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Procédé et dispositif pour la fabrication de gaz à l'eau dans les fours à chambres et les fours à cornues.
L'invention a pour objet des perfectionnements aux procédés et dispositifs pour la production de gaz à l'eau dans les fours à chambres ou à cornues destinés à la fabrication de coke et de gaz. Les imperfections des dis- positifs connus et les difficultés qui en résultent sont dues notamment à ce qu'en traversant la chambre de four, la vapeur d'eau à injecter dans le coke ne vient qu'incomplè- tement en contact avec le coke incandescent et ne se trans- forme pas entièrement en gaz à l'eau, de sorte que de gran- des quantités de vapeur d'eau s'échappent dans la chambre- de four sans avoir subi de transformation et non seulement
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entraînent des dépenses supplémentaires inutiles, mais en outre encombrent inutilement, par leur présence dans le gaz fabriqué, l'installation de condensation destinée à ce dernier.
On a déjà proposé de prévoir à l'intérieur de la charge, pour mieux y répartir la vapeur à injecter, des che- minées ou des tubes introduits spécialement à cet effet et l'on évacuait alors le gaz à l'eau fabriqué par la sortie de gaz habituelle communiquant avec l'espace sup érieur collecteur de gaz de la chambre ou de la cornue , c'est-à-dire qu'on évacuait le gaz extérieur de la charge. L'introduction des tubes ou seulement l'aménagement des cheminées donne lieu à des difficultés presque insurmontables quand on y procède au moment où l'état de la charge dans la chambre ou dans la cornue du four est celui où il est avantageux de commencer la fabrication du gaz à l'eau, c'est-à-dire au moment où le charbon s'est transformé complètement ou presque complète- ment en coke incandescent.
En effet, ce coke achevé oppose une trop grande résistance à l'introduction d'outils de fon- çage ou d'outils analogues, porte ceux-ci à l'incandescence et les ramollit en un temps très court. En outre, l'aménage- ment de cheminées dans le coke incandescent a pour effet de disloquer la structure de celui-ci, de sorte qu'il s'y forme des déchirures et des crevasses assez larges qui empêchent une bonne répartition de la vapeur dans le coke. L'aménage- ment de cheminées à l'intérieur de la charge tant que celle- ci est encore fraîche et non encore cokéfiée, présente d'au- tre part l'inconvénient que, dans les dernières phases de la distillation, ces cheminées elles-mêmes se remplissent de composés bitumineux qui les obstruent et qui, plus tard, se
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transforment en coke.
L'introduction de tubes d'injection de vapeur dans la charge de charbon frais non cokéfié con- duit à des difficultés du même genre, les orifices de sor- tie des tubes étant obstrués par des bitumes du charbon qui s'y introduisent et y adherent avant le commencement de la phase la plus propice à une injection avantageuse et effica- ce de vapeur d'eau, c'est-à-àire avant la transformation dé- finitive de la charge de charbon en coke.
Selon le procédé faisant l'objet de la présente invention, on écarte ces difficultés en pratiquant dans la charge, au moyen de barres de fonçage que l'on y introduit, des cheminées disposées à mi-distance des piédroits chauffés des chambres ou des cornues, et en laissant ces barres de fonçage dans la charge de charbon, où elles font office de noyaux, jusqu'à l'élimination définitive des matières vola- tiles, après quoi on retire les barres pour introduire des tubes d'injection de vapeur dans les cheminées ainsi formées.
Du fait qu'on laisse demeurer les barres de fonçage dans les cheminées formées au moyen de celles-ci, ces cneminées, qui pendant toute la durée de la aistillation sont à l'abri des composés obstructeurs, restent dégagées jusqu'à ce qu'on y introduise les tubes d'injection de vapeur, et les parois de ces cheminées sont constituées de coke massif qui, d'une part, permet d'obtenir une bonne répartition de la vapeur injectée et, d'autre part, assure - en raison du contact étroit avec les tubes d'injection de vapeur - une bonne transmission de chaleur et, par conséquent, une surchauffe de la vapeur lors du passage de celle-ci à travers les tu- bes.
De même, les tubes d'injection de vapeur introduits ultérieurement restent eux aussi dégagés d'une manière per- manente, car, à partir de cette phase du procédé, les
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matières volatiles du charbon susceptibles de provoquer une obstruction sont déjà éliminées. D'autre part étant donné qu'on introduit les tubes seulement lorsque cette phase est atteinte, ces tubes se conservent mieux car la vapeur d'eau qui les traverse et se surchauffe absorbe de la chaleur et les préserve ainsi contre le brûlage.
De préférence, on introduit verticalement ou à peu près verticalement à travers des orifices du plafond du four les barres de fonçage et, ensuite, les tubes d'injection de vapeur en les disposant, les unes et les autres, à mi-dis- tance des piédroits chauffés, et on ménage les orifices de sortie des tubes d'injection de vapeur à des enaroits tels que la vapeur injectée dans la partie inférieure du saumon de coke, au tiers de sa hauteur par exemple, s'écoule unique- ment dans le plan vertical médian de la chambre de four ou dans l'axe médian de la cornue. On sait en effèt que dans les fours à chambres à piédroits chauffés, le coke achevé possède dans le plan vertical médian du saumon de coke - en raison de ce qu'on chauffe des deux côtés - une fissure ver- ticale appelée "couture".
Lorsqu'on injecte la vapeur d'eau à l'endroit et dans la direction de cette fissure, on arrive à une répartition particulièrement avantageuse de la vapeur dans tout le saumon de coke et, par conséquent, à une bonne utilisation de la vapeur. Aussi est- il possible de donner aux tubes verticaux d'injection de vapeur - lorsqu'ils sont situés dans ce plan - un écartement relativement grand dans le sens horizontal, c'est-à-dire d'en disposer un nom- bre restreint tout en assurant une bonne répartition de la vapeur dans la charge entière de la chambre.
