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procédé et appareil perfectionnés pour carboniser les matières bitumineuses.
La présente invention est relative a un procédé et à un appareil pour carboniser les matières bitumi- neuses en couches minces. Ce procédé et cet appareil sont particulièrement utiles lorsqu'on veut distiller à basse température du charbon cokéfiable et d'autres matières carbonées similaires, ou des mélanges de ces matières, et soumettre les matières carbonisées partiellement ou totalement à une opération de bri- quetae pendant le stade de carbonisation ou après ce stade.
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D'une manière générale on peut dire que la présente invention consiste dans la carbonisation par- tielle ou totale, de préférence entre les limites attri- buées à la carbonisation à basse température, des ma- tières bitumineuses comme le charbon bitumineux ou les mélanges de ces matières avec du coke ou d'autres subs- tanoes appropriées, de préférence à l'état de fine division; la matière est maintenue en couches minces bien déterminées;
la carbonisation est effectuée par application de chaleur sur une seule ou sur les deux faces de la coucher et l'on maintient sur cette couche une pression déterminée pendant une partie de la période dé carbonisation ou pendant toute cette période, on s'est proposé en outre de carboniser et de briqueter simultanément le charbon et les matières analogues en couches minces maintenues sous pression, et l'on a prévu un nouveau dispositif pour fournir la chaleur nécessaire à'la carbonisation et pour introduire d'une manière continue la matière carbonée dans la zone de carbonisa- tion, ainsi que pour enlever,après carbonisation, la matière de cette zone, ainsi que pour évacuer pendant la carbonisation les gaz et les vapeurs de distillation à mesure qu'ils sont formés et pour les condenser et les récupérer dans la suite.
Plusieurs modes d'exécution d'appareils des- tinés à mettre en oeuvre la présente invention ont été représentés à titre d'exemple aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 est une coupe transversale d'un mode d'exécution particulièrement avantageux de l'appa- reil à carboniser et à briqueter, la coupe étant faite suivant la ligne I-I de la figure 2 certains arrachements
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ayant été pratiqués..
La figure 2 est une coupe verticale transversale de l'appareil suivant la ligne 2-2 de la figure la
La figure 3 est une coupe verticale pratiquée transversalement dans une partie du tambour rotatif et montrant une partie de la courroie-chaîneavec arrachement partiel.
La figure 4 est une perspective de l'un des chainons de la oourroie-ohaine.
La figure 5 est une vue en plan, de haut en bas, d'une partie du brin supérieur de la oourroie-ohaine, et du tambour qui lui est associé, avec arrachements.,
La figure 6 est une coupe verticale à travers une partie du tambour rotatif et de la oourroie-chaine, la vue étant prise dans la direction des flèèhes de la figure3.
La figure 7 est une coupe verticale à travers un mode d'exécution'différent de l'appareil de carbonisation, cette coupe étant faite suivant la ligne 7-7 de la figure 8.
La figure 8 est une coupe verticale à travers l'appareil de carbonisation, suivant la ligne 8-8 de la figure 7.
La figure 9 est une coupe verticale à travers un autre mode d'exécution de l'invention.
La figure 10 est une perspective d'un dispositif de compression préalable et des pièces appartenant à l'appareil qui ccopèrent avec ce dispositifo et la figure 11 est une perspeotive légèrement schématique de la cornue, montant l'appareil de
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chargement et de déchargement ainsi que les pièces qui coopèremt avec lui.
Si l'on se réfère aux figures 1 à 6, 11 désigne une cornue ou chambre de carbonisation fermée, disposée horizontalement et convenablement revêtue d'une matière réfractaire. Un tambour rotatif 16 creux et cylindrique, présentant une surface extérieure lisse, s'étend trans- versalement dans la cornue, sa partie moyenne se trou- vant à l'intérieur de la cornue et ses extrémités fai- sant saillie au-delà des parois latérales opposées 14 et 15 de cette cornue, Le tambour 16 est supporté, de manière à pouvoir tourner, à ses deux bouts, par des paires de galets convenablement montés et.centrés 17-17 et 18-18. Ces galets coopèrent avec des rails ou bagues annulaires 19-20 formant ohemins de roule- ment et montée sur la surface extérieure du tambour.
Des boites de bourrage annulaires 23-23 portées par le tambour servent empocher l'échappement des produits volatils de carbonisation de l'intérieur de la chambre de carbonisation. Une couronne dentée annulaire 25 est fixée au tambour à l'un de ses bouts et est en prise avec un pignon 26 monté sur un arbre 28 relié a une source d'énergie appropriée, de façon à faire tourner le tambour 16 à la vitesse que l'on désire dans le sens de la flèche de la figure 2. Des revêtements réfractai- res terminaux appropriés 28-29 sont prévus à l'intérieur du tambour au voisinage de ses bouts.
Pour chauffer intérieurement le tambour 16, deux tuyaux concentriques 30-31 dont l'extrémité est ouverte s'étendent suivant l'axe à partir d'un point extérieur voisin d'un des bouts et jusqu'à un point inté-
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rieur et voisin de l'autre bout du tambour. Le tuyau interne 30 est relié à une source de gaz conbustible. sous une pression appropriée et il est contrôlé par un robinet ou organe analogue 32; le tuyau externe 31 est relié à une source d'air sous pression et il est contrôlé par un robinet 33.
Une sortie de gaz 34, de préférence concentrique aux tuyaux 30-31, a été prévue dans la paroi terminale dU tambour qui est traversée par les tuyaux 30-31. Cette sortie est réunie d'une manière appropriée à un carneau 35 servant à l'évacua- tion des gaz de combustion de l'intérieur du tambour.
Une plaque déflectrice circulaire 36 ayant un diamètre notablement inférieur e celui du tambour est centrée par fixation à la surface cylindrique du tambour, au voisinage de la sortie de gaz 34, grâce à une série de bras supports radiaux 37-37. Les tuyaux 30=31 sont maintenus dans l'axe du tambour, au voisinage de leurs extrémités ouvertes? par une étoile appropriée 38 en métal résistant à la chaleur ou en une matière appropriée, les branches de cette étoile étant conve- nablement fixées à la surface interne du tambour.Un organe déflecteur 39 en forme de tronc de cône creux est monté par son extrémité la moins large sur le tuyau 31 et est fixé à l'étoile 38.
La disposition est telle que les gaz chauds formés par la combustion qui se produit dans le tambour au voisinage des extré- mités ouvertes des tuyaux 30-31 seront forcés de s'écouler vers la surface cylindrique du tambour en se dirigeant du côté de la sortie 34. En même temps le maximum de la chaleur radiante provenant de la garniture réfractaire 28 s'écoulera vers les parties adjacentes de la surface
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cylindrique du tambour. Le déflecteur 39 oblige ces gaz de combustion à s'approcher de la surface oylindrique du tambour, et en même temps il accroît la rapidité d'écoulement desces gaz par suite de la décroissance de la section transversale de leur écoulement.
Cette action tend donc à assurer le long de la surface cylin- drique du tambour une distribution uniforme de la chaleur dégagée par la combustion qui commence à un bout du tambour. Un rouleau fou 41 de forme allongée et d'un diamètre généralement inférieur à celui du tambour 16 est disposé horizontalement et .monté de façon à tourner dans l'extrémité de la cornue opposée à celle qui contient le tambour. Ce rouleau est fixé à un arbre 42 placé parallèlement à l'axe du tambour et porté par des paliers d'extrémité 43-43 susceptibles de glisser dans des glissières 44 de façon à se rapprocher ou à s'écarter du tambour. Le rouleau 41 peut être de diamètre supérieur égal ou inférieur à celui du tambour.
Chacun des paliers 43-43 présente une tige horizontale 45 qui traverse une douille 46 dans la paroi terminale 13 de la cornue. L'extrémité extérieure de cette tige est filetée de façon à recevoir un écrou 47. Un ressort de compression 48 est enfilé sur chaque tige 45 et est interposé entre la douille 46 et une rondelle ou uollier 49 qui est maintenu dans sa position par l'écrou 47, lequel sert à rapprocher ou à éloigner le Bouleau 41 du tambour. Le rouleau présente des plaques terminales 50-50 qui forment des rebords aux extrémités de ce rouleau.
Pour amener sur la surface du tambour chauffée une mince couche du combustible à carboniser et pour
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maintenir sûrement ce combustible oomtre la surface du tambour pendant la crabonisation, on a prévu une courroie transporteuse sans fin formée d'une substance résistant à la chaleur, par exemple d'un tissu flexible , de fil métallique. Cette courroie 51 encerole le tambour 16 et est en contact avec le combustible qui est supporté par la partie moyenne du tambour à l'intérieur de la chambre de carbonisation. La courroie fait aussi le tour du rouleau fou 41, la oonstruction de ce rouleau et des pièces qui lui son$ associées permettant de faire varier la tension sur la courroie sans fin et par conséquent la pression que cette courroie exerce sur le combustible.
Une paire de cornières annulaires 40 sont fixées des deux côtés de la partie moyenne de la surface du tambour, àtl'intérieur de la cornue, et servent à guider les deux bords latéraux de la courroie sans fin 51.
Afin d'obtenir le chauffage de la chambre virtuelle de carbonisation par l'extérieur, et afin de produire un courant de chaleur qui passe à travers la courroie et dans le charbon qu'elle supporte dans un sens opposé au sans-du courant de chaleur qui pro- vient du tambour, on a prévu une chemise chauffante 52 dans la paroi terminale 12 et dans les régions voisines du sommet et de la basa. La chemise 52 présente un dispositif permettant d'y introduire un gaz combustible et de l'air, ainsi qu'un dispositif supplémentaire permettant d'en évacuer les gaz de combustion. Le premier de ces dispositifs comporte deux tuyaux concen= triques 53-54 contrôlés par des robinets et reliés res- pectivement à une source de gaz combustibles et à une
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source d'air sous pression.
Le second de ces dispositifs comporte une sortie de gaz 55 placée près du sommet de la cornue et aboutissant à une cheminée ou à un type approprié quelconque d'échangeur ou d'économiseur de température (non représenté).
Une ooulotte transporteuse 56 présentant une fenêtre'ou une fente longitudinale 57 à sa partie inférieure, s'étend dans la cornue en traversant une des parois latérales de cette cornue et parallèlement au tambour. Le fond de la coulotte 56 est placé à une petite distance au dessus du brin inférieur de la courroie transporteuse 51, en un point voisin de la surface inférieure externe du tambour. Le charbon ou tout autre combustible destiné à la carbonisation peut être distribué sur la face supérieure de la courroie
51 dans toute la largeur de cette courroie, en tombant par l'ouverture du fond de la coulotte'56.
