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Perfectionnements à la carbonisation ou distillation à basse température des matières carbonacées, et appareil utilisable pour l'application de ce procédé.
L'invention concerne le traitement ou carbonisation de matières carbonacées et se réfère plus particulièrement, mais non exclusivement, aux procédés de carbonisation à basse température, dans lesquels on opère une agitation de la charge ou matière en traitement, par exemple par une rotation de la cornue ou four contenant la charge, ou par d'autres moyens ou dispositifs analogues.
Le but principal du procédé suivant l'invention est daméliorer les qualités des houilles ou charbons bitumineux ou autres matières carbonacées ) en tant que
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combustible solide, en les raffinant pour les débarrasser des constituants nuisibles ou producteurs de fumées et en améliorant leurs qualités physiques. Ce procédé peut donc être considéré comme un procédé de raffinage du charbon en vue d'obtenir le résultat désiré, ce raffinage du charbon étant effectué avec le minimum de carbonisation.
Un autre avantage de ce procédé réside en ce que les constituants producteurs de gaz qui donnent au charbon ses qualités flambantes sont retenus, tandis que les constituants producteurs de fumées, qui sont éliminés pendant le traitement, sont récupérables sous forme d'huiles de grande valeur. L'invention vise également à réaliser un appareil perfectionné ou cornue ou four rotatif, spécialement mais non exclusivement destiné à l'application dudit procédé, cet appareil ou cornue incorporant diverses caractéristiques nouvelles et importantes, dont certaines, sinon toutes, sont susceptibles d'être appliquées d'une façon générale à divers types d'appareils utilisés dans le traitement à chaud des matériaux.
L'invention concerne donc en premier lieu un procédé pour la fabrication de combustibles brûlant sans fumée, tels que du charbon raffiné, à partir de houilles ou autres matières carbonacées dans une cornue ou appareil rotatif, dans lequel la charge ou matière en traitement forme d'elle-même des morceaux ou blocs par suite de la rotation ou de tout autre genre d'agitation, ce procédé étant remarquable notamment par l'addition ou le mélange à la charge ou à la matière, avant introduction dans la cornue ou lorsqu'elle est dans la cornue, d'une substance ne se cokéfiant pas, telle que du coke ou du semi-coke, broyé à une finesse telle ou dans des conditions telles que sa densité apparente coïncide, ou pres-
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que, avec sa densité absorlue, afin d'augmenter la densité du combustible obtenu.
Dans ce but, le coke ou le semicoke peut être réduit, par broyage ou autrement, à un état tel qu'il y ait suppression de sa porosité ou destruction de sa structure cellulaire, et le coke finement pulvérisé et divisé est mélangé à la matière carbonacée, qui peut être du charbon broyé. Le coke ou semi-coke broyé ou traité comme dit ci-dessus peut être celui obtenu par le procédé lui-même, à la suite du traitement de la charge. Le degré de broyage ou de mouture de la matière ne se cokéfiant pas, c'est-à-dire du coke ou du semi-coke, est tel qu'après avoir été ainsi traitée, cette matière passe au tamis N 60 (échelle standard), la porosité étant supprimée lorsqu'on atteint ce degré de division.
La matière moulue ou pulvérisée comme dit ci-dessus est mélangée au charbon ou autre, et à ce mélange on peut ajouter, soit avant de l'introduire dans la cornue, soit lorsqu'il est dans la cornue, une substance agglutinante ou liante qui peut être constituée par les fractions goudronneuses de l'huile, ou par l'huile résiduelle provenant du procédé lui-même. L'addition de la substance agglutinante ou liante constitue une caractéristique importante de l'invention et peut être appliquée à tous les procédés dans lesquels on produit une agitation de la charge, car elle empêche ou réduit le soulèvement de poussière,'de sorte que les distillats obtenus par ce procédé ne contiennent pas de poussières.