Ainsi par exemple, dans les fours à chambres horizontales dont les
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chambres ont environ 0,4 à 0,5 mètre de large et environ 10 à 13 mètres de long, il suffit de disposer quatre à cinq tubes verticaux d'injection de vapeur avec entre eux un écartement horizontal de 2 à 3 mètres environ. Il est avanta- geux de donner alors un diamètre d'environ 25 millimètres aux cheminées ou aux tubes dans le coke. La disposition dé- crite des tubes d'injection de vapeur donne lieu à une sur- chauffe de la vapeur d'eau avant la sortie de celle-ci, ce qui augmente l'efficacité de l'opération.
Suivant l'invention, on peut améliorer encore da- vantage la répartition de la vapeur d'eau surchauffée dans le coke, en opérant en outre l'évacuation du gaz à l'eau pro- duit au moyen d'un tube d'évacuation introduit dans la charge de la manière qui a été décrite plus haut pour les tubes d'in- jection de vapeur, c'est-à-dire en pratiquant préalablement une cheminée dans la charge de charbon au moyen d'une barre de fonçage et en laissant cette dernière dans la charge. En raccordant ce tube d'évacuation à un barillet spécial supplé- mentaire, on peut alors évacuer séparément le gaz à l'eau produit.
D'autres caractéristiques de l'invention sont cons- tituées par des dispositifs pour raccorder de façon démon- table des tubes d'admission de vapeur avec une conduite fixe d'admission de vapeur montée dans ou au-dessus du plafond du four. Les particularités de ces dispositifs ressortiront de la description détaillée d'un exemple d'exécution, donnée ci-après.
Sur les dessins annexés, les Figs. la et 1b qui se complètent mutuellement sont une coupe verticale longi- tudinale faite par le milieu d'une chambre horizontale de
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four à coke,les Figs. 2a et 2b sont une vue en plan cor- respondante qui, sur la Fig. 2a, montre une coupe suivant la ligne A-B de la Fig. 1a et, sur la Fig. 2b le plafond du four vu d'au-dessus. La Fig. 3 est une coupe verticale transversale suivant la ligne C-D de la Fig. 1b montrant deux chambres de four juxtaposées. Les Figs. 4 et 5, qui sont des coupes verticales longitudinales partielles d'une chambre de four du genre de celle des Figs. la et lb, mon- trent une variante. Les Figs. 6 et 7 sont des vues, à plus grande échelle, du raccordement démontable entre les tubes d'injection de vapeur.
1 est la sole, 2 et 3 sont les deux portes, 4 est le plafond et 5 sont les deux parois latérales d'une chambre horizontale de four à coke chauffée de la manière usuelle au moyen de carneaux de chauffage verticaux 6 par exemple.
Suivant les Figs. la. et lb, les ouvertures de chargement usuelles 7, qui dans l'exemple représenté sont au nombre de quatre, ainsi qu'une ouverture d'évacuation de gaz 8, sont pratiquées dans le plafond 4 du four. En outre, quatre au- tres ouvertures ou lumières 12 sont prévues dans le plafond 4 du four ; servent au passage des tubes d'injection de vapeur conformes à l'invention. A l'emplacement de chacune de ces lumières 12 est prévu, dans la partie supérieure du plafond 4 du four, un évidement 13 destiné à renfermer les raccords de tuyaux décrits ci-après. Chaque chambre de four contient une charge de charbon 14 qu'on y verse à travers les ouvertures de chargement 7 et que l'on aplanit de la ma- nière usuelle pour laisser subsister entre sa surface 15 et le plafond 4 du four un espace collecteur de gaz 16.
Dansla chambre gauche de la Fig. 3, la charge de charbon
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est dans un état intermédiaire de carbonisation dans lequel la distillation et la cokéfaction ne sont pas encore ache- vées, tandis que dans la chambre droite de la Fig. 3 ainsi que sur la Fig. 2a la charge est complètement cokéfiée.
Dans cet état, le coke est traversé, dans le plan vertical médian entre les deux parois latérales 5 de la chambre, par une fissure 17 représentée sur la Fig. 2a. Par contre, dans l'état de cokéfaction partielle de la charge dans la chambre gauche de la Fig. 3, la couche de coke 14 des parties exté- rieures est séparée de la manière connue, par une couture capsulaire de goudron 18, de la partie intérieure 19 qui, même dans les phases avancées de la distillation, est cons- tituée de charbon cru . presque non encore attaqué.
Quand la charge atteint son état de pleine cokéfac- tion représenté sur les Figs. la, 1b et 2a, on y introduit à travers les ouvertures 12 du plafond quatre tubes d'injec- tion de vapeur 20 reliés chacun, au moyen d'un raccord démon- table 21, à une conduite de vapeur 22 disposées à la partie supérieure du plafond 4 du four parallèlement à la longueur de la cnambre et à la rangée de tubes 20. Chacune des con- duites 22 se rapportant à une chambre du four communique, à l'une des extrémités de la chambre (qui sur la Fig. lb est l'extrémité de droite) par un robinet 24, avec la condui- te principale d'amenée de vapeur 23 disposée. le long de toute la batterie de fours.
On n'introduit dans la charge les tubes d'injection de vapeur 20 qu'au moment où l'on doit injecter la vapeur d'eau, c'est-à-dire lorsque le char- bon s'est transformé en coke complètement ou presque complè- tement. Suivant l'invention, afin de pouvoir sans aifficultés
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introduire les tubes 20 durant cette phase, on enfonce dans la cnarge de charbon 14 contenue dans la chambre, à travers les ouvertures 12 du plafond, des barres de fonçage 25 (cf.