On peut facilement adopter un dispositif, par exemple un racloir 58,réglable verticalement, pour régler l'épais- seur de la couche de charbon, de telle façon que cette couche ou bien soit distribuée uniformément dans toute la largeur de la oourroie, ou bien présente une épaisseur plus grande sup un côté de la courroie que sur l'autre.
Un certain nombre de galets fous 59-59 sont montés individuellement ou tous ensemble de façon à pouvoir être réglés d'une manière aisée suivant la verticale, afin de faciliter le réglage de l'épaisseur de la couche de charbon à carboniser. La coulotte 56 possède une vis transporteuse ou un autre organe transporteur du type habituel ainsi qu'une trémie d'alimentation ou un dispositif analogue 56a à l'extrémité de charge- ment. L'échappement des gaz de distillation par la
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trémie 56a peut êtra évité en maintenant la trémie remplie de combustible ou en employant dans la canalisa- tion d'alimentation du charbon un robinet approprié du type rotatif (non représenté) ou une vis transpor- teuse fonctionnant suivant le principe d'Archimède.
Pour enlever la matière carbonisée de la cornue une fois qu'elle a quitté le contact avec la surface chauffée du tambour, on se sert d'un transpor- teur fermé 60 ayant une partie en forme d'auge 61 ou- verte vers le haut; cette auge se trouve en dessous du brin supérieur de la courroie transporteuse. L'un des cités 61a de l'auge 61 sert à la fois à racler et à diriger le coke de façon à l'enlever de la surface du tambour et à l'envoyer dans l'auge 61,, Un transporteur à vis ou un dispositif analogue 62, à l'intérieur de l'auge 61, conduit les matières carbonisées à une glis- soire close 63 qui les envoie dans une chambre formant sas pour l'air (cette chambre n'est pas représentée).
De là les matières peuvent être conduites à un refroi- disseur ou à un autre point de déchargement approprié.
Un galet fou 65 est monté sur un arbre transversal supporté à ses extrémités par les parois latérales de la cornue, de faon à abaisser la courroie transpor- teuse et à provoquer la rupture de la matière carbonisée qui y adhère, cette matière se détaohant alors en ce point de la courroie, si ce n'est pas encore arrivé.
Une sortie de gaz 64 pour les vapeurs ou les gaz de distillation, relie la chambre de carbonisation auxhat- terios habituelles de Scrubbers et de refroidisseurs ainsi qu'à l'endroit d'enmagasinage.
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Avec la disposition des pièces représentées aux figures 1 et 2 on remarquera que la pression qui s'exerce sur la couche de combustible augmente progros.. sivement pendant les premiers stades de la carbonisation, atteint un maximum, après quoi la pression qui s'exerce sur la couche partiellement carbonisée déaroit pro- gressivement pendant le dernier stade de la carbonisation et est supprimée au voisinage du point ou le produit carbonisé quitté le tambour. On peut, en demeurant dans les limites de l'invention, construire le tambour et le rouleau fou 41 de façon qu'ils soieot fixes l'un par rapport à l'autre, et modifier le montage du galet 65 pour lui permettre d'agir comme tendeur de courroie afin de faire varier la pression sur la couche de combustible que l'on carbonise.
Dans ce dernier cas la pression exercée sur la'couche de combustible augmentera progrès- sivement pendant le cours de la carbonisation et attein¯ dra son maximum juste avant que la matière carbonisée quitte le tambour* Dans tous les cas la pression efficace sur la couche incurvée du combustible que l'on carbonise s'exerce'dans une direction radiale parrapport à cette une couche eh dans/direction bien déterminée par rapport au courant de chaleur de carbonisation qui agit sur cette couche, -
Quand on désire carboniser et briqueter simul- tanément la matière bitumineuse, on remplace la courroie flexible en tissu de fil métallique que l'on vient de décrite par une courroie-chaine sans fin en matière résistant à la chaleur,
telle par exemple que celle qui est représentée aux-figures 3 à 6.Le tambour à surface lisse est alors remplacé de préférence par un tambour
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- il- 368659 présentant des nervures annulaires en forme de coin disposées à des intervalles appropriés le long de la surface externe du tambour. Si l'on se réfère aux figures 3 à 6, on voit que la courroie chaine sans fin est formée d'une série de chaimons dont chacun présente une extrémité en forme de languette 66, et à l'extré- mité opposée, une fourchette formée de deux pattes parallèles 67-67 écartées transversalement, la languette G6 et les pattes 67 étant séparées par une cloison transversale 68 disposée verticalement.
Chacun des chainons présente des orifices 69,70.70 garnis de préférence de manchons 71-71 constitués par un métal résistant à la chaleur et susceptibles de recevoir des axes 72-72 de faon à permettre le pivote- ment des chaînons les uns par rapport aux autres, Les axes 72 sont suffisamment longs pour traverser plusieurs chaînons disposés transversalement sur la même lignée La bord'supérieur, à chaque bout de chaque chaînon, est de préférence arrondi comme on le voit en 73 et 74, et le bord supérieue de chacune des pattes 67-67 dans chaque chaînon s'étend au-dessums du niveau de la face supérieure de la languette 66, mais au-dessus du niveau de la surface supérieure de la cloison transversale 68.
Une partie de la surface supérieure de chacune des pattes est biseautée, comme on le voit en 75, les deux parties biseautées s'inclinant de haut en bas l'une vers l'autre La cloison transversale 68 de chaque chaînon s'étend de préférence à une distance notable au dessus du bord supérieur des pattes 67 et elle forme légèrement coin en coupe transversale, le bord supérieur étant aussi incurvé transversalement comme on le voit en 760
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Afin de ooopérer avec ce type de transporte ur à chaînons pour former des briquettes,, la surface exté- rieure dutambour 16 présente une série de nervures annulaires 77, ayant en général une section en forme de coin.
Ces nervures 77 sont écartées les unes des autres le long du tambour à des intervalles approximativement égaux et un peu supérieurs à la largeur transversale de chacun des chaînons. Les flnacs inclinés de ces ner- vures sont susceptibles de coopérer avec les bords la- téraux incurvés des cloisons transversales 68 et avec la surface supérieure des pattes 67-67 de chaque chaînon afin d'exercer une compression par coincement sur une masse de matière bitumineuse ainsi enfermée et portée par la languette 66 de chaque chaînon.
Avec cette disposition on a donc des séries longitudinales et transversales entrecroisées de poches peu profondes susceptibles de maintenir la matière à carboniser en contact avec le tambour. Pendant ce contact une pression déterminée à l'avance s'exerce sur ia matière.bitumineuse par suite de la tension de la courroie. Cette tension de la courroie à pour effet une compression dirigée d'une manière générale de dehors en dedans vers le centre de la charge de matière maintenue entre deux cloisons adjacentes 68 et deux nervures annulaires 77. Cet effet de compression se prolonge pendant que la matière est en contact avec le tambour fortement chauffé.
La construction et le montage de la courroie.. chaine et des pièces qui coopèrent avec ellesent telr3 qu'une fois que la matière transportée a quitté le con- tact avec la surface chaude du tambour, la courroie chaîne reçoit une légère courbure en sens inverse lorsqu'elle
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passe sur le galet 65, en sorte que les divers chain ons oscillent autour de leurs axas de pivotement 72. La languette 66 qui forme le fond de chacun des récipients contenant du coke joue alorsle rôle d'un éjecteur et facilite le détachement des briquettes terminées du transporteur et leur déchargement dans l'auge récep- trice 61.
Conformé ent à l'invention, on peut aussi suppri- met dans certains cas le gilet fou 65 et assurer l'in¯ curvation en sens inverse de la courroie et par consé- qument le déchargement de la matière carbonisée, en s'arrangeant pour que la courroie forme une certaine flèche lorsqu'elle quitte le contact aveo le tambouro
Bien que, dans le mode d'exécution le plus avan- tageux, on ait prévu un tambour ayant des nervures an nulaires sur sa surface externe, lorsqu'on veut simulta- nément carboniser et briqueter des matières bitumineuses on peut, tout en restant dans le cadre de l'invention, utiliser à cet effet un tambour à rainure ou à cavité, coopérant avec une courroie métallique lisse ou avec une courroie de tissu en fil métallique,
On peut aussi employer un tai.ibour à surface lisse coopérant avec une courroie à chaine ou avec une courroie en feuille métallique présentant des ondulations, des dépressions en forme de couple, ou ayant des formes équivalentes, de faon à produire ainsi des récipients susceptibles de recevoir de la matière et de former des briquettes.
Pour mettre en oeuvre cette carbonisation de matière en couche; mince on prend du charbon pulvérisé ou un autre combustible bituminaux à l'état de fine division, ou des mélanges de ces corps, avec ou sans
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addition d'autres substances carbonisées ou partielle.. ment carbonisées, comme du cooke ou du charbon non coké fiable à l'état de fine division.
On fait parvenir la matière sur le transporteur sans fin qui se déplace, la matière formant une couche mince d'une épaisseur déterminée à i'avance et étant de préférence régulière.. ment destribuée quant à l'épaisseur sur toute la largeur de la courroie, La surface cylindrique du tambour à l' intérieur de la cornue, a été chauffée préalablement à une température qui convient pour carboniser le combus- tible, par exemple à 720 , bien que des températures de 4500 à 900 puissent être employées. A mesure que le tambour tourne, le charbon est amené par la courroie en contact avec les paroio à haute température du tambour et comprimé en une couche relativement mince et incurvée.
Ce charbon est échauffé plus ou moins rapidement à la température de carbonisation, les gaz de distillation qui se dégagent étant évacués par la sortie de gaz 64. Le déplacement en avant de la cour- roie 51 est obtenu uniquement par laatracton exercée par le tambour et le degré de tension de la courroie et par suite le degré de la compression exercée sur la mince couche de charbon en aontact avec la surface du tambour, sont déterminés par le réglage de la compres- sion du ressort 48. On peut employer sur la couche de combustible des pressions allant de 120 à 10.000 kilogs au mètre carré.
La vitesse de rotation du tambour est réglée de façon à se qu'on obtienne le degré voulu de carbonisation du charbon en une seule période de contact du charbon avec le tambour chauffé, si bien que le combustible sera totalement ou partiellement
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carbonisé, suivant qu'on le désire, à l'instant où il quittera l'appareil de carbonisation.
L'exemple suivant est donné pour illustrer la carbonisation d'un charbon bitumineux. Ce charbon, à l'état finement divisé a été placé sur la courroie en fil métallique flexible sous forme d'une couche sensi- blement uniforme ayant une épaisseur de 20 a 22 m/m.
