandis qu'en d'autres cas une pression positi- ve ne pourrait être avantageuse,Comme les cornues sont fermées, au moyen de valves étanches à l'air, disposées à chaque extré- mité,il est clair que l'on peut maintenir n'importe quelle pression désirée dans les cornues dans le but d'effectuer la réaction spéciale désirée,cette pression résultant des réac- tions se produisant à l'intérieur de la cornue ou produite par des moyens mécaniques.
L'attention est également attirée sur le fait que,lors- que les huiles hydrocarburées sont introduites dans le courant mobile de minerai,ces huiles se mélangent avec les particules de minerai ou la substance catalytique en produisant un mou- vement turbulent ou tortueux,ce qui augmente l'action cataly- tique en réalisant un contact plus grand entre les particules.
REVENDICATIONS .
I.Procédé de fractionnement des hydrocarbures qui con- siste à les soumettre à une température relativement basse en présence d'une masse catalytique continuellement en mouvement.
<Desc / Clms Page number 1>
MINERAL REDUCTION AND HYDROCARBON TRANSFORMATION PROCESS.
This invention relates to a combined apparatus
EMI1.1
destined fa. rëduiJ-'M lcjéi miuora.ia aU 2i, ù.t.'t! .I1I: 1! Ut! IIII: IL '11: 11: 1 hyyVxta carbides, and to a process of ore reduction and hydrocarbon transformation It relates especially to a new method of furnace construction intended for the reduction of iron oxide without melting in a really simple, economical and efficient manner, and at the same time it gives new means for the fractionation or the processing (including refining or storming or dissolving) of hydrocarbons and for the reduction of iron ore, the phases of reduction and transformation taking place simultaneously and continuously and at relatively low temperatures .
Many devices have been proposed previously for the reduction of metal oxides with a view to reducing the
EMI1.2
oxides! '! ltHw, l1il'lut: II! J, or more part of it: 1.the
<Desc / Clms Page number 2>
iron, spongy iron, iron ore being loaded into retorts in the presence of reducing agents at varying degrees of temperature, but these devices failed to produce real spongy iron on a commercial basis and at a price cost which would have allowed its use in the manufacture of commercial iron or steel. Good quality sponge iron was produced,
but the production process used made its use almost prohibitive owing to the heating elements required and the resulting manufacturing costs. Where ore reduction devices were used to reduce the ore without melting , these devices were intended only for mine reduction, and very few of them were intended for the recovery of important gases, such as carbon monoxide (00), which are produced by reducing action.Furthermore, these devices have been intended only for the reduction of ores and so far it has not been recognized that oils, such as mineral oils, and hydrocarbons, can be fractionated or processed during the actual reduction of the ore,
Besides the usual methods of distillation and storming of hydrocarbons, such as mineral oil, an almost unlimited number of methods have been used which included the distillation of hydrocarbons with or without cracking, distillation achieved by the novelty. of the treated material and cracking of the hydrocarbons in the presence of catalytic material, in which case the catalytic material rapidly becomes
EMI2.1
vgn6nSU: ir, 00 qui néoaaoito 0 /:
J on no IJL oYl1.! Jt! These varied and almost innumerable processes have usually been carried out either at relatively high temperature or pressure, or both at the same time, and in one or more operations. These apparatus and processes for the distillation of hy -
EMI2.2
The hydrocarbons, regardless of the result obtained, were directed only to the distillation or cracking process.
<Desc / Clms Page number 3>
It is an object of the present invention to combine ore reduction with the fractionation and transformation of hydrocarbons, and broadly speaking it is a process of fractionation and transformation of hydrocarbons in ore reduction. of iron, and of a refining and reduction furnace of the type in which the ore to be reduced forms a mass of continuously supplied compaote. The heat is transmitted, at relatively low temperature, by conduction to the mass of moving ore continuous, the temperature being exactly sufficient to bring about the reduction of the ore without changing the structure of the gangue which accompanies it, and the hydrocarbons, such as mineral oils or tars,
are added to the enclosed ore, continuously in motion at one or more predetermined points relative to the reduction zone, whereby the hydrocarbons may be fractionated and processed, or vaporized in any other way and dissociated or cracked in the presence of the ore exhibiting a catalytic influence, and this at a relatively low temperature, without producing contamination by poisoning or carbon deposition. The influence of catalyst poisoning is avoided by constantly removing the catalysts, which may be formed by the ore either in the reduced or unreduced state, or any other catalytic material, from the fractionation or transformation zone,
and advancing them through the reduction zone where the carbon deposit, which remains after the oils have been fractionated or processed, unites with the oxygen in the ore to cause the reduction of carbon. spongy iron iron ore.