Fig. 3 à gauche) qui par leur forme et leur calibre corres- pondent aux tubes 20, aussitôt après que la charge a été enfournée et aplanie, ou quelque temps après, mais en tout cas dans une phase suffisamment peu avancée de l'opération, pour qu'on éprouve pas trop de difficultés à enfoncer ces barres de fonçage à travers les parties superficielles 15 de la charge qui, peu après le début de la distillation, s'agglutinant en formant une couture et même se cokéfient ultérieurement. Ces barres de fonçage 25 restent à demeure comme noyaux dans la cnarge de charbon 14 jusqu'au moment où s'achève l'élimination des composés bitumineux du charbon, ce qui correspond au moment où la cokéfaction est complète ou sensiblement complète.
On enlève alors par le dessus les barres de fonçage et on les remplace par les tubes d'in- jection de vapeur 20 que l'on raccorde à la conduite de va- peur 22 au moyen du dispositif démontable 21. Ensuite, en ouvrant le robinet 24, on envoie de la vapeur d'eau dans la conduite principale 23 dans la conduite 22 d'où cette va- peur passe dans les tubes 20 et dans. le saymon de coke 14.
Dans le bas, les tubes 20 atteignent presque la sole 1 de la chambre de four. Ils sont fermés à cette ex- trémité; et, suivant une autre caractéristique de l'inven- tion, ils sont munis d'orifices de sortie de vapeur 26 uni- quement dans le plan médian de la chambre et à la partie inférieure de celle-ci. (cf. Fig. 3, à droite et Fig. 2a).
Par suite de cette disposition des orifices de sortie 26 qui, de préférence, ont la forme de fentes verticales étroi-
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tes mesurant environ 2 millimètres de largeur et 60 milli- mètres de longueur, la vapeur d'eau est contrainte de s'é- chapper dans la direction de la fissure 17 formée dans la masse de coke 14, et il en résulte une bonne répartition de la vapeur sur toute la longueur et la hauteur du saumon de coke. Le gaz à l'eau produit par la réaction entre la vapeur d'eau et le coke Incandescent est évacué, par l'ouverture de sortie 8 du plafond et par la conduite 9, dans le barillet 11.
Le gaz à l'eau passe donc à travers le saumon de coke 14 vers les côtés extérieurs de celui-ci, notamment sur la sur- face 15 et en partie aussi dans les fissures 35 produites le long des parois 5 de la chambre par suite de la contrac- tion du saumon. On obtient au moyen des dispositifs décrits, et notamment par le guidage de la vapeur d'eau le long de la fissure médiane 17, une très bonne répartition de la va- peur d'eau à l'intérieur de la charge. De ce fait, il suffit de prévoir un nombre limité de tubes d'injection de vapeur 20 avec, entre eux, un écartement horizontal suffisamment grand à l'intérieur de la chambre de four.
Ainsi que le montre la Fig. 1, on ne dispose que quatre tubes d'injection de vapeur 20 par exemple, et les écartements des différents tubes entre eux, ainsi que la distance à la sortie de gaz 8 du tube 20 le plus rapproché de cette dernière, sont sen- siblement égaux entre eux. On donne de préférence une grandeur sensiblement moindre à l'écartement entre le tube 20 le plus éloigné de la sortie de gaz 8 (Figs. la et 2a) et l'extrémi- té de la charge confinant à la porte 2 de la chambre, car le courant de vapeur d'eau admise et de gaz à l'eau pro- duit est dirigé en sens opposé à cette extrémité de la chambre.
Ainsi, par exemple, pour un écartement horizontal
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d'environ 11 à 12 mètres entre les portes, ce qui est une dimension courante dans les fours à coke actuels, on ob- tient, pour une disposition suivant les Figs. la et 1b un écartement horizontal d'environ 2,5 mètres, en moyenne, entre les tubes d'injection de vapeur 20, ce qui équivaut approximativement au quintuple ou au sextuple de la largeur usuelle des chambres de four actuelles qui mesurent 0,4 à 0,5 mètre de largeur. La vapeur d'eau à admettre à travers chacun des quatre tubes sera débitée, de préférence, à rai- son de 100 kg. à l'heure, pour une masse d'à peu près 2000 kg. de coke.
Afin d'améliorer davantage encore la répartition et l'efficacité de la vapeur d'eau injectée dans la charge, on peut employer avantageusement la disposition modifiée re- présentée sur les Figs. 4 et 5. Dans cette disposition, l'ou- verture de sortie de gaz 8 est agencée, grâce à une disposi- tion judicieuse de la construction de la conduite montante 9, de manière qu'on puisse introduire à travers cette ouver- ture, dans la charge de coke 14, un tube d'évacuation de for- me et de disposition analogue à celle des tubes d'injection de vapeur 20. A cet effet on munit la conduite 9, immédiate- ment au-dessus de son assise 27, d'un coude 28 qui comporte un couvercle spécial 29 disposé dans l'axe de sortie 8.
L'assise 27 de la cheminée comporte un siège conique intérieur 30 sur lequel repose d'une manière étanche la tête 31 conformée de façon correspondante, du tube d'évacuation 32 (Fig. 5). Pour introduire ce tube d'évacuation 32, on procè- de de la manière décrite plus haut pour les tubes d'injection de vapeur 20, en ouvrant le couvercle 29 et en introduisant, simultanément ou peu après l'enfournement de la charge de
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charbon 14, une barre de fonçage 33 qui correspond au tube 32 et qu'on laisse dans la charge pendant toute la durée de la distillation et de la cokéfaction.