Pour l'exécution du procédé, il est préférable d'employer une cornue chauffée extérieurement, et l'on a décrit ci-après une construction et un appareil de ce genre/. D'une façon plus précise, le procédé suivant l'inven-
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tion consiste à chauffer par exemple à une température de 450 C., par chauffage extérieur dans une cornue rotative, un mélange de charbon broyé ou autre et d'une substance ne se cokéfiant pas, telle que du coke ou du semicoke, broyé de façon à détruire sa porosité ou sa structure cellulaire, de préférence avec addition de fractions goudronneuses de l'huile obtenue au cours du procède.
Le mélange peut être introduit à une extrémité de la cornue rotative, chauffée extérieurement, par exemple à une température de 450 C. comme dit ci-dessus, ou bien on peut dans certains cas utiliser une cornue rotative du type à cheminée (louvre type) la matière cheminant à travers la cornue et étant déchargée à l'autre extrémité sous forme de coke ou de charbon raffiné, l'introduction, le cheminement et le déchargement ayant lieu de préférence d'une manière continue sous l'effet de la pesanteur.
Lorsqu'on atteint la température à laquelle débute la cokéfaction, l'agitation ou effet de trommel qui se produit par suite de la rotation de la cornue tend à transformer la charge en blocs ou morceaux de forme sphéroldale ou ovoldale, le traitement cessant alors afin d'éviter une carbonisation excessive ; dimension de ces blocs dépend principalement des qualités agglutinantes du mélange, lesquelles peuvent être réglées en agissant sur la proportion de coke ou de semi-coke et de fractions goudronneuses de l'huile utilisée dans le mélange.
Une caractéristique importante du procédé suivant l'invention réside en ce que la substance non agglutinante, c'est-àdire le coke ou le semi-coke, qui peut être constitué par des fines de coke ou fraisil provenant de l'opération
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précédente, et qui est broyé suffisamment pour supprimer la porosité, permet de transformer un produit, qui ordinairement serait relativement léger, en un produit d'une densité beaucoup plus élevée; on comprend donc que cette caractéristique distingue le présent procédé ou systèmes connus dans lesquels on utilisait dans ce but une substance étrangère, telle que de l'anthracite. Comme indiqué précédemment, une autre caractéristique importante de l'invention réside dans l'addition au mélange d'un agglutinant additionnel, constitué par des huiles lourdes obtenues au cours du procédé lui-même.
Par conséquent, alors que d'une part la propriété agglutinante de la charge est réduite par suite de l'incorporation d'une substance dense non agglutinante, on -ajoute d'autre part un liant additionnel afin de permettre l'incorporation d'un pourcentage de substance dense plus grand que ne le permettraient les propriétés agglutinantes normales du charbon. Il en résulte qu'on obtient finalement un combustible ayant une densité apparente plus grande que celle qu'on aurait pu obtenir autrement, et comme la substance non agglutinante aussi bien que la substance agglutinante ajoutées au mélange ont pour effet d'augmenter notablement la conductibilité thermique de la charge, le débit du four s'en trouve considérablement augmenté.
Comme dit ci-dessus, l'addition au mélange des résidus lourds ou fractions d'huiles goudronneuses présente cet autre avantage d'empêcher la formation ou le soulèvement de poussières dans la cornue, ce qui supprime la cause de l'une des difficultés principales produites par 1'agitation dans le traitement à chaud par les procédés usuels, à savoir la pollution des distillats par des poussières.
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Comme, dans ce procédé, un pourcentage important (généralement 30% environ) du coke est broyé et utilisé dans le mélange, on peut laisser se former sans inconvé- . nient dans la cornue une proportion importante de fraisil. Dans les procédés dans lesquels on ajoute au mélange une substance étrangère pour augmenter la densité du produit final, on a déjà proposé de faire repasser dans le four du fraisil non broyé; mais ceci a pour effet de diminuer la proportion de matières étrangères denses susceptible d'être ajoutée puisque les qualités agglutinantes du charbon se trouvent réduites par l'incorporation de fraisil.