The reduction or refining furnace for carrying out this process may comprise a retort or a group of retorts provided with a series of electric heating elements, forming the heat source and applied at certain intervals to. through the mass of ore to be reduced.
<Desc / Clms Page number 4>
or furnaces preferably have a long and narrow cross-section and are arranged in batteries, from this construction it results substantially that all the heat radiated by the aforesaid heating elements is absorbed by the load to effect the fractionation or the transformation of the hydrocarbons and the reduction of the ore and at the same time making the heat losses by radiation negligible.
Although any source of heat can be used, an important result of this apparatus is the use of electric heating elements, which work according to the principle of resistances, whereby the load is subjected by conduction. at a relatively cool temperature, and in which the heat produced is exactly that which is needed, or in other words, the heat required in the reduction process is gradually obtained from the resistance elements until until exactly the required amount of heat has been obtained, instead of heating the oven to a high temperature and then lowering it to the correct setback temperature,
This process achieves a great economy in the consumption of heat and gives a considerable production.
Another object of the invention consists in obtaining a progressive heating zone in a furnace for reducing ores and in new means for regulating the introduction of hydrocarbons, such as petroleum oils, at different points on the height of said retort (s) in the closed mass of ore, whereby the hydrocarbons aid in the reduction of the ore by acting either as reducing agents or as cooling agents while being themselves - even fractionated or transformed. The heating elements are disposed longitudinally with respect to the retort in order to form a
<Desc / Clms Page number 5>
pre-heating zone,
a reduction zone and a cooling zone. The introduction of the hydrocarbons into the retort (s) at predetermined points in these various zones is regulated by the quality of the desired hydrocarbon products and by the temperature of the zones.
A further object of the invention relates to the catalyzing agents. The iron ore passing through the retort (s) serves as the catalyzing agent, which is always fresh, other catalyzing agents can be placed permanently or temporarily in the furnace. or be an integral part of it with the aim of carrying out the fractionation or transformation of heavy hydrocarbons or the production of a fixed gas with a high hydrogen or methane content, or both at the same time. retort may be packed with a catalytic agent or the latter may be introduced into the retorts with the iron ore. Light hydrocarbons, resulting from the treatment of the hydrocarbons introduced into the retort in the presence of the low reducing temperature and catalysts,
escape as stationary gases and the reduced ore is discharged after passing through the reduction zone and having been cooled towards the discharge ends of the retort (s),
Another feature of the present invention relates to the use of a new retort or of a series of retorts, intended to be traversed by the ore, and the means used for the feeding and unloading of this new. type of retort are such that the reduction of the ore and the refining of the hydrocarbons in the retort (s) can be carried out under pressure. Many other new features of this invention will emerge as the process progresses. of this description and will be defined in the appended claims. The preferred embodiment of the invention is shown in the appended drawings,
in which
<Desc / Clms Page number 6>
Like reference signs designate corresponding parts. In these drawings:
Fig.I is an elevational view with partial section of a combined furnace for ore reduction and hydrocarbon processing, and shows the preferred method of forming retorts and arranging heating units.
Fig. 2 is a fragmentary cross section taken on line 2-2 of Fig. I, the lower part of the construction being provided with alternating baffles instead of cooling fins.
Fig. 3 is a cross section showing an alternative construction of the heating elements and flues, and the manner of their arrangement.
Fig. 4 is a fragmentary section through one of the retorts constructed according to the arrangement shown in Fig. 3.
Fig. 5 is a schematic view showing one of the many ways of introducing the hydrocarbons at various points determined beforehand into the ore reduction retort.
Fig. 6 is a view similar to that of Fig. 5, showing schematically the position of the reducing zone with respect to the closed retort and the introduction of the hydrocarbons at a point located under the reducing zone, and the evacuation of the gas at a point above the reducing zone.
Fig. 7 is a view similar to those of Fig. 5 jet 6, schematically showing the position of two positive heating zones and how to bring the hydroarbons into contact with the ore through only one of the heating zones.
Fig. 8 is a schematic view similar to those of Figs. 5,6 and 7 of the way of making separate zones for preheating and reduction, the reduction zones being subjected to a positive pressure,
<Desc / Clms Page number 7>
Fig; 9 is a side elevational view, with partial section, of a furnace for reducing ore and transforming hydrocarbons, which is similar to the type shown in Fig. 3, but it includes specific means for supplying the heating units themselves with oil shale or the like.