Cette barre de fon- gage 33 ne prend appui à sa partie supérieure contre le siège conique 30 que par quelques bras 34 - quatre bras, par exem- ple, disposés en cercle - pour permettre aux gaz et aux va- peurs de distillation à évacuer de s'échapper librement, au cours de la distillation et de la cokéfaction, à travers l'espace annulaire restant libre entre l'ouverture de sor- tie de gaz 8 et la barre de fonçage 33 et à travers l'ouvertu- re du siège conique 30.
La Fig. 6 est une coupe verticale (correspondant aux Figs. la et 1b) et la Fig. 7 une vue en plan correspon- dante du raccord démontable entre le tube d'injection de vapeur 20 et la conduite fixe de vapeur 22. Au branchement latéral 36 de la conduite de vapeur 22 est fixée au moyen d'un raccord à brides 37 une rallonge tubulaire 38 faisant corps avec une bride 39. La face antérieure ou surface d'é- tanchéité 40 de cette bride 39 présente, ainsi que le montre la Fig. 6, une légère obliquité par rapport à la verticale, de sorte que la bride 39 s'amincit vers le haut. Contre cette surface d'étanchéité 40 porte la surface d'étanchéité 41 de la bride 42 - amincie vers le bas de façon complémentaire - d'une rallonge tubulaire 43 raccordée'rigidement, au moyen d'un raccord à brides 44, à la tête coudée 45 du tube d'in- jection de vapeur 20.
Cette tête coudée 45, et avec elle la rallonge tubulaire 43, reste constamment reliée, au moyen de la bride 46, à la bride supérieure 47 du tube d'injection de vapeur 20. La face intérieure de cette bride 47 forme, elle aussi, une surface d'étanchéité plane. Elle porte contre
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la surface d'étanchéité plane 49 correspondante d'une tubu- lure métallique 50 qui s'engage dans l'ouverture 12 du pla- fond 4 du four. Une garniture élastique 51 assure une étan- chéité suffisante et sépare ainsi l'intérieur de la chambre de four de l'air extérieur qui entoure les raccords décrits ci.-dessus, logés dans l'évidement 13 du plafond du four. Dans la face antérieure 41 de la bride 42 est encastrée une pla- que 52 percée d'une ouverture 53 exactement dimensionnée.
Cette ouverture sert d'étranglement pour provoquer une cer- taine chute de pression dans la vapeur d'eau arrivant de la conduite 22, afin de rendre ainsi plus uniforme la réparti- tion de la vapeur entre les différents tubes d'admission de vapeur 20. Il est avantageux d'augmenter progressivement la grandeur des ouvertures d'étranglement 53 en rapport direct avec la distance de chaque tube 20 au robinet d'admission de vapeur 24 de la conduite 22, afin que le tube d'admission 20 le plus éloigné de celui-ci ne reçoive pas moins de vapeur que le tube 20 qui en est le plus rapproché.
Suivant l'invention, la bride 42 de la tête 45 du tube d'injection de vapeur 20 - qui du fait que sa face an- térieure est oblique tandis que sa face postérieure est ver- ticale,constitue un coin effilé vers le bas - possède un guide fixe correspondant en forme de coin, solidaire de la rallonge tubulaire fixe 38. Ce guide est constitué d'une
40 Part par la face oblique/de la bride 39 et, d'autre part, par deux joues 55 qui prennent comme des griffes derrière la bride 42 et qui sont reliées rigidement, par exemple vissées à la bride fixe 39. Lorsqu'on introduit par le dessus dans l'ouverture 12 du plafond le tube d'injection de vapeur 20, la bride 42 en forme de coin s'engage dans le guide de même orme qui vient d'être décrit.
Afin d'obtenir une étanchéité
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suffisante, on provoque alors, au moyen du dispositif décrit ci-après, le coincement de cette bride 42. Autour du pivot
56 qui traverse horizontalement la partie inférieure de la bride 39 peut tourner une pièce en forme de 0 composée de deux joues verticales 57 et de la traverse horizontale in- férieure 58. Aux extrémités supérieures des deux joues 57 est articulé au moyen du pivot 59 un levier 60. Dans la posi- tion sensiblement horizontale, montrée en traits pleins sur la Fig. 6, du levier 60, le bossage 61 de celui-ci repose dans un évidement correspondant 62 pratiqué dans la tête de
63 la bride 42.
Lorsqu'on abaisse la poignée/du levier 60, soit à la main, soit d'un coup de marteau, il se produit; par sui- te du grand bras de levier entre la poignée 63 et le bossage
61, un coincement énergique de la bride 42 dans son guide en forme de coin et, de ce fait, sa surface d'étanchéité 41 et la surface d'étanchéité correspondante 40 de la bride fixe
39 sont serrées l'une sur l'autre en formant joint étanche.
Pour défaire cet assemblage à coin, il faut appliquer à la bride 42 une poussée dirigée de bas en haut. A cetceffet la traverse 58 de la pièceen U comporte un ergot 64 qui appuie sur le bord inférieur de la bride 42 lorsqu'on fait pivoter à droite les joues 57 (Fig. 6). L'effort nécessaire à l'exé- cution de cette manoeuvre se donne en faisant pivoter le le- vier 60 dans la position 60' représentée en traits pointillés sur la Fig. 6 de manière que 1'ergot 65 de ce levier vienne -- 66 porter contre une butée/fixée aux joues 57. Dans cette posi- tion, les pièces 57 et 60' forment un levier unique pivoté en 56.