La.tension de la courroie équivalait sur la couche de charbon à une pression de 908 Kilogs par m2 de surface projetée sur la section transversale du tambour. La température du tambour et sa vitesse avaient été réglées de façon que le charbon fût soumis à une température de carbonisation de 610 environ à la surface du tambour pendant une période de 30 minutes, la chaleur étant fournie entièrement par l'intérieur du tambouro Le vdume spécifique du coke obtenu fût approximativement de 450 kilogs par m3, et le goudron brut récupéré avait une teneur en @ acides du goudron de 48,8 %, un poids spécifique de'0,966 à 25 , une teneur en eau de 20 % et une valeur résiduelle de sulfonation (% d'huile neutre)
de 37,9 %. Le gaz récupéré avait une valeur calorifique de 162.220 cal. gr.
Dans le cas où l'on désire simultanément car- boniser et briqueter le combustible, on emploiera un type de transporteur à chaîne formant des poches, comme on l'a montré aux figures 3 à 6. L'épaisseur de'la couche de combustible sera de préférence supérieure à la distan- ce entre la surface du tambour et le fond des poches de la courroie-chaîne, ce qui assurera un excès de charge notable de combustible à l'intérieur des poches. On faci- litera ainsi l'obtention de la compression que l'on désire
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et l'on assurera la formation de briquettes ayant la structure et la densité que l'on veut.
Il est évident quavec un appareil tel que celui qui a été représenté, la couche mince de combus- tible qui repose sur le brin inférieur du transporteur est soumise à un effet de chauffage préalable par suite de la chaleur qui y arrive de la surface adjacente, à haute température, du tambour, avant le contact du com bustible avec cette surface. L'importance de ce chauffage préabable peut varier dans certaines limites en accord avec certains facteurs comme la vitesse du mouvement du transporteur, la température du tambour et l'épaisseur de la couche de combustible. Ceci facilite un chauffage préalable rapide du combustible avant qu'il parvienne finalement en contact avec le tambour à haute température et qu'il soit comprimé sur ce tambour.
Si on le désire, on peut prévoir des moyens pour appliquer une quantité supplémentaire de chaleur à la partie du tambour qui fournit la plus grande partie de la chaleur destinée à produire le chauffage préalable du combustible de cette manière. On peut chauffer préalablement le combustible au degré que l'on veut avant de l'introduire dans l'appa- reil de carbonisation.
Dans certains cas il pourra être désirable de faire fonctionner l'appareil de carbonisation avec une température qui, d'un bout du tambour à l'autre, diffère de plusieurs cinquantaines de degrés,afin que les gaz de cheminée que l'on évacue entrainent le minimum de chaleur du système. Dans ces circonstances il est possi- ble de mettre en pratique l'invention tout en obtenant
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un produit carbonisé régulier et de grande valeur, malgré l'inégalité de distribution de la chaleur, à condition de régler la hauteur du râcloir 58 qui coopère avec le dispositif de chargementbdu charbon,,
de facon a ménager sur le côté de la oourroie qui est en contact avec le bout du tambour dont la température est la plus élevée une couche de charbon plusépaisse que celle qui existe sur le côté de la courroie en contact avec le bout du tambour dont la température est la plus basse. De cette faon le rapport de l'épais seur de la couche de combustible en un point quelconque à la température du tambour en ce même point peut être réglé de faon que la durée de carbonisation soit uniforme sur toute la largeur de la couche de combus- tible. Comme on l'a montré ci-dessus, la durée de car- bonisation est proportionnelle au carréde l'épaisseur de la couche et.grossièrement proportionnelle à la quatrième puissance de la température absolue de car- bonisation.
Bien que l'on puisse obtenir une carbonisation satisfaisante au moyen de la chaleur appliquée à travers les parois du tambour à l'une des faces seulement de la mince couche de matière il peut être également désira- ble, dans certaines conditions, de chauffer simultanément la mince couche à la fois par sa face supérieureet par sa face inférieure au moyen de chaleur provenant de sources indépendantes,, Il est aloss très désirable de régler la quantité de chaleur fournie par la chemise chauffante extérieure de faon que la température de la courroie sans fin ne s'élève pas sensiblement au-
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dessus de 550,ou 600 .
Cependant on peut utiliser les températures plus élevées lorsque la courroie est constituée d'un alliage approprié résistant à la chaleur, tel que l'alliage appelé"hybnickel", En principe lorsqu'il y a entre le tambour et la courroie une différence de tempé- rature de 220 à 280 , la carbonisation se produit à peu près complètement à partir de la face de la couche qui se trouve à la température la plus élevée eu en contact avec le tam- bour et les gaz de distillation s'échappent le long de la face en contact avec la courroie* Quand on opère dans ces condibions il n'est pas nécessaire de chauffer la courroie beaucoup au-dossus de 550 ce qui permet de pro- longer notablement la durée de cette courroie.
La pression efficace appliquée à la couche mince de matière bitumineuse que l'on carbonise est sensiblement moindre lorsque l'on emploie la courroie en tissu flexible de fil métallique que quand on emploie la courroie-chaine à briquetage que l'on a décrite. Par exemple des pressions de 730 à 970 Kilogs au m2 exercées par la courroie flexible sur la matière à carboniser fournissent un produit satisfaisant, tandis que les pressions efficaces requises lorsqu'on enploie une courrois-chaine à briquetage telle que celle qui a été décrite, vont d'ordinaire de 1220 à 2440 kilogs par m2 et même au-dessus.
Lorsqu'on carbonise des couches extr- mement minces de matières, par exemple des couches de 12,5 m/m ou encore moins, on peu± employer sur la matière des pressions très inférieures à 730 kilogs par m2vde la surface de la section projetée du tambour.
Le processus de carbonisation du combustible en couches minces sous pression est applicable soit à du charbon cokéfiable à 100 % , soit à des mélanges de charbons
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cokéfiables et de coke, avec ou sans addition d'autres matières carbonées, comme le charbon non cokéfiable, les agents de briquetae,e tels que la. poix et le goudron, les agents d'imperméabilisation etc... De cette fagpn un charbon pulvérisé cokéfiable à 100 % a'ant une teneur élevée en produits volatils, peut être traité de façon à donner un produit carbonisé présentant une structure régulière de coke.
Lor qu'on veut obtenir des briquettes dans le même stade que la carbonisation, on obtient cependant en général de meilleurs résultats si l'on emploie un mélange de charbon cokéfiable avec une proportion de coke ou de charbon non cokéfiable. Par exemple un mélange contenant 60 % de charbon cokéfiable et 40 % de coke donne des briquettes très satis- faisantes et très denses.
Bien que l'appareil ci-dessus décrit fournisse des résultats satisfaisants lorsque l'on emploie certains types de mélanges de combustibles, on a constaté que pour d'autres mélanges, et en particulier pour ceux qui contien nent une teneur élevée en constituants volatils, il y avait quelquefois tendance à ce qu'une structure poreuse se développât dans les briquettes, et à ce que, dans certains casâtes briquettes collassent légèrement aux moules, en sorte que le déchargement de la courroie ne se faisait pas régulièrement.
De plus en raison de la durée considé- rable pendant laquelle la face supérieure de la mince couche de combustible sur la courroie etait exposée à la chaleur intense qui rayonnait du tambour avant que la couche vint en contact avec lui, on a constatée en traitant ces mêmes mélanges de combustiblesqu'une crôute durcie tendait à se former sur la face supérieure de la couche,, et cette croute se fracturait lorsqu'elle venait en contact
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de compression avec lé tambour, ce qui donnait à la briquette terminée une apparence rugueuse. Quelquefois des fenteâ apparaissaient dans la briquette après car- bonisation et pendant le refroidissement.
On a constaté qu'il est possible de surmonter ces diverses difficultés dans une carbonisation du type décrit ci-dessus. On peut neutraliser toute espèce de tendance du mélange de combastibles briqueté à coller au moule après carbonisation, en rendant la mince couche de combustible plus compacte par application d'une compression préalable relativement faible immédiatement après qu'elle a été répartie sur la courroie de carbonisation et avant qu'une partie importante de cette couche ait été portée à la tem- pérature de carbonisation. De plus ce collage peut être prévamen chauffant préalablement le moule ou la courroie à une température de l'ordre de la température de carbonisationn, avant de placer la couche de combustible sur la courroie chaude.
On permet ainsi la formation rapide d'une pellicule ,superficielle de combustible carbonisé sur la courroie, cette pellicule étant faible et susceptible de se briser, en sorte que la briquette carbonisée se déchargera ensuite facilement de la courroie.
La formation fâcheuse d'une croute supérieure sur la couche de combustible avant le contact de cette couche avec le tambour est évitée de préférence par l'emploi d'un écran en matière réfractaire convenablement renforcé, cet écram étant disposé de façon à empêcher le rayonnement direct de la chaleur du tambour chaud sur le combustible jusqu'à ce que ce combustible soit en contact immédiat avec le tambour.
Si l'on se réfère aux figures 7 et 8 des dessins, on voit que 100 désigne une cornue fermée revêtue de matière
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réfractaire et présentant des portes 120-120 pour l'ins- pection et la prévention des explosions. Un tambour rotatif 140 en matière résistant à la chaleur ou en un alliage tel que le hybnickel est disposé à l'intérieur de la cornue et présente des côtés inclinés 160 qui font saillie à travers des ouvertures ménagées dans les parois latérales opposées de la cornue, Le tambour est monté de facon à pouvoir tourner, à ses deux bouts, sur des galets 170-170 appropriés et dans des paliers 200-200 portés par des supports 220-220. Une couronne dentée 240 fixée à un bout du tambour, est mise en rotation à partir d'une source d'énergie appropriée par un engrenage 260 en prise avec lui.
Afin de rendre étanche l'intérieur de la cornue et d'empêcher ainsi les fuites de gaz le long des côtés inclinés du tambour, on a fixé à chacune des parois latérales de la cornue, au voisinage des ouvertures par lesquelles passent les bouts du tambour, un anneau creux
280 présentant des raccords d'entrée et,de sortie, de qui permet de faire circuler à l'intérieur de cet anneau un fluide réfrigérant. Aux deux bouts des côtés 160 du tambour se trouvent des prolongements qui forment des plaques 300 dont chacune présente une série de rai- nures annulaires 320-320. A chaque plaque est fixé un collier 340 présentant une garniture résistant aux hautes températures. Un obturateur annulaire 360 présente des surfaces de portée susceptibles de s'appuyer respectivement contre une surface de l'anneau 280 et contre la plaqqe rainurée 300.
L'obturateur est poussé normalement contre ces deux surfaces par un levier de sonnette 380 poussé par un ressort. Les organes annulaires 280 et 360 avec la plaque 330, de chaque côté du tambour, constituent un
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récipient annulaire contenant du Lubrifiant. Des bagues de garniture appropriées 390 sont logées dans les anneaux 280.