It should be understood that different types of furnaces can be used to carry out the invention. The preferred form of furnace for carrying out the method provides for one or more closed retorts intended to receive and preferably to be fed. 'a continuous manner of the ore to be reduced, means for creating a heating zone and maintaining said zone at a relatively exact temperature determined in advance, means for introducing the hydrocarbons at any point of the retort (s),
whereby the hydrocarbons will be distilled and cracked in the presence of the iron ore or reduced ore and the iron ore will be reduced in the presence of the hydrocarbons or hydrocarbon deposits. It will be noted that the process therefore relates in general to a method of fractionation or transformation of hydrocarbons combined with the process of reduction of iron ore, or the invention, considered broadly, may be stated in another way: a method of reduction - tion of iron ore included in a process of cracking and refining of hydrocarbons.
The preferred form of furnace, as shown in Fig. 1, comprises a retort, which may be generally referred to as I, and which preferably extends the entire length of the furnace and is open at the top for the purpose of allowing the arrival of a continuous mass of ore. This retort is preferably generally rectangular in shape and divided into a series of smaller ones by means of heating units 2, which are preferably arranged transversely to the main retort
<Desc / Clms Page number 8>
the I and which preferably also end in a point at the top, so as to divide the mass of ore into separate columns,
relatively long and narrow in cross-section These heating elements or units 23 may be of any size and be arranged in any manner long enough total so that the ore mass is demolished and heat is applied at certain intervals in the mass of the ore, or in other words, the heating units must be arranged so that all the heat they radiate is absorbed by the surrounding mass of ore.
These heating units preferably extend transversely in the furnace and are hollow at their top to receive suitable electrical resistance elements, which will be denoted by 3. The wall of the furnace is provided with suitable covers 4, thanks to which the The elements of resistance can be removed and replaced as required. The ore, which is intended to be loaded en masse into the furnace so as to surround the heating elements and then to be divided by them, is fed by means of hoppers 5 and suitable rotary distributors 6. Distributors or hoppers 7 of suitable shape are provided at the base of each retort formed by the heating elements, 3,
and the top distributors 6 as well as the bottom distributors 7 of each retort are made airtight, so as to allow the reduction of the ore or the fractionation or the transformation of the hydrocarbons, or both at the same time, under a pre-determined pressure if desired. It is obvious that the feed distributor 6 can rotate at any speed, which makes it possible to precisely control the reduction of the ore and the production obtained;
It should be noted that depending on the proposed embodiment of the pro
<Desc / Clms Page number 9>
The feed of the iron ore to the retorts is preferably carried out continuously, or at least intermittently, so as to produce a substantially continuous action, which makes it possible to present fresh ore at all times. on arrival of the hydrocarbons. However, it is understood that this process can be carried out advantageously, even if the oornuea no are broken only at relatively distant intervals.
To operate the introduction of hydrocarbons in the retorts, we? preferably provided a series of inlet ports 8 and 9, controlled by suitable valves, the inlet ports 8 being arranged exactly above the heating zone determined by the electric resistance elements 3 , and the inlet orifices 9 being arranged at the base of this same heating zone;
these orifices 8 and 9 can be used for the introduction of the hydrocarbons into the retort, if desired. It is understood, however, that any number of orifices can be provided for the introduction of the hydrocarbons into the interior long and narrow retorts
EMI9.1
tM, #! 'b ds-nn la. pratiqua aotuolla where different qualities of hydrocarbons, including different kinds of oils, are usable and where different fractionations or transf ormations are desired, each retort will be provided with several inlet ports controlled by valves, which will be spaced at different points relative to the reduction zone.
The inlet ports 9 can be arranged inside the heating units 2, as shown in Fig. 1, and hydrocarbons, such as mineral oil, can be introduced at the base of the heating units, for example in IO, and then directed towards the valves 9, consequently the reduced ore will be cooled and the hydrocarbons will be heated;
the heated oils will then be brought to the inlet ports 9 and introduced in this state of heating into the flues of the retort, preferably exactly below the zone of
<Desc / Clms Page number 10>
The drawing has shown two preferred places for the introduction of the hydrocarbons into the closed retort of the furnace, but it will be understood that these inlet ports can be arranged as desired, so as to subject the inflow. of hydrocarbons at the temperature required according to the quality of the products envisaged. When the hydrocarbon oils are introduced inside the heating units 2 to effect the cooling of the reduced ore,
these oils will be partially refined and the lighter liquids as well as the gases will rise and will go into the retorts through the valves 9. The heavier hydrocarbons and the tars or any other heavier substance, left in this operation, can then These lighter hydrocarbons and gases can then be introduced into the retorts or into the ore mass at a point below the reduction zone, and the rising gases will react. with the ore in the reduction zone to effect this reduction.When it is desired to introduce the hydrocarbons or other reducing substances at a point above the reduction zone,
the coke or carbon produced will react with the oxygen in the ore to effect reduction of the ore. Thus the selected hydrocarbon or reducing agents added above the reducing zone are preferably those which contain tars. coke, although they must be of such composition as never to produce agglutination of the ore mass. Ports 8 and 9 are intended for use when the hydrocarbons are liquid, but in the case where the 'other hydrocarbons are used, such as charcoal containing hydrocarbons, oily desiccants, wood, plant products, beet sugar, cane pulp or other similar substances,
the hydrocarbons can be introduced into the retort (s) by being mixed with the ore, in this case the inlet ports 8 and 9 can be used for the additional introduction of hydrocarbons
<Desc / Clms Page number 11>
in liquid form, if desired,
The hoppers 5 are preferably enclosed in suitable boxes II, which allows the ore to be preheated on its arrival, if desired. In Fig. 2 a slightly modified form of the furnace has been shown, in which the base of the heating unit 2 is divided into.