On pousse alors ce levier, par la poignée 63', plus loin dans le sens de la flèche représentée, de sorte que l'ergot 64 soulève la bride 42 hors de son guide en forme
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de coin. En même temps le levier entier s'écarte suffisamment loin vers la droite pour laisser libre passage vers le haut à la bride 42, à la tête 45 et au tube d'injection de vapeur 20 suspendu à cette dernière, lorsqu'on enlève ceux-ci- Dans cette position du levier, on peut retirer le tube d'injection de vapeur 20 au moyen de l'oeillet 48 fixé à sa tête 45, ou bien l'introduire de haut en bas dans la chambre du four.
Les évidements 13 du plafond 4 du four sont fermés au moyen de couvercles 67 qui se placent et s'enlèvent aisé- ment. L'espace dans lequel est disposée la conduite de va- peur 22 est recouvert d'une plaque 68 qui reste généralement en place.
La disposition décrite, notamment celle des tubes d'admission 22 et 20, et, le cas échéant, celle des tubes d'évacuation 32 disposés dans chaque chambre de four, permet encore de réaliser la variante ci-après qui conduit à une amélioration et une augmentation de la production de gaz à 1'eau
Pour exécuter cette variante, on fait communiquer uniquement dans une partie des chambres d'une batterie de fours - dans la moitié de celles-ci par exemple et sans que ces chambres soient nécessairement voisines - la conduite de vapeur fraîche 23 avec les conduites 22 qui alimentent de vapeur les chambres de four à travers les tubes verticaux 20 en vue de la production de gaz à l'eau. Dans ces chambres, chaque conduite montante 9 comporte une dérivation tubulaire spéciale, obturable séparément.
Ces dérivations sont raccor- dées au moyen d'une conduite à tous les tubes 22 de l'autre moitié des chambres de four. Si l'on maintient alors fermées, lors de la fabrication de gaz à l'eau, les soupapes 10 des
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conduites 9 de la moitié des chambres mentionnées en pre- mier lieu, le gaz à l'eau qui vient d'être produit dans ces chambres sera admis de leurs conduites 9 dans les tubes 22 et, de là, à travers les tubes 20, dans les chambres de l'autre moitié, et ce n'est que dans ces chambres que le gaz àl'eau passera à l'état achevé, à travers les conduites 9 correspondantes, dans le barillet 11.
Il faut veiller à ce que la phase de fonctionnement des chambres de four dans lesquelles on fabrique en premier lieu le gaz à l'eau soit sensiblement la même que dans les chambres de four de l'autre moitié qui reçoivent le gaz à l'eau produit, c'est-à-dire que, pour une chambre de four donnée, on ne peut procéder aux deux opérations que lorsqu'on a introduit les tubes 20, donc lorsque le charbon s'est complètement ou presque complè- tement transformé en coke.
Grâce à la variante qui vient d'être décrite, on arrive à améliorer la qualité-du gaz à l'eau franchement produit du fait que, dans les chambres de la seconde moitié, il se produit une retransformation de l'anhydride carbonique (C02) en oxyde de carbone (CO). En outre la vapeur d'eau rési- duelle qui n'a pas encore réagi se décompose pour former une quantité additionnelle de gaz à l'eau.
Cette façon de procéder modifiée pourra être employée dans tous les cas où l'on n'utilise qu'une partie de l'ensemble des chambres d'une batterie pour la production de gaz à l'eau. Or c'est le cas qui se rencontre généralement en pratique, car il est évident que la totalité du gaz à l'eau produit, comparée à la quantité totale des gaz de dis- tillation ne dépassera pas, d'une manière générale, une cer- taine mesure, afin que les gaz de distillation ne soient pas trop dilués.
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Method and device for the production of water gas in chamber furnaces and retort furnaces.
The subject of the invention is improvements to methods and devices for the production of gas to water in chamber or retort furnaces intended for the manufacture of coke and gas. The imperfections of the known devices and the resulting difficulties are due in particular to the fact that, when passing through the furnace chamber, the water vapor to be injected into the coke does not come into complete contact with the incandescent coke. and does not turn entirely into gas with water, so that large quantities of water vapor escape into the furnace chamber without having undergone any transformation and not only
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lead to unnecessary additional expenditure, but furthermore unnecessarily encumber, by their presence in the manufactured gas, the condensation installation intended for the latter.
It has already been proposed to provide inside the load, in order to better distribute the steam to be injected therein, chimneys or tubes introduced specially for this purpose, and the gas produced by the gas was then evacuated with water. usual gas outlet communicating with the upper gas collecting space of the chamber or retort, that is to say that the external gas of the load was evacuated. The introduction of the tubes or only the arrangement of the chimneys gives rise to almost insurmountable difficulties when this is done when the state of the charge in the chamber or in the retort of the furnace is that where it is advantageous to start the manufacture of water gas, that is to say when the coal has completely or almost completely transformed into glowing coke.
In fact, this finished coke opposes too great a resistance to the introduction of sinking tools or similar tools, causes them to incandescence and softens them in a very short time. In addition, the installation of chimneys in the incandescent coke has the effect of disrupting its structure, so that rather large tears and crevices are formed therein which prevent good distribution of the vapor. in coke. The arrangement of chimneys inside the charge while the latter is still fresh and not yet coked, has the further disadvantage that, in the last stages of the distillation, these chimneys are themselves fill up with bituminous compounds which clog them and which, later,
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turn into coke.
The introduction of steam injection tubes into the charge of fresh uncoked coal leads to similar difficulties, the outlets of the tubes being blocked by bitumens from the coal which enter and there. adhere before the beginning of the phase most conducive to an advantageous and efficient injection of steam, that is to say before the final transformation of the coal feed into coke.