Un tuyau d'alimentation en fluide combustible 400, fermé en sonnilieu, s'étend dans l'axe du tambour, et ses deux extrémités sont reliées à une ou plusieurs
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sources de gaz aombustible..Oonaentriquement à ce tuyau se trouve un second tuyau 420 susceptible de recevoir un courant de fluide réfrigérant comme l'eau. Une couche de matière réfractaire 440 enfermée dans une enveloppe de métal résistant à la chaleur, entoure les tuyaux 400-420, ainsi qu'on l'a représenté. Un certain nombre d'ajutages 460 pour le combustible, sont prévus dans le tambour et se dirigent dans l'ensemble vers le bas. l'intérieur du tambour est en communication avec deux carneaux 480-480 par l'intermédiaire des sorties annulaires 500-500 qui . se trouvent aux deux bouts du tambour.
Une courroie transporteuse sans fin flexible, en métal en ou alliage résistant à la chaleur, est désignée par 600. Elle est susceptible d'entourer le tambour 140 et de passer aussi autour d'un rouleau fou 620 placé à l'intérieur de la cornue 100, l'axe du rouleau étant paral- lèle à l'axe du tambour. La surface extérieure du tambour et la surface correspondante de la courroie 600 peuvent être lisses ainsi qu'on l'a montré aux figures 7 et 8, où bien encore elles peuvent être constituées comme dans l'appareil précédent afin de coopérer de façon à briqueter le combustible carbonisé, ainsi que d'ailleurs cela existe aussi en figure 10. L'intérieur du rouleau 620 peut être chauffé si on le désire.
Cela peut être réalisé de la même manière que pour le tambour ou bien encore d'une autre
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manière, par exemple en faisant passer à travers le rouleau les gaz de combustion provenant du tambour. Afin de fournir directement de la chaleur de rayonnement à la face de la courroie 600 qui est opposée au tambour, on a prévu une chambre de chauffage 640 au voisinage du tambour, et cette chambre présente une surface radiante 660 en métal relativement mince et résistant à la chaleur. La surface en question aura par exemple une épaisseur de 6,3 m/m.
Un bruleur G80 dirige sa flamme sur une masse réfractaire 700 qui se trouve à l'intérieur de la chambre 640, les gaz de combustion étant extraits par le carneau 720. Un uyau transversal 730 placé en de:,sous du tambour, présen- te une série d'ajutages de sortie 750 en forme d'éventail et ses extrémités sont en communication avec une source de gaz de combustion chauds, tels que ceux qui sont produits dans le tambour ou dans la chambre de chauffage 640. Ainsi un courant constant de ces gaz balave la surface radiante 660 et sert à débarasser cette surface da earbone et de tous autres résidus qui pourraient gêner la transmission de la chaleur radiante.
Ce courant sert aussi à enlev.r de cette zône les vapeurs de carbonisation aussi vite qu'elles sortent à travers la courroie et avant qu'elles puissent subir un craquage ou subir un autre dommage du fait de leur contact avec la surface radiante à haute température. De l'azote ou d'autres gala neutres ou des gaz légèrement oxydants peuvent être substitués aux gaz de combustion.
Afin d'obtenir le degré voulu de tension de la courroie 600 pendant l'opération et afin d'assurer un changement approprié de direction de cette courroie lorsqu'elle quitte le tambour, on a monté une série de galets chargés 760-760 dans un cadre basculant 700 porté
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par une traverse 790 susceptible de coulisser verti- calement dans des pièces terminales 800-800 présentant des fentes appropriées et disposées à l'intérieur des parois de la cornue.
Pour amenes le combustible à carboniser à la courroie 600 et pour enlever le combustible carbonisé de la cornue, on a prévu un transporteur transversal sans fin 900 à racloirs, ce transporteur étant actionné par une source d'énergie appropriée. Le transporteur possède un brin supérieur et un brin inférieur, et il comporte une série d'organes transversaux ou racloirs 920 maintenus ' à des.intervalles appropriés par des chainons 940 (figure 11) qui se déplacent le long de chemins dans les parois latérales réfractaires 960-960 sur les côtés du transpor- teur. Le brin supérieur du transporteur se déplace dans une auge rainurée 980.
Le combustible solide passe de la trémie 100x (figure 11) sur le brin inférieur du transporteur 900,
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en franchissant la va1v'obtLwationde jaugeage 102.
Le combustible en excès qui n'a pas été déposé sur la courroie 600 pendant le mouvement du transporteur 900 en travers de cette courroie, est déchargé par le trans- porteur en franchissant une valve d'obturation 104 étanche aux gaz. Il peut être ramené à la trémie 100x ou envoyé ailleurs.
Le combustible carbonisé qui a été déposé sur le brin supérieur du transporteur lors de la séparation de la courroie de carbonisation et du tambour, est évacué de la cornue en franchissant la valve d'obturation 106 et est envoyé dans un transporteur ferme qui le conduit à un récipient de refroidissement approprié ou à un four à recuivre (non représentée,
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Un écran 110 (figure 10) en matière réfractaire, et présentant de préférence une partie en métal résistant à la chaleur - partie qui, si on le désire, peut être refroidie par un courant intérieur d'un fluide approprié - est disposé entre le transporteur de chargement et le tambour 140,
afin d'empêcher la transmission de la chaleur rayonnante à la face supérieure de la couche de combustible jusquià ce que celle-ci soit sensiblement en contact avec le tambour chaud,
Il y a intérêt à appliquer un degré déterminé de compression préalable à la couche mince de combustible avant qu'elle soit en contact avec le tambour chaud.On peut ainsi donner à cette surface une forme qui corres- pond à celle qui lui est imprimée normalement par le tambour. On peut aussi rendre plus compacte la charge de combustible avant qu'elle ait été soumise à un chauffage superficiel notable. A cet effet on a prévu un presseur 116 qui peut être un rouleau, ou une plaque, ou un dispo- sitif équivalent.
Dans le mode d'exécution représenté ce presseur consiste en un ou plusieurs rouleaux montés sur un arbre tournant 118 qui lesfaite tourner et quir lequel en même temps ils sont susceptibles d'un glissement limité. Chacun des rouleaux peut avoir une surface cannelée, rainurée, ou ayant toute autre configuration de façon à correspondre à la configuration de la surface du tambour..
La rotation do l'arbre est obtenue par une transmission appropriée avec le tambour ou avec une source d'énergie indépendante. La surface extérieure des rouleaux 1160 et la courroie de carbonisation 600 se déplacent sensiblement à la même vitesse.
Les extrémités de l'arbre 118 sont poussées
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élastiquement vers le bas par des dispositifs appropriés tels que les ressorts de tension 120, de façon à appuyer élastiquement les rouleaux 116 avec une pression déterminée à l'avance contre la courroie de carbonisation et contre le combustible qu'elle porte. Des dispositifs quelconques bien connus peuvent être employés pour régler le degré de pression exercé sur l'arbre et les rouleaux par les ressorts 130, et pour faire varier par conséquent la pres- sion exercée sur le combustible de la courroie.
Afin de régler l'épaisseur de la couche de combus- tible qui doit être déposé sur la courroie de carbinisation par le transporteur 900, on a placé à l'intérieur de la cornue, en dessous de la courroie 600 et des galets 116 et en contact avec la courroie, un support 130 réglable verticalement. Une série de galets sont montés sur la face supérieure du support 130 afin de réduire la friction entre la courroie 600 et le support 1300
Une sortie 132 de vapeur et de gaz conduit de la partie supérieure de la cornue aux Scrubbers et aux Conden-
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seurs habituels .
Suivant le mode d'exécution représenté en figure 9, le mélange combustible à carboniser est déposé par le brin inférieur du transporteur 900 dans une trémie allongée 140 d'où il s'écoule continuellement à travers la valve d'obturation et de jaugeage 142, et tombe par gravité sur la courroie de carbonisation 600 approximativement au point où colle vient en contact avec le tambour chaud. Un galet ou dispositif analogue 144, actionné sensiblement à la même vitesse que la courroie 600, assure la constance du point de contact du tambour avec la courroie et sert à augmenter la opacité du combustible lorsqu'il touche le tambour.
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Un organe 910 du genre d'une auge coopère avec la courroie 600 pour amener le combustible ou lesbri- quettes carbones du tambour au brin supérieur du transporteur 900.Dans ce mode d'exécution le temps qui s'écoule entre l'arrivée du combustible sur la courroie et son passage en contact de compression avec le tambour chaud,est si bref que l'écran et le presseur, tels qu'ils ont été représentés en figure
7, ne sont pas nécessaires. Une chambre de chauffage 640 présentant.. une surface radiante 660 a été aussi prévue. Le conduit 146 évacue les vapeurs de carbonisa- tion de la cornue et le conduit 148 évacue les gaz de combustion de la chanbre G40. Le tambour est chauffé de la manière qui a été décrite à propos de la variante des figures 7 et 8.
La paroi réfractaire 960 de l'en- veloppe du dispositif d'alimentation en combustible voisin de la courroie de carbonisation, a été taillée ou biseautée suffisamment pour permettre un échappement facile au-delà de ce point des vapeurs et des gaz de carbonisation qui se sont formés immédiatement au point de contact du combustible avec le tambour à haute tempé¯ rature; de cette facon ces gaz s'échappent avant d'avoir subi un craquage ou un autre dommage par la chaleur qui provient du tambour.
Les vapeurs et les gaz qui se sont formés pendant la carbonisation des charbons et des mélanges de combus- tibles ayant une teneur relativement grande en matières volatiles sont soumis aux opérations habituelles de puri¯ fixation et de condensation et peuvent être enmagasinées.
On peut aussi les bruler pour fournir la chalaar de car- bonisation nécessaire au procédé. Dans certains cas les
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vapeurs de carbonisation à l'intérieur de la cornue peuvent être diluées par des gaz chauds tels que ceux qui proviennent de la combustion à l'intérieur du tambour; ceci permet de réduire les propriétés plas- tiques du combustible et de favoriser la carbonisation.
De l'air ou d'autres gaz contenant de l'oxygène peuvent être introduits dans la chambre de carbonisation avec ou sans ga de combustion, afin de fournir directement de la'chaleur additionnelle au mélange de combustible qui est carbonisé.
Dans le type d'opération oú le mélange carbonisé consiéte en un charbon très volatil à 35 à 50 %, la quantité de gaz et de goudron formés est à peu près juste suffisante pour fournir la chaleur nécessaire au processus de carbonisation. On peut faire circuler en totalité ou en partie à travers l'installation les gaz obtenus par la combustion de ce combustible. Le mélange final de gaz de combustion et de vapeurs de carbonisation qui quittera le four de carbonisation sera juste assez combustible pour que ce mélange chauf- fant puisse être utilisé à fournir la chaleur nécessaire au processus de carbonisation.