a series of chocks 12 arranged alternately. When such a construction variant is used, the hydroarbons are preferably introduced directly into the retorts through one or the other of the orifices 8 and 9, without undergoing pre-heating.In this special arrangement, air is introduced into the baffles 12 which are part of the heating units 2, and as the air is directed forwards and backwards through the baffles, it serves to cool the reduced ore and is in turn heated. The hot air is then preferably brought through suitable ducts 13 around the hoppers 5, with the aim of subjecting the ore on arrival to preliminary heating. appropriate outlet 14 are provided to communicate with the interior of the main retort 1.
As the retort is completely closed and the ore and the hydrocarbons are heated by conduction, it follows that the process in question will form a large quantity of precious gas and that the outlet ducts 14 will serve to evacuate these various gases. These gases can be directed to any suitable manifold, where they can be separated, condensed, or treated in any other desirable manner to remove by-products.
The temperature of the heating units can be precisely regulated and controlled by means of the electric resistance units. These units are arranged in such a way that they regularly release heat in a certain area around each retort. in the center of this zone or at the hottest point can be pre-
<Desc / Clms Page number 12>
férenoe around 1800 to 3000 F., but this special heat at which these units are maintained can vary considerably according to the wishes of the operator, the production required,
and the quality of the ore deduced and the cracked hydrocarbon. The important thing is that the resistance units are inside the mass of ore to be reduced and are enclosed so as to heat the ore by conduction and therefore that the heat is applied inside the mass of ore and exactly maintained at the exact relatively low temperature sufficient to produce the desired reaction, centers the ore and reducing agents, i.e. the ensuing reduction of the ore and the fractionation or transformation of the hydrocarbons. The separate ore streams are relatively long and narrow,
whereby these flat hoppers are uniformly and completely penetrated by the heat emitted by the resistance units. When the mine is discharged through the hoppers 7, it is relatively cold due to the cooling effect of the air or the arrival of hydrocarbons, from which results that this ore can be evacuated without being subjected to oxidation.
By operating the transformation of the hydrocarbons in the presence of the reducing ore, the hydrocarbons such as oil introduced through the orifices 8 or 9 at another point or at any other points whatsoever if desired, as will be described below, The oxides or ore passing through the retorts to be reduced constitute a catalytic substance and the chromium or the
EMI12.1
nickel oonRti kills unf1 R1Jtrp nuhntn.nor1 ontn.lyti.q '\, 1e.
Ohr5- me and nickel, or any other analogous catalyst, can form the lining of retorts or can be introduced together with the iron ore in the form of nickel or chromium shot, cloth or in any other form which can be easily taken up after having passed through the retorts, In some cases, I prefer to add some
<Desc / Clms Page number 13>
quantity of spongy iron reduced with the ore to be reduced, to aid the catalytic action of the transformation or the attack of the hydrocarbons. When the lining of the retorts is made of catalytic material, the walls of the retort may be made entirely of catalyst material or the walls may be formed of a material similar to that of the crucibles with a covering or a partial coating of catalytic material on the walls,
if desired.
In general, in the process, iron ore is loaded into the retort, along with other catalyzing agents such as nickel or chromium or reduced spongy ore. Preferably the ore is continuously charged. by the hoppers 5 at the top of the foar itself or retort 1.