According to the method which is the subject of the present invention, these difficulties are avoided by practicing in the load, by means of ramming bars which are introduced therein, chimneys arranged at mid-distance from the heated piers of the chambers or retorts. , and leaving these sinking bars in the coal charge, where they act as cores, until the final elimination of volatiles, after which the bars are removed to introduce steam injection tubes in the chimneys thus formed.
Due to the fact that the driving bars are allowed to remain in the chimneys formed by means of these, these cnemines, which throughout the duration of the aistillation are protected from the obstructing compounds, remain free until the steam injection tubes are introduced therein, and the walls of these chimneys are made of massive coke which, on the one hand, makes it possible to obtain a good distribution of the injected steam and, on the other hand, ensures - in due to the close contact with the steam injection tubes - good heat transfer and therefore overheating of the steam as it passes through the tubes.
Likewise, the steam injection tubes introduced subsequently also remain permanently clear, because, from this phase of the process, the
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volatiles in the carbon that could cause clogging are already removed. On the other hand, given that the tubes are introduced only when this phase is reached, these tubes are better preserved because the water vapor which passes through them and overheats absorbs heat and thus preserves them against burning.
Preferably, the jacking bars and then the steam injection tubes are introduced vertically or more or less vertically through the openings in the ceiling of the furnace, placing them both at mid-distance. heated piers, and the outlet openings of the steam injection tubes are kept at such conditions that the steam injected into the lower part of the coke salmon, at a third of its height for example, flows only into the vertical median plane of the furnace chamber or in the median axis of the retort. It is indeed known that in heated side chamber furnaces the finished coke has in the vertical mid-plane of the coke salmon - due to being heated on both sides - a vertical crack called a "seam".
When the steam is injected at the location and in the direction of this crack, a particularly advantageous distribution of the steam is achieved throughout the coke salmon and therefore good use of the steam is achieved. It is therefore possible to give the vertical steam injection tubes - when they are located in this plane - a relatively large gap in the horizontal direction, that is to say to have a small number of them. while ensuring a good distribution of the vapor in the entire load of the chamber.
Thus, for example, in horizontal chamber furnaces whose
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chambers are about 0.4 to 0.5 meters wide and about 10 to 13 meters long, it is sufficient to have four to five vertical steam injection tubes with between them a horizontal spacing of about 2 to 3 meters. It is advantageous then to give a diameter of about 25 millimeters to the stacks or tubes in the coke. The described arrangement of the steam injection tubes gives rise to overheating of the steam before it leaves the latter, which increases the efficiency of the operation.
According to the invention, the distribution of the superheated water vapor in the coke can be further improved by further evacuating the gas to the water produced by means of an evacuation tube. introduced into the charge in the manner described above for the steam injection tubes, that is to say by first making a chimney in the coal charge by means of a sinking bar and leaving the latter in the load. By connecting this evacuation tube to a special additional barrel, the gas produced can then be evacuated separately.
Further features of the invention are provided by devices for releasably connecting steam inlet tubes with a fixed steam inlet pipe mounted in or above the ceiling of the oven. The particularities of these devices will emerge from the detailed description of an exemplary embodiment, given below.
In the accompanying drawings, Figs. 1a and 1b which complement each other are a longitudinal vertical section made through the middle of a horizontal chamber of
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coke oven, Figs. 2a and 2b are a corresponding plan view which, in FIG. 2a, shows a section along the line A-B of FIG. 1a and, in FIG. 2b the ceiling of the oven seen from above. Fig. 3 is a transverse vertical section taken along the line C-D in FIG. 1b showing two juxtaposed furnace chambers. Figs. 4 and 5, which are partial longitudinal vertical sections of a furnace chamber of the type of that of Figs. la and lb show a variant. Figs. 6 and 7 are views, on a larger scale, of the removable connection between the steam injection tubes.
1 is the floor, 2 and 3 are the two doors, 4 is the ceiling and 5 are the two side walls of a horizontal chamber of a coke oven heated in the usual way by means of vertical heating flues 6 for example.
According to Figs. the. and lb, the usual loading openings 7, which in the example shown are four in number, as well as a gas discharge opening 8, are made in the ceiling 4 of the oven. In addition, four other openings or lights 12 are provided in the ceiling 4 of the oven; are used for the passage of the steam injection tubes according to the invention. At the location of each of these slots 12 is provided, in the upper part of the ceiling 4 of the oven, a recess 13 intended to contain the pipe connections described below. Each furnace chamber contains a charge of charcoal 14 which is poured into it through the charging openings 7 and which is leveled in the usual manner to leave a collecting space between its surface 15 and the ceiling 4 of the furnace. gas 16.
In the left chamber of FIG. 3, the coal load
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is in an intermediate state of carbonization in which the distillation and coking are not yet complete, while in the right chamber of FIG. 3 as well as in FIG. 2a the load is completely coked.
In this state, the coke is crossed, in the vertical median plane between the two side walls 5 of the chamber, by a crack 17 shown in FIG. 2a. On the other hand, in the state of partial coking of the charge in the left chamber of FIG. 3, the coke layer 14 of the outer parts is separated in a known manner, by a capsular tar seam 18, from the inner part 19 which, even in the advanced stages of the distillation, consists of raw coal. . almost not yet attacked.
When the charge reaches its state of full coking shown in Figs. 1a, 1b and 2a, there are introduced through the openings 12 of the ceiling four steam injection tubes 20 each connected, by means of a detachable connector 21, to a steam pipe 22 arranged at the part top of the ceiling 4 of the furnace parallel to the length of the cnambre and to the row of tubes 20. Each of the ducts 22 relating to a chamber of the furnace communicates with one end of the chamber (which in FIG. (1b is the right hand end) by a tap 24, with the main steam supply line 23 arranged. along the entire battery of ovens.