Etant donné que le pourcentage de fraisil résultant de l'agitation ou effet de trommel est généralement élevé, l'effet de sa réintroduction dans la cornue, sans broyage préalable, est de réduire nécessairement le pourcentage de matières étrangères denses correspondant aux qualités agglutinantes du charbon, au point de rendre négligeable l'augmentation de densité apparente du produit final. Par conséquent, lorsqu'on n'utilise pas le procédé objet de la présente invention, c'est-à-dire la suppression des pores du coke ou du semi-coke par broyage, la formation de fraisil, inhérante au procédé d'agitation ou à l'effet de trommel constitue un inconvénient sérieux.
Etant donné qu'il est nécessaire d'employer dans le but cherché un pourcentage élevé de poudre de coke, il est évidemment aussi facile d'obtenir cette poudre en broyant du fraisil qu'en broyant des morceaux de coke, comme il faudrait le faire si le procédé ne fournissait pas de fraisil. Le fraisil ajouté suivant la présente invention est dans un état de division tel que sa densité apparente
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coïncide avec sa densité réelle, de sorte que son addition au mélange augmente sensiblement la densité de celui-ci et par suite celle du produit final. De plus, l'addition d'un pourcentage élevé de coke finement moulu au mélange augmente notablement la conductibilité thermique de la charge, et cette conductibilité est encore augmentée par l'introduction de fractions goudronneuses de l'huile résiduelle.
Il résulte de l'augmentation de conductibilité de la charge que la production en coke du four ou de la cornue est sensiblement plus grand que si l'on ne faisait pas repasser une partie de cette production à travers la cornue.
L'introduction de l'huile résiduelle, comme indiqué ci-dessus, a non seulement pour effet d'améliorer la qualité de l'huile finalement produite en la débarrassant des poussières, mais encore d'augmenter légèrement le rendement final en huiles légères, du fait que la redistillation transforme une partie des fractions lourdes en fractions plus légères par cracking, tandis que la poix ou goudron résiduel, produit de valeur négligeable sinon nulle, est récupéré et sert à augmenter le pouvoir calorifique et les qualités combustibles ou flambantes du coke.
Le procédé suivant l'invention s'applique au trai- tement .de charbons absolument impropres à la fabrication du coke, même lorsqu'on ne dispose pas de charbon à coke pour mélanger à ceux-ci. Ceci élargit le champ d'application de l'invention et permet notamment le traitement de tous les charbons bitumineux, qu'ils soient propres ou impropres à la fabrication du coke, qui actuellement sont brûlés sur des grilles à l'état brut.
On peut obtenir un coke
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de bonne qualité à partir de charbons bitumineux absolument impropres à la fabrication du coke, en incorporant au mé- lange (en plus des fractions goudronneuses de l'huile ré- siduelle) un certain pourcentage de goudron ordinaire, dis- tillant à température élevée, dans une proportion légère- ment plus faible que celle utilisée dans la fabrication des briquettes. Plus de la moitié du goudron ainsi ajouté est récupérée pendant le traitement, de sorte que la dé- pense correspondant à l'emploi de goudron est inférieure à la moitié de celle correspondant à l'utilisation du gôu- dron comme agglutinant dans la fabrication des briquettes communes.
Les proportions de matières utilisées pour former le mélange ou charge dépendent de la nature du charbon et des propriétés agglutinantes, mais, dans certains cas, on peut utiliser les suivantes: 20 à 30 % de poudre de coke, 70 % environ de charbon et 5 à 10 % environ de matière agglutinante, le coke étant broyé ou divisé comme dit ci- dessus, et le charbon étant d'un calibre tel qu'il passe au tamis de 1,6 à 3,2 m/m.
L'appareil représenté au dessin annexé, qui peut être utilisé pour l'exécution du procédé ci-dessus décrit, ainsi que pour tout autre procédé de traitement à chaud de matériaux, comporte diverses caractéristiques nouvelles pouvant être utilisées dans différents types d'appareils.