It is clear that the thin, flat retorts will be filled and the ore will be loaded as a single lump at the top of the main retort. Cooling, reduction and pre-heating zones are maintained all around each retort and the iron ore is charged downward into these retorts and through the preheating, reduction and cooling zones. The temperature of the heating units can be kept relatively low by means of the electrical resistance units. , the maximum heat of the reduction zone being relatively low if we compare it to what happens in the ordinary blast furnace. Because of these electrical elements,
the temperature of these can be gradually raised to the desired point and be exactly controlled and maintained at that point. this contrasts directly with the heating means employed in other ovens. reducing the ore, where the heating means usually reach a relatively high temperature at the points of combustion, which must subsequently be lowered before any really good results are obtained, and even when lowered, these means of the type in question were very difficult
<Desc / Clms Page number 14>
ciles to be maneuvered to maintain a constant temperature. Hydrocarbons, in the form of oils or other forms, are introduced into the respective retorts at predetermined points,
and due to the presence of the catalyst agents, the dissociation of the hydrocarbons takes place at relatively low temperatures, and the carbon precipitated in these fractionations of the hydrocarbons will pass with the material to be reduced at higher (but still relatively low temperatures). about 1800 F.) and will react with the oxides to effect the reduction of the ore and form a carbon monoxide (CO) gas.
The speed at which the ore moves through the retorts, in other words, the speed of loading through distributor 6 and exiting through hopper 7 is such that it exactly regulates the flow of ore through the retort. oven so as to obtain a complete reduction. After passing through the reduction zone, which is directly adjacent to the resistance units, the ore will then be effectively cooled, given the long and thin mass formed by it. This cooling action is obtained by passing a body refrigerant through the lower part of the heating units 2 to absorb the heat of the reduced ore, or in other way,
this heat can be absorbed by the passage of reducing gases through the hollow bottom part of these heating units 2.When the ore is discharged through the hoppers 7, it is then comparatively cold, whereby it can be received in suitable containers in the form of reduced spongy iron and at a temperature low enough to prevent oxidation.
Following the general introduction of the hydrocarbons into the retorts, the heavier hydrocarbons will be fractionated or transformed and refined, being vaporized and dissociated and changed into lighter liquids or gases forming lighter liquids in the presence. catalyst (s), which will prevent their combination with oxygen at the ore's lower reduction temperature to form water vapor.
<Desc / Clms Page number 15>
In this way, light hydrocarbons are formed at relatively cooler temperatures than in the so-called "cracking" hydrocarbon refining process, and then a strongly active catalytic substance will come into contact with the continuously advancing ore than. it is mixed with the ore or that it forms part of the walls of the retort.
as it passes through the reduction zone, will give up its oxygen to carbon or hydrogen and be reduced to spongy iron, the oxygen combining with excess carbon deposits from the hydrocarbons to form carbon monoxide. carbon. it results from this arrangement and from the catalytic reaction that the hydrocarbons, if introduced at the suitable location, will be fractionated or cracked;
at the same time a little hydrogen will be released which will combine with the parbone possibly abandoned in the cracking process, a fixed gas such as methane (CH4) will be formed due to the presence of the catalyst. it will thus be seen that by continuously passing the oxides through closed retorts and by adding heavy hydrocarbons, such as mineral oil or tars, it is possible to transform or crack the heavier hydrocarbons, preferably in the form of lighter hydrocarbons and also produce a richer gas containing hydrogen or hydrogen compounds and gases such as methane,
etc. It is understood, however, that this cracking of the hydrocarbons and the resulting gas formation may occur to some extent in the presence of finely divided iron or iron ore only, acting as a catalyst. , but magnetite Fe3O4, or ore with nickel or chromium are preferable to increase the catalytic reaction. When hydrogen and carbon exist in retorts, in the presence of spongy nickel iron or other agents oatalytic, at a temperature of about 500 F. and a pressure of about 1 1/2 pounds, carbon will combine with hydrogen to form CH4,
<Desc / Clms Page number 16>
which is roughly set at $ 97.
It can thus be seen that following the release of the hydrogen and carbon in the reduction zone, which descend in the form of hydrogen and carbon through the cooling zone, they will combine in the presence of or agents catalysts to form methane (CH4).
When the hydrocarbons are added to the reduced metal and this below the reduction zone, they serve as a cooling medium for the reduced metal, since the gases formed absorb the heat units and rise through more zones. high temperature and react with the oxides under the influence of this catalytic converter. Due to the fact that electric resistanoe units are used, a high combustion point can never be reached since the exact reduction temperature is determined by the desired products, and the oven temperature is determined by the set temperature at which carbon monoxide can be obtained, (00) continuously instead of carbon dioxide gas (002),
which occurs at higher temperature.
In addition, the furnace never engages, because the heat can be controlled exactly, and the temperature never rises in the furnace and hence no slag occurs.