The steam injection tubes 20 are not introduced into the charge until the moment when the steam is to be injected, that is to say when the coal has completely transformed into coke. or almost completely. According to the invention, in order to be able without difficulty
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inserting the tubes 20 during this phase, driving rods 25 are inserted into the coal cnarge 14 contained in the chamber, through the openings 12 of the ceiling, (cf.
Fig. 3 on the left) which by their shape and caliber correspond to the tubes 20, immediately after the load has been placed in the oven and flattened, or some time after, but in any case at a sufficiently early stage of the operation, to that one should not experience too much difficulty in driving these sinking bars through the surface parts of the charge which, shortly after the start of the distillation, clump together forming a seam and even subsequently coke. These sinking bars 25 remain permanently as cores in the coal cnarge 14 until the moment when the elimination of the bituminous compounds from the coal is completed, which corresponds to the moment when the coking is complete or substantially complete.
The jacking bars are then removed from above and replaced by the steam injection tubes 20 which are connected to the steam pipe 22 by means of the removable device 21. Then, by opening the valve. valve 24, water vapor is sent in the main pipe 23 in the pipe 22 from where this vapor passes through the tubes 20 and into. the coke saymon 14.
At the bottom, the tubes 20 almost reach the hearth 1 of the furnace chamber. They are closed at this end; and, according to another feature of the invention, they are provided with vapor outlet ports 26 only in the median plane of the chamber and at the bottom thereof. (see Fig. 3, right and Fig. 2a).
As a result of this arrangement of the outlet orifices 26 which preferably have the form of narrow vertical slots.
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Since the water vapor is about 2 millimeters in width and 60 millimeters in length, the water vapor is forced to escape in the direction of the crack 17 formed in the mass of coke 14, and a good distribution results. steam the entire length and height of the coke salmon. The water gas produced by the reaction between the steam and the Incandescent coke is discharged, through the outlet opening 8 of the ceiling and through the pipe 9, into the barrel 11.
The water gas therefore passes through the coke tip 14 to the outer sides thereof, especially on the surface 15 and partly also into the cracks 35 produced along the walls 5 of the chamber as a result. of the contraction of salmon. A very good distribution of the water vapor inside the load is obtained by means of the devices described, and in particular by guiding the water vapor along the median crack 17. Therefore, it suffices to provide a limited number of steam injection tubes 20 with, between them, a sufficiently large horizontal spacing inside the furnace chamber.
As shown in Fig. 1, only four steam injection tubes 20 are available, for example, and the spacings of the various tubes between them, as well as the distance to the gas outlet 8 of the tube 20 closest to the latter, are appreciably equal to each other. The distance between the tube 20 furthest from the gas outlet 8 (Figs. La and 2a) and the end of the load confining to the door 2 of the chamber is preferably given a substantially smaller magnitude, for the current of water vapor admitted and of water gas produced is directed in the opposite direction at this end of the chamber.
So, for example, for a horizontal spacing
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of about 11 to 12 meters between the doors, which is a common dimension in current coke ovens, one obtains, for an arrangement according to Figs. 1a and 1b a horizontal spacing of about 2.5 meters, on average, between the steam injection tubes 20, which is approximately five or six times the usual width of current furnace chambers which measure 0.4 0.5 meter wide. The water vapor to be admitted through each of the four tubes will preferably be discharged at a rate of 100 kg. per hour, for a mass of about 2000 kg. of coke.
In order to further improve the distribution and the efficiency of the water vapor injected into the charge, the modified arrangement shown in Figs can advantageously be employed. 4 and 5. In this arrangement, the gas outlet opening 8 is arranged, thanks to a judicious arrangement of the construction of the riser pipe 9, in such a way that it is possible to introduce through this opening , in the coke charge 14, an evacuation tube of shape and arrangement similar to that of the steam injection tubes 20. For this purpose the pipe 9 is provided, immediately above its base. 27, an elbow 28 which comprises a special cover 29 arranged in the output axis 8.
The base 27 of the chimney comprises an internal conical seat 30 on which rests in a sealed manner the head 31, shaped in a corresponding manner, of the discharge tube 32 (FIG. 5). To introduce this evacuation tube 32, one proceeds in the manner described above for the steam injection tubes 20, opening the cover 29 and introducing, simultaneously or shortly after the charging of the charge of
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charcoal 14, a sinking bar 33 which corresponds to the tube 32 and which is left in the load throughout the duration of the distillation and the coking.
This burner bar 33 bears at its upper part against the conical seat 30 only by a few arms 34 - four arms, for example, arranged in a circle - to allow the gases and the distillation vapors to be evacuated. to escape freely, during the distillation and the coking, through the annular space remaining free between the gas outlet opening 8 and the sinking bar 33 and through the opening of the conical seat 30.
Fig. 6 is a vertical section (corresponding to Figs. La and 1b) and Fig. 7 a corresponding plan view of the detachable connection between the steam injection tube 20 and the fixed steam line 22. To the side branch 36 of the steam line 22 is attached by means of a flanged connection 37 a tubular extension 38 integral with a flange 39. The anterior face or sealing surface 40 of this flange 39 has, as shown in FIG. 6, a slight obliquity with respect to the vertical, so that the flange 39 tapers upwards. Against this sealing surface 40 bears the sealing surface 41 of the flange 42 - thinned downwards in a complementary manner - of a tubular extension 43 connected rigidly, by means of a flanged connection 44, to the head elbow 45 of the steam injection tube 20.
