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PROCEDE DE REDUCTION DES MINERAIS ET DE TRANSFORMATION DES HYDROCARBURES.
Cette invention est relative à un appareil combiné
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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
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oxydes !'!ltHw,l1il'lut:II!J, ou plus part ioul:1.l'emêJt1t le minerai de
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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
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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-
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drocarbures,sans avoir égard au résultat obtenu,ont été diri- gés uniquement vers le procédé de distillation ou craquage.
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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
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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
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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
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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,
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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-
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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-
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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-
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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
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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
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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-
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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
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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
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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-
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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
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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,
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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-
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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.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
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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-
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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-
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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-
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tière, comme argent catalytique.
Dans les différents'appareils découverts pour exé- cuter ce nouveau procédé de réduction des minerais et de
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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
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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'
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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-
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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.