Une caractéristique de l'appareil consiste dans la cons- truction perfectionnée de la cornue cylindrique rotative, une autre réside dans un dispositif de joints étanches pour empêcher le frottement et le contact étroit entre les parties fixes et rotatives; une autre consiste dans les organes râcleurs disposés dans la cornue pour maintenir
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propre la paroi intérieure et empêcher une accumulation nuisible de matières sur cette paroi.
Au dessin annexé:
La fig. 1 est une coupe longitudinale d'une cornue suivant un mode de réalisation de l'invention.
Les figs. 2, 3, 4 et 5 sont des coupes transversales suivant les lignes 2-2, 3-3, 4-4 et 5-5 de la fig. 1, respectivement.
Les figs. 6 à 9 sont des vues de détail.
La cornue représentée comprend trois parties principales, à savoir : la cornue ou four rotatif cylindrique, désigné d'une façon générale par A, et deux massifs fixes. ou têtes non-rotatives B et C, disposées respectivement dans la zône de chargement du mélange et dans la zône de sortie du combustible. A l'extrémité de sortie se trouve un dispositif de déchargement fixe D, d'où le produit ou combustible final est évacué de la manière décrite en détail ci-après; à l'intérieur de la cornue se trouve une série de râcleurs E, décrits ci-après.
En se référant plus particulièrement à la cornue rotative A, celle-ci est montée sur des galets et est entraînée d'une manière quelconque usuelle. Elle comprend une enveloppe extérieure 1 et un élément intérieur, formé de deux tambours, tubes ou cylindres concentriques 2 et 5,reliés entre eux ou supportés de manière à pouvoir se dilater de manière indépendante dans le sens longitudinal et dans le sens radial, sans que ces mouvements soient transmis à l'enveloppe extérieure 1. L'intervalle 4 entre les tambours intérieur et extérieur 2 et 3 constitue la chambre de chauffage, d'où la chaleur est trans-
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mise par conduction au mélange en traitement contenu dans la chambre 5 limitée par le tambour intérieur 2.
Les moyens employés pour introduire l'agent de chauffage et pour relier les extrémités du four rotatif aux têtes fixes B et C seront décrits plus en détail ci-après.
Dans l'exemple représenté, le tambour intérieur 2, qui peut être formé d'une série de viroles soudées de façon à former un tube continu, est relié au tambour extérieur 3 à l'aide d'organes élastiques ou déformables 6, dispo- sés tangentiellement entre des anneaux intérieurs et ex- térieurs auxquels ils sont fixés, ces anneaux étant soudés aux deux tambours 2 et 3. De cette façon, les tambours 2 et 3 peuvent prendre des mouvements relatifs dans le sens radial par suite de différences de température. Le tambour extérieur 3 est formé d'une série de viroles cy- lindriques soudées aux anneaux extérieurs des organes 6, et, pour compenser tout mouvement longitudinal résultant d'une dilatation ou d'une contraction, ces viroles sont ondulées comme indiqué en 7.
Autour de chaque virole du tambour extérieur 3 est disposé un tube métallique ondulé
8, limitant un compartiment calorifuge.
L'anneau extérieur des pièces 6 est pourvu de glissières ou rainures 9, dans lesquelles peuvent coulis- ser des sabots 10, portés par exemple par des plaques 11, fixées à l'enveloppe extérieure 1, celle-ci étant formée d'une série de viroles reliées entre elles par des cor- nières courbées 12, entre lesquelles les dites plaques 11 sont serrées à l'aide de boulons qui les traversent, com- me indiqué aux figs. 3 et 7.