This angled head 45, and with it the tubular extension 43, remains constantly connected, by means of the flange 46, to the upper flange 47 of the steam injection tube 20. The inner face of this flange 47 also forms a flat sealing surface. She wears against
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the corresponding flat sealing surface 49 of a metal tube 50 which engages in the opening 12 of the ceiling 4 of the oven. An elastic gasket 51 provides sufficient sealing and thus separates the interior of the oven chamber from the outside air which surrounds the fittings described above, housed in the recess 13 of the oven ceiling. In the front face 41 of the flange 42 is embedded a plate 52 pierced with an opening 53 which is exactly dimensioned.
This opening serves as a throttle to cause a certain drop in pressure in the water vapor coming from line 22, thereby making the distribution of the vapor between the various vapor inlet tubes 20 more uniform. It is advantageous to gradually increase the size of the throttle openings 53 in direct relation to the distance of each tube 20 from the steam inlet valve 24 of the line 22, so that the more distant inlet tube 20 thereof does not receive less vapor than the tube 20 which is closest to it.
According to the invention, the flange 42 of the head 45 of the steam injection tube 20 - which, because its anterior face is oblique while its posterior face is vertical, constitutes a wedge tapering downwards - has a corresponding wedge-shaped fixed guide, integral with the fixed tubular extension 38. This guide consists of a
40 Part by the oblique face / of the flange 39 and, on the other hand, by two cheeks 55 which take like claws behind the flange 42 and which are rigidly connected, for example screwed to the fixed flange 39. When inserting from above in the opening 12 of the ceiling the steam injection tube 20, the wedge-shaped flange 42 engages in the guide of the same elm which has just been described.
In order to obtain a seal
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sufficient, it then causes, by means of the device described below, the jamming of this flange 42. Around the pivot
56 which crosses horizontally the lower part of the flange 39 can turn a 0-shaped part composed of two vertical cheeks 57 and the lower horizontal cross member 58. At the upper ends of the two cheeks 57 is articulated by means of the pivot 59 a lever 60. In the substantially horizontal position, shown in solid lines in FIG. 6, of the lever 60, the boss 61 thereof rests in a corresponding recess 62 made in the head of
63 the flange 42.
When the handle / lever 60 is lowered, either by hand or with a hammer blow, it occurs; by following the large lever arm between the handle 63 and the boss
61, a forceful wedging of the flange 42 in its wedge-shaped guide and, therefore, its sealing surface 41 and the corresponding sealing surface 40 of the fixed flange
39 are clamped one on the other forming a tight seal.
To undo this wedge assembly, it is necessary to apply to the flange 42 a thrust directed from the bottom up. To this effect, the cross member 58 of the U-piece comprises a lug 64 which presses on the lower edge of the flange 42 when the cheeks 57 are pivoted to the right (FIG. 6). The force necessary for the execution of this maneuver is given by pivoting the lever 60 in the position 60 'shown in dotted lines in FIG. 6 so that the lug 65 of this lever comes 66 to bear against a stop / fixed to the cheeks 57. In this position, the pieces 57 and 60 'form a single lever pivoted at 56.
This lever is then pushed, by the handle 63 ', further in the direction of the arrow shown, so that the lug 64 lifts the flange 42 out of its shaped guide.
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corner. At the same time the entire lever moves far enough to the right to allow free passage upwards to the flange 42, the head 45 and the steam injection tube 20 suspended therefrom, when these are removed. Ci- In this position of the lever, the steam injection tube 20 can be removed by means of the eyelet 48 fixed to its head 45, or else it can be introduced from top to bottom into the oven chamber.
The recesses 13 of the ceiling 4 of the oven are closed by means of covers 67 which are easily placed and removed. The space in which the steam line 22 is disposed is covered with a plate 68 which generally remains in place.
The arrangement described, in particular that of the inlet tubes 22 and 20, and, where appropriate, that of the discharge tubes 32 arranged in each furnace chamber, also makes it possible to carry out the following variant which leads to an improvement and an increase in the production of gas to water
To carry out this variant, only part of the chambers of a battery of ovens - in half of these for example and without these chambers being necessarily adjacent - is communicated with the fresh steam pipe 23 with the pipes 22 which supply steam to the furnace chambers through the vertical tubes 20 for the production of gas to water. In these chambers, each riser 9 has a special tubular branch, which can be closed separately.
These branches are connected by means of a pipe to all the tubes 22 of the other half of the furnace chambers. If we then keep closed, during the production of water gas, the valves 10 of the
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pipes 9 of half of the chambers mentioned first, the water gas which has just been produced in these chambers will be admitted from their pipes 9 into the tubes 22 and, from there, through the tubes 20, in the chambers of the other half, and it is only in these chambers that the water gas will pass in the completed state, through the corresponding pipes 9, into the barrel 11.
Care must be taken that the operating phase of the furnace chambers in which the water gas is first produced is substantially the same as in the furnace chambers of the other half which receive the water gas product, that is to say that, for a given furnace chamber, the two operations can only be carried out when the tubes 20 have been introduced, therefore when the coal has completely or almost completely transformed into coke.
Thanks to the variant which has just been described, it is possible to improve the quality of the water gas clearly produced owing to the fact that, in the chambers of the second half, a retransformation of the carbon dioxide (C02 ) to carbon monoxide (CO). In addition, residual water vapor which has not yet reacted decomposes to form additional gas to the water.
This modified procedure can be used in all cases where only part of all the chambers of a battery are used for the production of water gas. However, this is the case which is generally encountered in practice, since it is obvious that the totality of the water gas produced, compared to the total quantity of the distillation gases will not, in general, exceed one measure, so that the distillation gases are not too diluted.