In the use of the alternative construction of the furnace shown in Figs. 3 and 4, to carry out this new method, the retorts are formed as separate retorts from the place of loading to the place of discharge, It is clear that suitable inlet orifices can be provided at different points on the Idng of each retort in such a group of retorts for the introduction of the hydrocarbons at different points relative to the reduction zone represented by the elements. resistance 3.11 may be desirable, however, to pass the ore to be reduced through a retort and to charge the neighboring retort with reducing substance or hydrocarbons,
especially when these materials re-
<Desc / Clms Page number 17>
ductors are associated with unwanted gangue such as oil shale, or that the hydrocarbons contain coke tars, which can cause clumping of the ore mass after it has been reduced to spongy iron. or other combined materials are added to the diabinotoa ot oha.uf- retorts. By conduction, it is preferable to provide a suitable channel between the respective retorts, whereby the gases from the reducing material or other hydrocarbons will be supplied to the retort containing the ore, where they serve as the material. reductive, In this construction,
the two columns of material will be heated and the gases coming from the reducing material in the adjacent oornuoa (s) will be brought to the retort containing the ore to be reduced.
Part of the hydrocarbon gases formed will be catalytically acted upon and dissociated to form various lighter hydrocarbons. All the gases thus formed will rise through the mass of ore and react with it to produce the reduction and then pass through retort 14 to escape, but heavier tars or other substances resulting from carbonization can be separated into distinct masses from the reduced ore. In Fig. 3, a duct 13, similar to that shown in Fig. 3, is intended to direct the cooling gases or the air from the cooling zone all around the reduction zone and up to the preheating zone which may be designated as 21.
In Figs. 5, 6 and 7, various methods of introducing hydrocarbons into the continuously moving ore stream or into the catalytic substance have been shown schematically. In Fig. 5, the retort, shown schematically, can be designated by 30, the inlet port for the hydrocarbons by 31, the outlet port by 32 and the heating unit by 33. If the heating unit or element 33, in this modification, is maintained at the reduction temperature, approximately 1900 F., and if the hydrocarbons are in
<Desc / Clms Page number 18>
troducts in 3I,
they descend under increasing tem- peratures in the direction of the reduction zone and this results in fractionations of the hydrocarbons. And as the hydrocarbons encounter increasing temperatures in the reduction zone, the hydrocarbons and hydrogen are li - berers and the carbon residue descends into the reduction zone to react with the oxygen in the ore to form 00 gas. The added hydrocarbons are preferably chosen to give an excess of carbon so as to ensure formation Serious of gais 00.11 is also understood that part of the hydrogen released will combine with the ore as a reducing agent, forming H2O as a result of the combination.
The carbon and hydrogen given off as a result of heating this hydrocarbon will descend in a continuous manner and in the presence of spongy iron or other catalyst in the form of either nickel or chromium, etc. they will combine to form methane (OH4), when a temperature of about 500 F. In this process, due to the presence of the catalysts, the gases formed are discharged through the outlet 32, while the reduced ore or other catalyst passes through the retort in a continuous flask fashion to always present a fresh catalytic substance. In this special process, a certain pressure is useful to increase the reducing action and gas formation;
therefore, a slight pressure is preferably maintained inside the retort by means of an inherent reaction of the substances, or by mechanical means.
In the modification shown in Fig. 6, the hydrocarbons enter the retort at 34 and are discharged at 35. The heat source 33 is preferably maintained at a reducing temperature, as indicated, and the hydrocarbons enter. trent into the reduction chamber below the point of reduction of iron oxides, and the hydrocarbons dissociate into minimal fractions as a result of the higher temperature encountered in the reduction zone.
<Desc / Clms Page number 19>
dissociated into minimal fractions by their passage through the reduction zone, will form, in the presence of the catalytic agents, lighting gases, such as OH4, hydrogen and 00 gas. If desired, the temperature of the heating element 33 in Fig. 5 will be kept at approximately 1000 F.,
which will produce the cracking of the hydrocarbon without appreciable reduction of the iron ore. In this case, the unreduced ore and the carbon will be discharged through the hopper 7 and can then be introduced into the retort shown in Fig. 6, in this case the carbon will serve as a reducing agent, when together with the ore it will pass through the reduction zone maintained at higher temperatures. In another way, when the ore is introduced into the retort shown in Fig. 6, the hydrogen liberated in the hydrocarbons will serve as a reducing agent, or a separate reducing agent will have to be introduced with the iron ore.
In the modification shown in Fig. 7, I have shown two separate blackmail elements, one, 33, indicates the reduction zone, and the other, 36, indicates the pre-heating zone. It is understood, however, that only one heat source 33 can be used and that the outlet orifices can be arranged at points situated above this heat source.