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Des compartiments isolants sont également formés autour des éléments de l'enveloppe extérieure 1, en fixant à ceux-ci des plaques 13, qui délimitent des intervalles contenant un gaz, par exemple de l'air ou tout autre isolant. L'elément intérieur, comprenant les tambours 2 et 3, constitue ainsi le four rotatif proprement dit et l'enveloppe extérieure 1 constitue la structure destinée à donner à l'appareil de la solidité et de la rigidité. Cette structure est maintenue à la température ambiante ou à une température relativement faible, comme expliqué ciaprès, tandis que l'élément intérieur est calé ou supporté à l'intérieur de l'enveloppe sans transmettre à celle-ci la chaleur du four ou les déformations qui en résultent, et tout en restant constamment concentrique à l'enveloppe.
L'espace annulaire 14 entre le tambour extérieur de l'élément intérieur et l'enveloppe 1 reçoit un agent réfrigérant par exemple des gaz brûlés froids, qui de préférence circulent dans cet intervalle, ces gaz ayant pour but d'empêcher la transmission de chaleur entre le tambour extérieur 2 et l'enveloppe 1, laquelle se trouve donc maintenue au voisinage de la température ambiante.
Cet agent refroidissant ou calorifuge passe autour des dispositifs de glissières et de sabots 9 et 10 entre l'enveloppe et l'élément intérieur. Les gaz brûlés froids qui sont introduits à l'extrémité de chargement la plus froide du four et sont évacués à l'autre extrémité plus chaude, servent aussi à diluer les gaz en combustion provenant du foyer (qui, bien qu'il soit séparé du four dans l'exemple représenté, peut cependant en faire partie) avant leur introduction dans le four, afin d'abaisser
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leur température au degré voulu. Ainsi, les calories qui ont pu être absorbées par les gaz dans l'espace 14 entre l'enveloppe et l'élément intérieur retournent éventuellement à la chambre de chauffage, de sorte qu'elles ne sont pas perdues.
On voit d'après ce qui précède que l'une des caractéristiques du four suivant l'invention est que son enveloppe extérieure constitue l'organe mécanique principal, et est maintenue à la température ambiante, de sorte qu'elle conserve toute sa solidité. L'élément interne comprenant les deux tambours est la seule partie de l'appareil qui est chauffée et il ne possède aucune fonction mécanique ; constitue simplement la charge que l'enveloppe extérieure est destinée à supporter. Les seuls efforts auxquels l'élément interne chauffé est soumis sont ceux qui sont dûs à son propre poids et à celui du mélange en traitement, et comme les moyens prévus pour supporter cet élément sont flexibles, le poids est réparti sur une large surface, de sorte que les efforts s'exerçant sur les parties chauffées sont réduits à un chiffre négligeable.
On obtient ainsi un ensemble d'une grande robustesse et d'une grande solidité, avec des éléments relativement légers. Pour apprécier l'intérêt du dispositif pour maintenir froide l'enveloppe extérieure du four, il faut songer que lorsqu'on chauffe la matière en traitement au travers de l'enveloppe extérieure, le matériau de construction employé possède, aux températures considérées, une faible résistance à la tension et se déforme s'avance ou s'allonge continuellement sous des efforts relativement faibles. L'importance du mouve-
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ment augmente aussi très rapidement avec la température, pour un effort donné.
Pour maintenir les efforts faibles, on a eu recours à une augmentation d'épaisseur de l'enveloppe, mais l'augmentation d'épaisseur entraîne ipso facto une augmentation de poids et par conséquent de la charge, tandis que la différence de température entre les deux faces augmente avec l'épaiss.eur, pour une transmission de calories déterminée. De plus, lorsque le chauffage s'effectue à travers l'enveloppe extérieure des détériorations se produisent nécessairement tôt ou tard, car une surchauffe accidentelle de l'enveloppe au-delà des limites étroites entre lesquelles la température doit être maintenue pour assurer une transmission efficace de calories, sans perte complète de rigidité, provoque infailliblement une flexion du tambour.
Un autre avantage obtenu en maintenant l'enveloppe, c'est-à-dire la charpente principale, à la température atmosphérique ou à peu près, est qu'on évite les pertes par rayonnement et par suite on obtient une économie considérable sur le combus- tible consommé pour l'opération, ce qui améliore le bilan thermique.