Dans ces conditions des charbons de faible valeur peuvent être carbonisés pour obtenir un produit de haute valeur. Aucune installation de condensation de purification, aucune installation auxiliaire ne seront nécessaires, parce que les gaz de carbonisation formés seront directement ramenés à l'installation pour fournir la chaleur nécessaire à la carbonisation. Les gaz de combustion présenteront un léger effet oxydant qui tendra à réduire la plasticité du 'mélange de coèbustible et retardera ainsi la tendance
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du mélange à coller aux cellules de la courroie de carbonisation.
Cette tendance au collage pourra aussi être retardée par un chauffage préalable de la courroie avant de placer le mélange sur elle; par exemple en lui appliquant de la chaleur lorsqu'elle passe autour du rouleau fou chauffé (voir figure 7). D'autres moyens d'appliquer de la chaleur à la courroie avant que la charge de combustible soit placée sur elle peuvent être substituées au chauffage indirect de cette courroie par la rouleau fou ainsi que le reconnaît très facilement le spécialiste. Des briquettes de combustible très satis- faisantes et sans fumée ont été préparées dans l'appareil dos figures 7 à 11 en traitant un mélange de combustible contenant 60 % de poussier d'anthracite et 20 % de poix de Skelly (poix de pétrole ayant un point de fusion aux environs de 117 )., le tout broyé de façon à passer au tamis de 20 mailles.
Le mélange de combustible fut chauffé préalablement dans un récipient à 337 bpuis fut placé chaud en couches minces de 32 m/m d'épaisseur sur la courroie de briquetage et de carbonisation. Cette couche de combustible but alors comprimée jusqu'à 25 m/m d'épaisseur et sa face supérieure fut traitée par un rouleau presseur du type décrit ci-dessus. On fit alors passer la courroie de carbonisation contenant le combustible entre doux surfaces est dont les températures étaient au voisinage de 770 . La carbonisation fut poursuivie environ pendant 10 minutes au moyen de cette chaleur appliquée à la fois à la face supérieure et à la face inférieure de la couche $après quoi les briquettes furent déchargées et refroidies.
On obtint les résultats analogues en traitant un mélange contenant 60% d'un coke de pétrole (produit par
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la distillation sous pression de l'huile de pétrole) qui avait reçu un chauffage préalable à 777 ; 30 % du même coke de pétrole, mais sans traitement préalable; et 20% de poix de Skelly, le tout broyé de façon à passer au tamis à 10 mailles. Aptes avoir chauffé préalablement le mélange à 340 , on le placat en couche mince de 38 m/m d'épaisseur sur la courroie de briquietage. On fit alors passer cette couche sous le rouleau presseur, et elle fut réduite à 29 m/m d'épaisseur sous une pression de 0,70'kiloga par c/m2.
La couche ainsi obtenue fût alors mise en contact avec deux surfaces chauffées à haute tem¯ pérature maintenues à 7800 en moyenne., pendant 10 minutes, sous une pression très faible de 2,4 kilogs par m2. Le combustible ayant subi la compression préalable fût soumis à un réchauffage préalable pendant une minute au moyen de la chaleur rayonnante du tambour, avant de venir en contact avec lui. Des pressions préalables de 0,07 kilogs à 7 kilogs par c/m2 sur le mélange de combus- tible brut peuvent être utilisées avec de bons résultats.
Par exemple des pressions préalables de 1,75 kilogs par c/m2 conviendront lorsqu'on briquettera et qu'on carboni- sera des résidus de distillation sous pression., tandis que l'on pourra employer trois à 7 kilogs par o/m2 pour des charbons à haute teneur volatile, dans les mêmes conditions,
La variante qui a été représenté en figure 9 est spécialement destinée à traiter des mélanges de combustibles chauffés préalablement qui sont voisins de la température de carbonisation lorsqu'ils pénètrent dans la cornue.L'emploi d'un combustible chauffé préala- blement est préférable, mais non pas essentiel, et l'on
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a carbonisé d'une manière satisfaisante, conformément à la présente invention des mélanges froids de combustible.
On a utilisé a cet effet des températures allant de 500 à 1000 et on a obtenu de bonnes briquettes sans fumée en un temps aussi court que trois minutes d'exposition à la chaleur provenant du tambour. on peut substituer sans s'écarter de l'esprit de la présente invention, aux procédés et aux moyens décrits, d'autres procédés et d'autres moyens pour distribuer uniformément la chaleur sur la surface interne du tambour.
Par exemple on peut introduire du gaz combustible dans le tambour par un bout et enlever les produits de combustion par une sortie axiale prévue à l'autre bout, tandis qu'un tuyau d'air convenablement isolé s'étend dans l'axe du tambour et présente, à des intervalles déterminés, des tuyaux latéraux placés radialement et isolés.au point de vue calorifique. Ces tuyaux s'étendent jusqu'à des points voisins de la surface interne du tambour et permettent d'introduire de l'air secondaire dans ce tambour en une série de points choisis près de la surface cylindrique interne, afin de brûler des portions du gaz en différentes régions tout le long du tambour.
La distribution des gaz chauds le long de la surface interne courbe du tambour peut aussi être améliorée par l'emploi de chicanes en hélice ou de chicanes en matière réfractaire, et l'on peut peut employer tous autres moyens bien connus pour assiurer un trajet maximum le long de la surface du tambour des gaz chauds qui s'écoulent à l'intérieur de ce tambour.
Conformément à la présente invention on peut traiter d'une manière satisfaisante une très grande variété
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de combustibles carbonés 'et de mélanges de combustibles. par exemple on pourra briqueter avec des matières carbonées des minerais destinés à la métallurgie. L'emploi d'une compression préalable est particulièrement avantageux lorsqu'on traite des mélanges de combustibles ayant une teneur relativement élevée en matières volatiles et ayant'une densité relativement faible.
Les briquettes qui en résultent possèdent une structure dense et leur surface externe est relativement exempte de fentes, telles qu'elles se produisent quelquefois par contractions d'une masse dépourvue de compasité pendant la carbonisation ou par l'action du tambour qui est susceptible de briser ' une surface extérieure partiellement carbonisée couvrant des couches de combustible lâches et peu compactes.
Grâce à l'emploi de l'invention qui vient d'être décrite il est possible de mettre en oeuvre un procédé continu pour la carbonisation à basse température du charbon et des matières analogues en couches minces cony tinues ou discontinues, ce procédé combinant une grande vitesse'de passage avec un rendement satisfaisant en coke de haute valeur présentant une structure cellulaire uni- forme, soit informe soit briqueter. En même temps le procédé fournit un goudron de haute valeur provenant de la distillation à basse température,et un gaz de houille ayant une valeur calorifique relativement élevée.Le prix de revient de la construction, si l'on considère le rendement, parait être notablement inférieur à celui des appareils habituels de carbonisation utilisés précé- demment.
Diverses modifications peuvent être apportées à l'invention.
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improved method and apparatus for carbonizing bituminous materials.
The present invention relates to a method and apparatus for carbonizing bituminous materials in thin layers. This method and apparatus is particularly useful when it is desired to distill coking coal and other similar carbonaceous materials at low temperature, or mixtures thereof, and to subject the carbonized materials partially or totally to a briquetting operation during the carbonization stage or after this stage.
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In general, it can be said that the present invention consists in the partial or total carbonization, preferably between the limits attributed to the carbonization at low temperature, of bituminous materials such as bituminous coal or mixtures of carbon. these materials with coke or other suitable substances, preferably in a finely divided state; the material is maintained in well-defined thin layers;
the carbonization is carried out by applying heat to one or both sides of the bed and a determined pressure is maintained on this layer for part of the decarbonization period or throughout this period, it has been proposed in In addition to simultaneously carbonizing and briquetting coal and the like in thin layers maintained under pressure, and a new device has been provided for supplying the heat necessary for carbonization and for continuously introducing the carbonaceous material into it. the carbonization zone, as well as to remove, after carbonization, material from this zone, as well as to remove during carbonization the gases and distillation vapors as they are formed and to condense and recover them in the following.
Several embodiments of apparatuses intended to implement the present invention have been shown by way of example in the appended drawings in which:
FIG. 1 is a cross section of a particularly advantageous embodiment of the carbonizing and briquetting apparatus, the section being taken along the line I-I of FIG. 2 certain cutouts
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having been practiced ..
Figure 2 is a vertical cross section of the apparatus taken along line 2-2 of Figure la
FIG. 3 is a vertical section taken transversely in a part of the rotating drum and showing a part of the chain belt with partial tear.
Figure 4 is a perspective of one of the links of the oourinture-ohaine.
Figure 5 is a plan view, from top to bottom, of part of the upper strand of the belt-chain, and of the drum associated therewith, with cutouts.,
Figure 6 is a vertical section through part of the rotating drum and chain belt, viewed in the direction of the arrows in Figure 3.
Figure 7 is a vertical section through a different embodiment of the carbonization apparatus, this section being taken along line 7-7 of Figure 8.
Figure 8 is a vertical section through the charring apparatus, taken on line 8-8 of Figure 7.
Figure 9 is a vertical section through another embodiment of the invention.
Figure 10 is a perspective of a pre-compression device and parts belonging to the apparatus which co-operate with this device and Figure 11 is a slightly schematic perspective of the retort mounting the apparatus of
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loading and unloading as well as the parts which cooperate with it.
Referring to Figures 1 to 6, 11 denotes a closed retort or carbonization chamber, disposed horizontally and suitably lined with a refractory material. A hollow, cylindrical rotating drum 16, having a smooth outer surface, extends transversely into the retort, its middle portion being inside the retort and its ends protruding beyond the walls. opposite sides 14 and 15 of this retort, the drum 16 is supported, so as to be able to rotate, at its two ends, by pairs of suitably mounted and centered rollers 17-17 and 18-18. These rollers cooperate with rails or annular rings 19-20 forming rolling tracks and mounted on the outer surface of the drum.
Annular stuffing boxes 23-23 carried by the drum serve to pocket the escape of volatile carbonization products from the interior of the carbonization chamber. An annular ring gear 25 is attached to the drum at one of its ends and is engaged with a pinion 26 mounted on a shaft 28 connected to a suitable power source, so as to rotate the drum 16 at the speed that this is desired in the direction of the arrow in Figure 2. Appropriate end refractory linings 28-29 are provided within the drum near its ends.
To heat the drum 16 internally, two concentric pipes 30-31, the end of which is open, extend along the axis from an external point close to one of the ends and up to an internal point.