The inlet for the hydrocarbons can be indicated by 37 and the outlet by 38, but it is clear that the position of these orifices can be reversed while obtaining the same result. orifices as indicated, it is clear that the hydrocarbons can be introduced as a continuously moving stream of ore, without encountering the higher temperatures existing in the reduction zone, temperature of 1900 F., which would dissociate the hydrocarbons. in small fractions.
The heating element 36 can be maintained at a temperature of, say, 1300 F., in which case the hydrocarbons passing through this area will be dissociated into major refractions in the presence of catalytic substances, some of the hydrides. - drocarbons can be dissociated into CH2, CH4, C2H6 or others
<Desc / Clms Page number 20>
major hydrocarbon fractions, The temperature of the heating element 36 is not determined and may vary depending on the circumstances, or under the conditions of practice the position of the outlet and inlet ports above the zone reduction may vary, resulting in saturated or unsaturated hydrocarbon fractions in major or minor fractionations, if desired. Further it is evident,
that an excess of carbon will be precipitated or formed as a residue from the cracking of the hydrocarbons. This carbon will advance downward with the ore to act as a reducing organ, and when the reduction of the ore is accomplished, the carbon, present in excess, will combine with the oxygen, coming from the reduced ore, to form 00 gas, which will be recovered by passing it through the outlets 37 or 38, depending on the operation envisaged.
It is thus evident that by arranging a certain number of different orifices at various points along the retorts for the introduction and the exit of the hydrocarbons, before and after the transformation, a process has been carried out in which the hydrocarbons can be added to iron ore or other metal oxides, preferably containing additional catalysts in the form of nickel or chromium, and this at any point chosen with respect to the reduction zone, at a temperature of 1900 F approximately, depending on the hydrocarbon products one wishes to obtain by the reaction. In other words, and expressed in general terms, when one wants oils and heavier liquids,
Hydrocarbons are introduced into the retort so as to meet temperatures not exceeding 1000 F.; when olefins or gasolines are desired, the hydrocarbons are added in such a way as to meet temperatures up to 1500 F. When an excess of hydrogen or OH is desired, the hydrocarbons are introduced into the retort so as to meet temperatures up to 1900 .F.
These figures indicate the major possibilities, but it is understood that one can introduce the hydrocarbons in the retorts and remove them according to many
<Desc / Clms Page number 21>
thimble will descend through the reducing zone with the previously heated iron and through valve 6a at the same time as the part of hydrogen released in the cracking process. This carbon will combine with the previously heated iron in passing through the reduction zone to react with the iron ore and thereby reduce the latter to spongy iron The carbon in excess will form 00 instead of CO2 and escape through the outlet 39.
The existing hydrogen, in the presence of carbon, will unite with the latter to form a fixed gas (OH4), when this carbon and the hydrocarbon reach a
EMI21.1
colder portion of In, 7ana, prat 11 pp: "çl.dtlt :: dîi; rpuln-b 300 * F. in the presence of an oatal3ttic agont, which may be the reduced alcohol or another catalyst added. at the same time that any gangue whatsoever will be evacuated to the outside through the outlet valve 7. In this reduction of iron ore and in the formation of the fixed gas (s), it is preferable to use positive pressure, and this positive pressure can result from the reaction and expansion of the gases themselves in the reduction zone,
or can be achieved by mechanical means.
In Fig. 9, a further embodiment of the furnace for carrying out the new combined process of ore reduction and hydrocarbon transformation has been shown. This apparatus, or furnace, is quite similar. applicable to the construction shown in Fig. I except that suitable transverse ducts 40 and 41 are provided, which extend transversely with respect to the furnace or longitudinally with respect to the heating units 2. These ducts are closed and preferably provided with appropriate loading means (not shown) to each of their
EMI21.2
.extrF> m3.tcs,
o which makes it possible to introduce and load therein suitable oil shale or another mineral containing oil or material.The heating elements included in the separate heating units 2 are arranged in such
<Desc / Clms Page number 22>
different ways so as to encounter an almost infinite number of reactions at different temperatures.
In Fig. 6, another form of construction is shown.
EMI22.1
tion of the furnace ftnnbind h. The oxidation of the proaedo do t, rnu66niiation of the hydrocarbons during the reduction of the metal oxides. The various retorts can be provided with separate heating zones maintained at pre-determined temperatures, not electrical resistance units 33 and 36 , or by any other means. Between the two heating zones, which may be referred to as the pre-heating and reduction zone, a suitable airtight valve 6a, similar to the distributor valve 6, has been arranged, thanks to which pressure can be maintained in part of the retort,
without affecting the reactions or operations in the other parts of the retorts, In this form of construction, as shown schematically, the charged materials at the top of the separate retorts may consist of) iron ore in the form of magnetite or h @ matite, to which a certain quantity of reduced iron can be added at the same time as the hydrocarbons to be transformed, and as indicated in the drawing, they can be constituted by California oils (syogaz C29H30.)