Comme indiqué précédemment, on dispose une tête fixe à chaque extrémité du four rotatif, comprenant l'élément interne chauffé et l'enveloppe extérieure refroidie formant support. La tête fixe B, à l'extrémité de chargement du four rotatif, comporte un orifice d'entrée 15, par lequel la charge ou mélange est introduit dans le laboratoire 5 du four, et elle comprend en outre un orifice de sortie 16, pour l'évacuation des premiers distillats produits pendant le traitement de la charge.
Cette tête fixe sert aussi à empêcher la fuite des vapeurs qui dis-
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tillent et la pénétration de l'air dans le four ; gaz dé chauffage sont extraits à travers cette tête en passant de la chambre de chauffage 4 du four proprement dit dans une chambre annulaire 17 d'où ilssont évacués d'une manière quelconque. Les gaz brûlés froids sont introduits par cette tête en les faisant passer dans une chambre annulaire 18, d'où ils s'écoulent dans l'espace 14 entre l'enveloppe extérieure et l'élément interne, pour diminuer la transmission de chaleur et empêcher les pertes par rayonnement.
Des joints flexibles sont interposés dans les tuyaux ou conduits servant à l'introduction du mélange et à l'évacuation des vapeurs de distillation, afin que ladite tête fixe soit flottante ou libre de se déplacer, comme décrit ci-après.
L'autre tête fixe C, à l'extrémité de sortie du four, comprend une chambre annulaire 19, par laquelle est introduit l'agent de chauffage gazeux, qui passe à travers des brûleurs ou un orifice annulaire dans la chambre de chauffage 4, entre le tambour intérieur et le tambour extérieur de l'élément interne. Cette tête comprend également un passage annulaire ou autre 20, dans lequel les gaz brûlés froids sont recueillis et d'où ils peuvent être conduits au foyer afin d'y diluer les gaz de chauffage enflammés, comme expliqué ci-dessus.
Une caractéristique importante de l'appareil consiste dans le dispositif permettant de réaliser des joints étanches aux gaz entre les larges surfaces qui sont susceptibles de se déformer et qui se déplacent les unes par rapport aux autres, en particulier entre les parties mobiles du four et les parties fixes des têtes B et C. Dans la disposition présentée, chaque tête fixe est centrée par rapport au four à l'aide de trois galets 21, portés
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par chaque tête fixe et coopérant avec un chemin de roulement 22, porté par une partie du four rotatif s'emboitant dans ladite tête.
Le poids de-chaque tête fixe est équilibré par des bielles ou supports 23, soumis à l'action de ressorts, et qui sont susceptibles d'osciller ou de se déplacer librement en tous sens entre des languettes ou sièges 24 de ladite tête fixe et des sièges ou surfaces d'appui 25 sur une partie fixe où fondation 26. Les dits galets 21 qui coopèrent avec le chemin de roulement 22 n'agissent pas à la façon d'un palier, mais servent simplement à maintenir les têtes fixes dans un alignement approximatif et dans une position relative convenable, un large jeu existant ainsi pour permettre les déformations sans nuire au bon fonctionnement.
Chacune des têtes fixes ainsi que l'extrémité voisine du four rotatif portent des plaques ou chicanes à emboîtement formant labyrinthe, un jeu de telles plaques indiqué en 27, étant prévu dans une position voisine de la chambre de chauffage, tandis qu'un autre jeu 28 est disposé près du passage pour les gaz brulés froids. D'autres labyrinthes sont disposés en 29 et 30, le but de ces différents labyrinthes étant d'obtenir l'étanchéité aux gaz, c'est-à-dire d'empêcher l'échappement des produits de la distillation ou des gaz de chauffage ou la pénétration de l'air ou le mélange des distillats avec le gaz de chauffage. Aux faibles pressions qui règnent dans un appareil de ce genre, un nombre relativement petit de chicanes suffit pour rendre le joint étanche, et cette, construction permet d'éviter tout contact entre les surfaces à mouvement relatif.