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laughing and neighbor at the other end of the drum. The inner pipe 30 is connected to a source of combustible gas. under an appropriate pressure and it is controlled by a valve or the like 32; the external pipe 31 is connected to a source of pressurized air and it is controlled by a valve 33.
A gas outlet 34, preferably concentric with pipes 30-31, has been provided in the end wall of the drum which is traversed by pipes 30-31. This outlet is suitably joined to a flue 35 for the exhaust of combustion gases from the interior of the drum.
A circular deflector plate 36 having a diameter considerably less than that of the drum is centered by fixing to the cylindrical surface of the drum, in the vicinity of the gas outlet 34, by means of a series of radial support arms 37-37. Are the pipes 30 = 31 kept in the axis of the drum, in the vicinity of their open ends? by a suitable star 38 of heat-resistant metal or of a suitable material, the branches of this star being suitably fixed to the internal surface of the drum. A deflector member 39 in the form of a hollow truncated cone is mounted at its end the narrowest on the pipe 31 and is fixed to the star 38.
The arrangement is such that the hot gases formed by the combustion which takes place in the drum in the vicinity of the open ends of pipes 30-31 will be forced to flow towards the cylindrical surface of the drum on the way to the outlet. 34. At the same time the maximum of the radiant heat from the refractory lining 28 will flow to the adjacent parts of the surface.
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cylindrical drum. The deflector 39 forces these combustion gases to approach the cylindrical surface of the drum, and at the same time it increases the speed of flow of these gases as a result of the decrease in the cross section of their flow.
This action therefore tends to ensure, along the cylindrical surface of the drum, a uniform distribution of the heat given off by the combustion which begins at one end of the drum. An idle roller 41 of elongated shape and of a diameter generally smaller than that of the drum 16 is disposed horizontally and mounted so as to rotate in the end of the retort opposite to that which contains the drum. This roller is fixed to a shaft 42 placed parallel to the axis of the drum and carried by end bearings 43-43 capable of sliding in guides 44 so as to approach or move away from the drum. The roller 41 may have a diameter greater than or less than that of the drum.
Each of the bearings 43-43 has a horizontal rod 45 which passes through a sleeve 46 in the end wall 13 of the retort. The outer end of this rod is threaded so as to receive a nut 47. A compression spring 48 is threaded on each rod 45 and is interposed between the sleeve 46 and a washer or uollier 49 which is held in its position by the nut 47, which is used to bring the Birch 41 closer or further away from the drum. The roll has 50-50 end plates which form flanges at the ends of this roll.
To bring a thin layer of the fuel to be carbonized onto the heated drum surface and to
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To keep this fuel securely oomtre the surface of the drum during crabonization, an endless conveyor belt has been provided formed of a heat-resistant substance, for example a flexible fabric, wire. This belt 51 encircles the drum 16 and is in contact with the fuel which is carried by the middle part of the drum inside the carbonization chamber. The belt also goes around the idle roller 41, the construction of this roller and its associated parts making it possible to vary the tension on the endless belt and consequently the pressure that this belt exerts on the fuel.
A pair of annular angles 40 are attached to both sides of the middle part of the surface of the drum, inside the retort, and serve to guide the two side edges of the endless belt 51.
In order to obtain the heating of the virtual carbonization chamber from the outside, and in order to produce a current of heat which passes through the belt and into the coal which it supports in a direction opposite to the flow of heat which comes from the drum, a heating jacket 52 is provided in the end wall 12 and in the regions adjacent to the top and the base. The jacket 52 has a device making it possible to introduce a combustible gas and air therein, as well as an additional device making it possible to evacuate the combustion gases therefrom. The first of these devices comprises two concentrated pipes 53-54 controlled by valves and connected respectively to a source of combustible gas and to a
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source of pressurized air.
The second of these devices has a gas outlet 55 placed near the top of the retort and terminating in a chimney or any suitable type of heat exchanger or economizer (not shown).
A conveyor ooulotte 56 having a window or a longitudinal slot 57 at its lower part, extends into the retort by crossing one of the side walls of this retort and parallel to the drum. The bottom of the chute 56 is placed at a small distance above the lower run of the conveyor belt 51, at a point close to the outer lower surface of the drum. Coal or any other fuel for carbonization can be distributed on the upper face of the belt
51 across the width of this belt, falling through the opening at the bottom of the coulotte'56.
One can easily adopt a device, for example a scraper 58, adjustable vertically, to regulate the thickness of the carbon layer, so that this layer is either distributed uniformly over the whole width of the belt, or else. has a greater thickness on one side of the belt than on the other.
A certain number of idle rollers 59-59 are mounted individually or all together so that they can be easily adjusted vertically, in order to facilitate the adjustment of the thickness of the layer of coal to be carbonized. The chute 56 has a conveyor screw or other conveyor member of the usual type as well as a feed hopper or the like 56a at the loading end. The exhaust of the distillation gases through the
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Hopper 56a can be avoided by keeping the hopper filled with fuel or by employing in the coal feed line a suitable rotary type valve (not shown) or a screw conveyor operating on Archimedes' principle.
To remove the charred material from the retort once it has left contact with the heated surface of the drum, a closed conveyor 60 is used having a trough-shaped portion 61 open upward. ; this trough is located below the upper run of the conveyor belt. One of the units 61a of the trough 61 serves both to scrape and to direct the coke so as to remove it from the surface of the drum and to send it into the trough 61 ,, A screw conveyor or a similar device 62, inside the trough 61, leads the charred materials to a closed slide 63 which sends them into a chamber forming an air lock (this chamber is not shown).
From there the materials can be taken to a cooler or other suitable unloading point.
A idler roller 65 is mounted on a transverse shaft supported at its ends by the side walls of the retort, so as to lower the conveyor belt and cause the charred material adhering to it to break, this material then loosening. this point of the belt, if it has not yet happened.
A gas outlet 64 for vapors or distillation gases connects the carbonization chamber to the usual scrubber and cooler hatterios as well as to the storage location.
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With the arrangement of the parts shown in Figures 1 and 2 it will be noted that the pressure exerted on the fuel layer increases progressively during the first stages of carbonization, reaches a maximum, after which the pressure exerted. on the partially carbonized layer gradually disappears during the last stage of carbonization and is removed near the point where the carbonized product leaves the drum. It is possible, while remaining within the limits of the invention, to construct the drum and the idler roller 41 so that they are fixed with respect to one another, and to modify the mounting of the roller 65 to allow it to be fixed. act as a belt tensioner in order to vary the pressure on the layer of fuel being carbonized.
In the latter case the pressure exerted on the fuel layer will gradually increase during the course of the carbonization and will reach its maximum just before the carbonized material leaves the drum. In all cases the effective pressure on the curved layer of the fuel which is carbonized is exerted in a radial direction with respect to this a layer eh in / direction well determined with respect to the current of heat of carbonization which acts on this layer, -
When it is desired to carbonize and briquetting the bituminous material simultaneously, the flexible belt made of metal wire fabric which has just been described is replaced by an endless chain belt made of heat-resistant material,
such for example as that which is represented in-Figures 3 to 6 The smooth-surface drum is then preferably replaced by a drum
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- 368659 having annular wedge-shaped ribs disposed at suitable intervals along the outer surface of the drum. Referring to Figures 3 to 6, we see that the endless chain belt is formed of a series of chaimons each of which has a tongue-shaped end 66, and at the opposite end, a fork. formed of two parallel legs 67-67 spaced transversely, the tongue G6 and the legs 67 being separated by a transverse partition 68 arranged vertically.
Each of the links has orifices 69,70.70 preferably lined with sleeves 71-71 made of a heat-resistant metal and capable of receiving pins 72-72 so as to allow the links to pivot relative to each other. , The axes 72 are long enough to cross several links arranged transversely on the same line The upper edge, at each end of each link, is preferably rounded as seen at 73 and 74, and the upper edge of each of the legs 67-67 in each link extends above the level of the upper face of the tongue 66, but above the level of the upper surface of the transverse partition 68.
A portion of the top surface of each of the legs is beveled, as seen at 75, the two beveled portions tilting up and down towards each other The transverse partition 68 of each link preferably extends at a significant distance above the upper edge of the legs 67 and it forms a slight wedge in cross section, the upper edge also being curved transversely as seen at 760
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In order to cooperate with this type of chain conveyor to form briquettes, the outer surface of the drum 16 has a series of annular ribs 77, generally having a wedge-shaped section.
These ribs 77 are spaced apart from each other along the drum at approximately equal intervals and a little greater than the transverse width of each of the links. The inclined flanges of these ribs are able to cooperate with the curved lateral edges of the transverse partitions 68 and with the upper surface of the legs 67-67 of each link in order to exert a compression by wedging on a mass of bituminous material. thus enclosed and carried by the tongue 66 of each link.
With this arrangement there are therefore longitudinal and transverse intersecting series of shallow pockets capable of maintaining the material to be carbonized in contact with the drum. During this contact a predetermined pressure is exerted on the bituminous material due to the tension of the belt. This belt tension results in compression directed generally outwardly towards the center of the load of material held between two adjacent partitions 68 and two annular ribs 77. This compressive effect continues as the material continues is in contact with the strongly heated drum.
The construction and assembly of the chain belt and of the parts which cooperate with them is such that once the material conveyed has left contact with the hot surface of the drum, the chain belt receives a slight reverse bend. when she
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passes over the roller 65, so that the various chain ons oscillate around their pivot axles 72. The tongue 66 which forms the bottom of each of the receptacles containing coke then acts as an ejector and facilitates the detachment of the finished briquettes. conveyor and unloading them into the receiving trough 61.
In accordance with the invention, it is also possible in certain cases to omit the loose vest 65 and ensure the reverse curvation of the belt and consequently the unloading of the carbonized material, by arranging for that the belt forms a certain arrow when it leaves contact with the tambouro
Although, in the most advantageous embodiment, a drum has been provided with annular ribs on its outer surface, when it is desired to simultaneously carbonize and briquette bituminous materials it is possible, while remaining in within the scope of the invention, for this purpose use a grooved or cavity drum, cooperating with a smooth metal belt or with a fabric belt made of metal wire,
It is also possible to use a tai.ibour with a smooth surface cooperating with a chain belt or with a metal foil belt having corrugations, depressions in the form of a couple, or having equivalent shapes, so as to thus produce containers capable of receive material and form briquettes.
To implement this carbonization of material in a layer; thin we take pulverized coal or other bituminous fuel in the state of fine division, or mixtures of these substances, with or without
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addition of other charred or partially charred substances, such as cooke or reliable uncooked charcoal in a finely divided state.