The preheating temperature maintained by the heating element 36 or the area between the valves 6 and 6a preferably has a maximum heat not reaching 1500 F. Moreover this temperature may vary depending on the fractionation. of the desired hydrocarbons, but regardless of the temperature at which the hydrocarbons are cracked, the combined passage of the ore and the hydrocarbons through the pre-heating zone will cause the cracking of the hydrocarbons at a temperature not exceeding 1500 F., and in the presence of catalysts such as iron ore and iron or other additional reducing agents. The cracking process will produce the release of hydrogen, methane and other hydrocarbons following the temperatures maintained.
The carbon residue resulting from the process
<Desc / Clms Page number 23>
so that they not only heat the ore streams by conduction, but also heat the material charged in these conduits. As shown, the conduits 40 are arranged approximately opposite to the elements of heating, defining the reduction zone, and the conduits 41 are arranged at the bottom of this zone. It is understood that any number of conduits 40 and 41 can be provided at different heights, so as to introduce the gases resulting from the heating of oil shales, or of very hydrocarbons in the ore stream at various points corresponding to the temperatures maintained in the reduction zone.
Each conduit 40 or 41 is provided with suitable openings 42, which are arranged at certain intervals from each other, for the purpose of passing the gases given off by the oil shale in the thin stream and ore dish at various points transversely to this or these streams. The base of the heating units 2 may have suitable flues 43, similar in construction to the flues' shown in Fig. 2, suitable baffles are therein also intended to baffle the gases or the air at their inlet to cool the reduced ore. as it is shown that the gases formed by the heating of the oil shale and by the catalytic action between the ore and the gases will escape through the outlet ports 14,
but it is understood that suitable outlets can be provided at any desired height for the purpose of discharging gases out of the retorts at any point in the path traversed by the iron ore. It thus appears clearly that means have been provided for extracting the hydrocarbons out of the oil shale, or of the like, using the hydrocarbons thus liberated to make them act as a reducing agent for the iron ore, and to c @ @quipping hydrocarbons or passing them through the highest temperature zone, in order to form illumination gases in the presence of iron ore, or any other ma-
<Desc / Clms Page number 24>
third, as catalytic silver.
In the various apparatuses discovered to carry out this new process of ore reduction and
EMI24.1
In the transformation of hydrocarbons, it has been found that whenever excess carbon remains, it is lifted up or down by the stream of oxides and reducing material to form 00 gas. reaction, the catalyst
EMI24.2
no: I \ pcJir: lonno not by the repository do oezrbnrio or lu. p:
v6oonoo of poisonous gas, owing to the fact that the catalytic powers of iron and its oxides are always in excess of the desired catalytic effects, and owing to their cleanliness in reaction and reduction, and owing to movement Continuation of the mass of oxides and reducing substances through the retorts, the deposits of excess carbon or poisonous gas cannot remain in the catalyst spaces. It is seen that this process differs materially from other processes where the catalysts are used and where iron oxides are used as permanent catalysts,
which can only be changed or removed when they are poisoned by carbon or gas.
EMI24.3
of other processes in that it does not use water vapors as a means of flushing or cleaning the catalysts.
In this process of reducing the metal oxides by forming fixed gases, the walls of the reduction chamber can be formed of catalytic substances or catalysts can be associated with the oxides to be reduced. In present practice, however, it is preferred to use the high catalytic powers of iron and its oxides. It has been found that iron ore in the form of magnetite, owing to its magnetic influence, exhibits catalytic activity up to 1400 F .., and that up to this temperature it is more active as a catalyst than hematite. In some cases also,
it is preferable to add certain proportions of reduced iron to the magnesium ore.
<Desc / Clms Page number 25>
tite or hematite, which is introduced into the retorts for reduction.
It is understood that for the execution of the process it is in some cases advantageous to use pressure during the operations, while in other cases a positive pressure could not be advantageous. As the retorts are closed, at By means of airtight valves, arranged at each end, it is clear that any desired pressure can be maintained in the retorts in order to effect the desired special reaction, this pressure resulting from the reactions. - tions occurring inside the retort or produced by mechanical means.
Attention is also drawn to the fact that, when the hydrocarbon oils are introduced into the moving ore stream, these oils mix with the ore particles or the catalytic substance producing a turbulent or tortuous movement, this which increases the catalytic action by making greater contact between the particles.
CLAIMS.
I. Process for the fractionation of hydrocarbons which consists in subjecting them to a relatively low temperature in the presence of a continuously moving catalytic mass.