La tête fixe B, à l'extrémité d'entrée du Tour, sert à empêcher l'échappement des va-
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peurs qui distillent et la'pénétration d'air dans le four, à évacuer les gaz de chauffage de la chambre de chauffage et à introduire les gaz brfilés froids pour empêcher les pertes par rayonnement et la transmission de chaleur de l'élément interne à l'enveloppe. La face de cette tête fixe coopère avec une vis d'Archimède représentée à la fig. 8, à l'extrémité du prolongement du tambour 2,cette vis servant à éviter la fuite des matières hors du four et à empécher les matières solides d'atteindre les rainures contenant les galets de centrage.
Les joints flexibles disposés dans les conduits par lesquels le mélange est introduit et par où les vapeurs' de distillation sont évacuées permettent à la tête fixe de se déplacer librement sur les bielles à ressort qui équilibrent son poids. On se rendra compte que les bielles à ressort de chaque tête fixe peuvent osciller en tous sens, de sorte que, malgré les mouvements dus aux dilatations et aux contractions du four et au cheminement possible des extrémités, les galets peuvent remplir leur rôle, qui consiste à maintenir les parties alignées, librement et pratiquement sans efforts, de façon que la position des diverses plaques des labyrinthes les unes par rapport aux autres ne soit pas modifiée.
Le passage des gaz de chauffage et des gaz brûlés froids entre la tête fixe C et les tubes ou conduits fixés à la fondation ou pratiqués dans celle-ci s'effectue à l'aide de tuyaux descendants 431 et 32 (voir fig. 4).,plongeant dans des joints hydrauliques 33 et 34, entourant les tuyaux d'amenée et de sortie 35 et 36, les rainures çontenant le liquide étant assez profondes et assez larges
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pour permettre un mouvement libre. A l'autre extrémité est prévue une disposition analogue, comprenant des conduits descendants 37, plongeant dans un joint hydraulique 38, entourant le conduit de sortie 39 des gaz de chauffage.
L'amenée de gaz brûlés froids dans la chambre 18 de la tête fixe B peut s'opérer à l'aide de tuyaux flexibles 40, comme représenté à la fig. 2, mais on pourrait, si on le désirait, utiliser un joint hydraulique autour du tuyau d'amenée.
La tête C sert à introduire les gaz de chauffage provenant du foyer et à évacuer les gaz brûlés froids ainsi qu'à empêcher l'échappement des vapeurs de distillation et la pénétration de l'air dans le four. Cette tête est disposée par rapport à l'extrémité du four de la façon déjà décrite, et elle est reliée au dispositif de déchargement D à l'aide d'un anneau flexible 41, constitué par des couches de gaze et de feuilles métalliques, de façon à permettre le flottement libre ; ce dispositif est fixé le tube 42 de sortie du coke (voir fig. 5), ainsi que l'orifice de sortie 42a des dernières fractions du distillat. Une vis d'Archimède peut être montée à cette extrémité du four, pour empêcher les matières solides de pénétrer dans la rainure où se trouvent les galets de centrage.
Grâce à la disposition ci-dessus décrite on empêche l'échappement des vapeurs de distillation, tandis que l'air ne peut en aucun cas pénétrer dans le four, puisque des gaz brûlés sont interposés partout entre le laboratoire du four et l'atmosphère; si donc une dépression accidentelle se produisait dans le four, seuls les gaz brûlés pourraien y pénétrer. Ces joints étanches et sans frottement entre de larges surfaces à déplacement relatif,
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susceptibles de se déformera permettent de surmonter l'une des principales difficultés mécaniques rencontrées dans les fours rotatifs.
Dans certains cas, un agent gazeux peut être introduit entre les faces fixes et rotatives non en contact, pour former un joint empêchant le mélange de gaz ou l'échappement ou la pénétration de gaz et d'air, avec ou sans emploi de chicanes de labyrinthe sur les parties fixes et rotatives. Au lieu des joints décrits ci-dessus, ou en plus de ceux-ci, on peut prévoir un ou plusieurs capotages entourant l'ensemble de l'appareil ou les extrémités de ceux-ci, et contenant un gaz formant joint, empêchant l'échappement, la pénétration ou le mélange des gaz.