The material is passed over the moving endless conveyor, the material forming a thin layer of predetermined thickness and preferably being uniformly distributed in thickness across the width of the belt. The cylindrical surface of the drum inside the retort has been preheated to a temperature suitable for carbonizing the fuel, for example 720, although temperatures from 4500 to 900 may be employed. As the drum rotates, the charcoal is brought by the belt into contact with the high temperature walls of the drum and compressed into a relatively thin, curved layer.
This coal is heated more or less rapidly to the carbonization temperature, the distillation gases which are given off being discharged through the gas outlet 64. The forward movement of the belt 51 is obtained solely by the traction exerted by the drum and the degree of belt tension, and hence the degree of compression exerted on the thin layer of carbon in contact with the surface of the drum, is determined by the compression adjustment of the spring 48. The layer can be used on the layer. of fuel pressures ranging from 120 to 10,000 kilograms per square meter.
The speed of rotation of the drum is adjusted so that the desired degree of carbonization of the coal is obtained in a single period of contact of the coal with the heated drum, so that the fuel will be totally or partially
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carbonized, as desired, the instant it leaves the carbonization apparatus.
The following example is given to illustrate the carbonization of bituminous coal. This finely divided carbon was placed on the flexible wire belt as a substantially uniform layer having a thickness of 20 to 22 m / m.
The tension of the belt was equivalent on the coal bed to a pressure of 908 Kilogs per m2 of area projected on the cross section of the drum. The temperature of the drum and its speed had been adjusted so that the charcoal was subjected to a carbonization temperature of about 610 on the surface of the drum for a period of 30 minutes, the heat being supplied entirely from the interior of the drum. specific coke obtained was approximately 450 kilograms per m3, and the crude tar recovered had an acid content of the tar of 48.8%, a specific gravity of 0.966 to 25, a water content of 20% and a value of residual sulfonation (% neutral oil)
by 37.9%. The recovered gas had a calorific value of 162,220 cal. gr.
In the event that it is desired to simultaneously carbonize and briquette the fuel, a type of pocket chain conveyor will be employed, as shown in Figures 3 to 6. The thickness of the fuel layer will preferably be greater than the distance between the surface of the drum and the bottom of the chain belt pockets, which will ensure a substantial excess load of fuel within the pockets. This will facilitate obtaining the desired compression.
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and the formation of briquettes having the desired structure and density will be ensured.
It is obvious that with an apparatus such as that which has been shown, the thin layer of fuel which rests on the lower strand of the conveyor is subjected to a preliminary heating effect as a result of the heat which arrives therein from the adjacent surface, at high temperature, of the drum, before the fuel comes into contact with this surface. The extent of this pre-heating can vary within certain limits according to certain factors such as the speed of movement of the conveyor, the temperature of the drum and the thickness of the fuel layer. This facilitates rapid preheating of the fuel before it finally comes into contact with the high temperature drum and is compressed thereon.
If desired, means may be provided for applying an additional amount of heat to the part of the drum which supplies most of the heat intended to produce the preheating of the fuel in this manner. The fuel can be preheated to the desired degree before introducing it to the carbonization apparatus.
In certain cases it may be desirable to operate the carbonization apparatus with a temperature which, from one end of the drum to the other, differs by several fifty degrees, so that the flue gases which are evacuated entrain minimum system heat. In these circumstances it is possible to put the invention into practice while obtaining
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a regular carbonized product and of great value, despite the unequal distribution of heat, provided that the height of the scraper 58 which cooperates with the coal loading device, is adjusted,
so as to leave on the side of the belt which is in contact with the end of the drum whose temperature is the highest a layer of carbon thicker than that which exists on the side of the belt in contact with the end of the drum whose temperature is the lowest. In this way the ratio of the thickness of the fuel layer at any point to the temperature of the drum at that same point can be adjusted so that the charring time is uniform across the width of the fuel layer. tible. As shown above, the carbonization time is proportional to the square of the layer thickness and roughly proportional to the fourth power of the absolute carbonization temperature.
Although satisfactory carbonization can be achieved by heat applied through the walls of the drum to only one side of the thin layer of material it may also be desirable, under certain conditions, to simultaneously heat. the thin layer both on its upper side and on its lower side by means of heat from independent sources, It is also very desirable to regulate the amount of heat supplied by the outer heating jacket so that the temperature of the belt without end does not rise appreciably
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above 550, or 600.
However, the higher temperatures can be used when the belt is made of a suitable heat-resistant alloy, such as the so-called "hybnickel" alloy. In principle, when there is a difference in temperature between the drum and the belt. - from 220 to 280, carbonization takes place almost completely from the side of the layer which is at the highest temperature in contact with the drum and the distillation gases escape along of the face in contact with the belt * When operating in these condibions it is not necessary to heat the belt much above 550, which considerably extends the life of this belt.
The effective pressure applied to the thin layer of bituminous material being carbonized is significantly less when the flexible wire fabric belt is employed than when the briquetting chain belt described above is employed. For example, pressures of 730 to 970 Kilogs per m2 exerted by the flexible belt on the material to be charred provide a satisfactory product, while the effective pressures required when using a briquetting chain belt such as that which has been described, Usually range from 1220 to 2440 kilograms per m2 and even above.
When carbonizing extremely thin layers of material, for example layers of 12.5 m / m or even less, pressures much lower than 730 kilograms per m2v of the surface of the projected section can be employed on the material. of the drum.
The process of carbonization of the fuel in thin layers under pressure is applicable to either 100% coking coal or to mixtures of coals
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coking and coke, with or without the addition of other carbonaceous materials, such as non-coking coal, briquetting agents, e such as. pitch and tar, waterproofing agents etc ... Hence a 100% coking pulverized carbon with a high volatile content, can be processed to give a charred product with a regular coke structure .
When it is desired to obtain briquettes in the same stage as the carbonization, however, generally better results are obtained if a mixture of coking coal with a proportion of coke or non-coking coal is used. For example a mixture containing 60% coking charcoal and 40% coke gives very satisfactory and very dense briquettes.
Although the apparatus described above provides satisfactory results when employing certain types of fuel mixtures, it has been found that for other mixtures, and in particular for those which contain a high content of volatile constituents, there was sometimes a tendency for a porous structure to develop in the briquettes, and for some briquettes to stick slightly to the molds, so that the unloading of the belt did not take place smoothly.
Further due to the considerable length of time that the upper face of the thin layer of fuel on the belt was exposed to the intense heat which radiated from the drum before the layer came into contact with it, it was found by treating these same fuel mixtures that a hardened crust tended to form on the upper face of the layer, and this crust fractured when it came into contact
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compression with the drum, which gave the finished briquette a rough appearance. Sometimes cracks appeared in the briquette after carbonization and during cooling.
It has been found that it is possible to overcome these various difficulties in carbonization of the type described above. Any kind of tendency of the briquetted fuel mixture to stick to the mold after carbonization can be neutralized by making the thin fuel layer more compact by applying a relatively low pre-compression immediately after it has been distributed over the carbonization belt. and before a substantial part of this layer has been brought to carbonization temperature. In addition, this bonding can be carried out by preheating the mold or the belt to a temperature of the order of the carbonisation temperature, before placing the layer of fuel on the hot belt.
This allows the rapid formation of a surface film of charred fuel on the belt, this film being weak and susceptible to breakage, so that the charred briquette will then easily discharge from the belt.
The untoward formation of an upper crust on the fuel layer before the contact of this layer with the drum is preferably avoided by the use of a screen of suitably reinforced refractory material, this screen being arranged so as to prevent radiation. direct heat from the hot drum onto the fuel until that fuel is in immediate contact with the drum.
Referring to Figures 7 and 8 of the drawings, it can be seen that 100 denotes a closed retort coated with material.
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refractory and featuring 120-120 doors for inspection and explosion prevention. A rotating drum 140 of heat resistant material or an alloy such as nickel is disposed inside the retort and has inclined sides 160 which project through openings in the opposite side walls of the retort, The drum is mounted so as to be able to turn, at both ends, on suitable rollers 170-170 and in bearings 200-200 carried by supports 220-220. A ring gear 240 attached to one end of the drum is rotated from a suitable power source by a gear 260 engaged therewith.
In order to seal the interior of the retort and thus prevent gas leakage along the sloping sides of the drum, each of the side walls of the retort was attached to the vicinity of the openings through which the ends of the drum pass. , a hollow ring
280 having inlet and outlet connections, which allow a refrigerant fluid to circulate inside this ring. At both ends of the sides 160 of the drum are extensions which form plates 300 each of which has a series of annular grooves 320-320. To each plate is fixed a collar 340 having a gasket resistant to high temperatures. An annular shutter 360 has bearing surfaces capable of pressing respectively against a surface of the ring 280 and against the grooved plate 300.
The shutter is normally pushed against these two surfaces by a doorbell lever 380 pushed by a spring. The annular members 280 and 360 with the plate 330, on each side of the drum, constitute a
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annular container containing Lubricant. Appropriate packing rings 390 are housed in the rings 280.
A fuel fluid supply pipe 400, closed in the middle, extends along the axis of the drum, and its two ends are connected to one or more
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sources of aombustible gas..Oonaentrically to this pipe is a second pipe 420 capable of receiving a stream of refrigerant such as water. A layer of refractory material 440 enclosed in a heat resistant metal envelope surrounds pipes 400-420, as shown. A number of fuel nozzles 460 are provided in the drum and generally point downward. the interior of the drum is in communication with two flues 480-480 via the annular outlets 500-500 which. are located at both ends of the drum.
A flexible endless conveyor belt, made of heat-resistant metal or alloy, is designated 600. It is capable of surrounding the drum 140 and also of passing around an idle roller 620 placed inside the retort. 100, the axis of the roller being parallel to the axis of the drum. The outer surface of the drum and the corresponding surface of the belt 600 may be smooth as shown in Figures 7 and 8, where again they may be made as in the previous apparatus in order to cooperate so as to briquetting. charred fuel, as well as elsewhere also exists in Figure 10. The interior of roller 620 can be heated if desired.
This can be done in the same way as for the drum or in another way.
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manner, for example by passing the combustion gases from the drum through the roller. In order to supply radiant heat directly to the face of the belt 600 which is opposite the drum, a heating chamber 640 has been provided in the vicinity of the drum, and this chamber has a radiant surface 660 of relatively thin and heat-resistant metal. the heat. The surface in question will for example have a thickness of 6.3 m / m.
A G80 burner directs its flame on a refractory mass 700 which is located inside the chamber 640, the combustion gases being extracted through the flue 720. A transverse pipe 730 placed at:, under the drum, presents a series of fan-shaped outlet nozzles 750 and its ends are in communication with a source of hot combustion gases, such as those produced in the drum or in the heating chamber 640. Thus a constant current of these gases sweep the radiant surface 660 and serve to rid this surface of the earbone and all other residues which could interfere with the transmission of radiant heat.
This stream also serves to remove carbonization vapors from this area as quickly as they exit through the belt and before they can crack or suffer other damage from contact with the radiant surface at high. temperature. Nitrogen or other neutral gala or slightly oxidizing gases may be substituted for the combustion gases.
In order to obtain the desired degree of tension of the belt 600 during operation and to ensure an appropriate change of direction of this belt as it leaves the drum, a series of loaded rollers 760-760 were mounted in a series. 700 mounted tilting frame
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by a cross member 790 capable of sliding vertically in end pieces 800-800 having suitable slots and arranged inside the walls of the retort.
In order to supply the fuel to be charred to the belt 600 and to remove the charred fuel from the retort, an endless cross conveyor 900 with scrapers is provided, this conveyor being operated by a suitable power source. The conveyor has an upper strand and a lower strand, and has a series of cross members or scrapers 920 held at appropriate intervals by links 940 (Figure 11) which travel along paths in the refractory sidewalls. 960-960 on the sides of the conveyor. The upper strand of the conveyor moves in a grooved trough 980.
The solid fuel passes from the 100x hopper (figure 11) to the lower strand of the conveyor 900,
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by crossing the measurement obtLwation 102.
The excess fuel which has not been deposited on the belt 600 during the movement of the conveyor 900 across this belt is discharged by the conveyor by passing a gas-tight shut-off valve 104. It can be brought back to the 100x hopper or sent elsewhere.
The charred fuel which has been deposited on the upper strand of the conveyor during the separation of the charcoal belt and the drum, is discharged from the retort by passing the shut-off valve 106 and is sent to a firm conveyor which leads it to a suitable cooling vessel or an annealing furnace (not shown,
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A screen 110 (Figure 10) of refractory material, and preferably having a heat-resistant metal part - part which, if desired, can be cooled by an internal stream of a suitable fluid - is disposed between the conveyor loading and drum 140,
in order to prevent the transmission of radiant heat to the upper face of the fuel layer until the latter is substantially in contact with the hot drum,
It is advantageous to apply a predetermined degree of pre-compression to the thin layer of fuel before it comes into contact with the hot drum. This surface can thus be given a shape which corresponds to that which is normally imparted to it. by the drum. The fuel load can also be made more compact before it has been subjected to substantial surface heating. For this purpose, a presser 116 is provided which may be a roller, or a plate, or an equivalent device.
In the embodiment shown, this presser consists of one or more rollers mounted on a rotating shaft 118 which makes them rotate and which at the same time they are susceptible to limited slip. Each of the rollers may have a fluted, grooved, or other configuration surface to match the surface configuration of the drum.
The rotation of the shaft is obtained by a suitable transmission with the drum or with an independent power source. The outer surface of rollers 1160 and carbonization belt 600 move at substantially the same speed.
The ends of shaft 118 are pushed
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elastically downwards by suitable devices such as tension springs 120, so as to elastically press the rollers 116 with a predetermined pressure against the carbonization belt and against the fuel it carries. Any well-known device may be employed to control the degree of pressure exerted on the shaft and rollers by the springs 130, and therefore to vary the pressure exerted on the fuel in the belt.
In order to regulate the thickness of the layer of fuel which must be deposited on the carbinization belt by the conveyor 900, we have placed inside the retort, below the belt 600 and rollers 116 and in contact with the belt, a vertically adjustable support 130. A series of rollers are mounted on the upper face of support 130 to reduce friction between belt 600 and support 1300
A steam and gas outlet 132 leads from the upper part of the retort to the Scrubbers and Conden-
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usual sisters.
According to the embodiment shown in FIG. 9, the combustible mixture to be carbonized is deposited by the lower strand of the conveyor 900 in an elongated hopper 140 from which it flows continuously through the closing and gauging valve 142, and falls by gravity onto the carbonization belt 600 at approximately the point where the glue contacts the hot drum. A roller or the like 144, operated at substantially the same speed as the belt 600, assures the consistency of the point of contact of the drum with the belt and serves to increase the opacity of the fuel as it touches the drum.
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A trough-like member 910 cooperates with the belt 600 to deliver the fuel or carbon chips from the drum to the upper strand of the conveyor 900. In this embodiment the time elapsing between the arrival of fuel on the belt and its passage in compression contact with the hot drum, is so brief that the screen and the presser, as shown in figure
7, are not necessary. A heating chamber 640 having a radiant surface 660 has also been provided. Line 146 removes carbonization vapors from the retort and pipe 148 removes combustion gases from pipe G40. The drum is heated in the manner which has been described with regard to the variant of Figures 7 and 8.
The refractory wall 960 of the casing of the fuel supply device adjacent to the carbonization belt, has been cut or bevelled sufficiently to allow easy escape beyond this point of the vapors and carbonization gases which arise. are formed immediately at the point of contact of the fuel with the drum at high temperature; in this way these gases escape before they have suffered cracking or other heat damage from the drum.
The vapors and gases which are formed during the carbonization of coals and fuel mixtures having a relatively high volatile content are subjected to the usual operations of purification and condensation and can be stored.
They can also be burnt to provide the carbonization chalaar necessary for the process. In some cases
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carbonization vapors inside the retort can be diluted by hot gases such as those that come from combustion inside the drum; this makes it possible to reduce the plastic properties of the fuel and to promote carbonization.
Air or other oxygen-containing gases can be introduced into the carbonization chamber with or without combustion gas, in order to provide additional heat directly to the fuel mixture which is carbonized.
In the type of operation where the charred mixture is 35-50% very volatile charcoal, the amount of gas and tar formed is about just sufficient to provide the heat required for the charring process. The gases obtained by the combustion of this fuel can be made to circulate in whole or in part through the installation. The final mixture of combustion gases and carbonization vapors which leaves the carbonization furnace will be just enough combustible so that this heated mixture can be used to provide the heat necessary for the carbonization process.
Under these conditions low value coals can be charred to obtain a high value product. No purification condensation installation, no auxiliary installation will be necessary, because the carbonization gases formed will be directly returned to the installation to provide the heat necessary for the carbonization. The combustion gases will exhibit a slight oxidizing effect which will tend to reduce the plasticity of the co-fuel mixture and thus retard the tendency.
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of the mixture to be bonded to the cells of the carbonization belt.
This tendency to stick could also be delayed by preheating the belt before placing the mixture on it; for example by applying heat to it as it passes around the heated idler roller (see figure 7). Other means of applying heat to the belt before the fuel load is placed on it may be substituted for the indirect heating of this belt by the idle roller as will be readily recognized by those skilled in the art. Very satisfactory smokeless fuel briquettes were prepared in the apparatus of Figures 7-11 by treating a fuel mixture containing 60% anthracite dust and 20% Skelly pitch (petroleum pitch having a melting point around 117)., all crushed so as to pass through a 20 mesh sieve.
The fuel mixture was preheated in a 337 bp container and then placed hot in thin layers 32 m / m thick on the briquetting and charring belt. This layer of fuel was then compressed to a thickness of 25 m / m and its upper face was treated by a pressure roller of the type described above. The carbonization belt containing the fuel was then passed between gentle eastern surfaces, the temperatures of which were in the vicinity of 770. Charring was continued for about 10 minutes by means of this heat applied to both the top side and the bottom side of the $ layer after which the briquettes were discharged and cooled.
Similar results were obtained by treating a mixture containing 60% petroleum coke (produced by
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the pressure distillation of petroleum oil) which had received preheating to 777; 30% of the same petroleum coke, but without pre-treatment; and 20% Skelly's pitch, all ground to pass through a 10-mesh sieve. Apt having previously heated the mixture to 340, it is placed in a thin layer 38 m / m thick on the briquetting belt. This layer was then passed under the pressure roller, and it was reduced to 29 m / m thick under a pressure of 0.70 µkiloga per c / m 2.
The layer thus obtained was then brought into contact with two surfaces heated at high temperature maintained at an average of 7800, for 10 minutes, under a very low pressure of 2.4 kilogs per m2. The fuel having undergone the preliminary compression was subjected to a preliminary heating for one minute by means of the radiant heat of the drum, before coming into contact with it. Pre-pressures of 0.07 kg to 7 kg per cubic meter on the raw fuel mixture can be used with good results.
For example, pre-pressures of 1.75 kilograms per c / m2 will be suitable when briquetting and carbonizing pressure distillation residues., While three to 7 kilogs per o / m2 can be used for coals with a high volatile content, under the same conditions,
The variant which has been shown in FIG. 9 is specially intended to treat mixtures of preheated fuels which are close to the carbonization temperature when they enter the retort. The use of a preheated fuel is preferable, but not essential, and we
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has satisfactorily carbonized, in accordance with the present invention, cold fuel mixtures.
Temperatures ranging from 500 to 1000 have been used for this purpose and good smokeless briquettes have been obtained in as little as three minutes of exposure to heat from the drum. without departing from the spirit of the present invention, the methods and means described may be substituted for other methods and other means for uniformly distributing heat over the internal surface of the drum.
For example, fuel gas can be introduced into the drum through one end and the combustion products removed through an axial outlet provided at the other end, while a suitably insulated air pipe extends along the axis of the drum. and has, at fixed intervals, side pipes placed radially and insulated from the calorific point of view. These pipes extend to neighboring points on the internal surface of the drum and allow secondary air to be introduced into this drum at a series of selected points near the internal cylindrical surface, in order to burn portions of the gas. in different regions all along the drum.
The distribution of hot gases along the curved inner surface of the drum can also be improved by the use of helical baffles or refractory baffles, and any other well known means can be employed to ensure maximum travel. hot gases flowing inside the drum along the surface of the drum.
In accordance with the present invention, a very wide variety of
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carbonaceous fuels and fuel mixtures. for example, it is possible to briquise ores intended for metallurgy with carbonaceous materials. The use of pre-compression is particularly advantageous when dealing with fuel mixtures having a relatively high volatile content and having a relatively low density.
The resulting briquettes have a dense structure and their outer surface is relatively free from cracks, such as sometimes occur by contractions of a mass devoid of compasity during charring or by the action of the drum which is liable to break. a partially charred outer surface covering loose and loosely compacted layers of fuel.
Thanks to the use of the invention which has just been described, it is possible to implement a continuous process for the carbonization at low temperature of coal and similar materials in continuous or discontinuous thin layers, this process combining a large flow rate with satisfactory yield of high value coke having a uniform cell structure, either shapeless or briquetting. At the same time the process provides a high value tar from low temperature distillation, and a coal gas having a relatively high calorific value. The cost of construction, considering the efficiency, appears to be notably lower than that of the usual carbonization devices used previously.
Various modifications can be made to the invention.