Bien que, dans le procédé ci-dessus décrit, le mélange traité soit d'une composition telle qu'il n'adhère pas à la paroi du tambour intérieur du four, il possède cependant des qualités agglutinantes suffisantes pour former de lui-même, en atteignant la température où commence la cokéfaction, des blocs sphéroïdes ou ovoïdes dont la dimension moyenne est déterminée à l'avance en proportionnant les divers constituants du mélange. Il faut tenir compte cependant d'erreurs accidentelles, car une adhérence aocidentelle de la charge aux parois du four, ou la formation de blocs de dimensions excessives, diminuerait le rendement et arréterait la marche de l'appareil.
Le dispositif prévu pour rendre de tels accidents impossibles comprend une chaîne ou une série de racleurs, portés par ou suspendus à un câble d'acier, ce dispositif étant indiqué d'une façon générale par E à la fig. 1 et
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les râcleurs étant désignés par 43 et le câble par 44. Ce dernier est fixé à ses extrémités 44a à la fondation ou partie fixe et il traverse la charpente de la tête d'évacuation D ainsi que la paroi extrême de la tête de chargement B, à travers des douilles flexibles 44b, de fa- çon à maintenir l'étanchéité, des organes élastiques étant de préférence prévus au point d'ancrage situé à l'extrémité de chargement, pour compenser les dilatations et contractions du câble. Celui-ci s'étend donc sur toute la longueur du four.
La chaîne ou série de maillons râcleurs supportés par le câble est établie de façon que les faces râclantes 43a soient maintenues en position correcte par rapport à la face chauffante ou paroi du tambour intérieur 2 du four, simplement par gravité. De cette façon, la face chauffante est maintenue propre et débarrassée de toute matière qui pourrait y adhérer, du fait que les râcleurs enlèvent ces matières pendant la rotation du four.
La position du câble et la forme des râcleurs sont telles que le câble supporte tout le poids des maillons qui y sont suspendus. Les points d'ancrage du câble sont disposés de façon à pouvoir être rapprochés ou éloignés du tambour intérieur 2, de sorte que si l'on peut maintenir les râcleurs suspendus en équilibre parfait, hors de contact avec le tambour, on peut aussi, en déplaçant les points d'ancrage du câble vers le tambour, amener ces râcleurs en contact avec la paroi du four avec une pression très faible. On peut donc régler ainsi le degré de frot- tement entre les râcleurs et la surface chauffée.
En fait,.il suffit que la friction soit très faible, car les râcleurs, dont les faces râclantes sont en forme de socs, peuvent être placés de façon à être sus- ,pendus hors de contact avec la surface chauffante, car
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si une matière quelconque vient à adhérer à la paroi du four , le rcleur se trouvera entrainé vers l'intérieur et enlèvera la matière ayant adhéré avec le minimum de friction, correspondant à l'action de labourrage néces- saire dans ce but ; la matière n'a pas le temps de se durcir sur la paroi, ce frottement-est évidemment né- gligeable.
Les vibrations et par suite le'léger balancement des maillons râcleurs facilitent le fonctionnement, sans que la surface chauffante ou les râcleurs soient soumis à l'usure exagérée et aux détériorations que l'on cons- tate généralement dans l'emploi de dispositifs râcleurs.
La caractéristique distinctive du dispositif est donc de fonctionner normalement sans frottement, ses parties étant normalement hors de contact avec la surface chauf- fante et la masse en traitement. Normalement, ce dispo- sitif ne gêne pas l'agglomération ou formation de boules, mais si des blocs de dimensions excessives se formaient par suite d'une erreur dans la composition du mélange, ils seraient rompus avant d'avoir eu le temps de se coké- fier complètement (c'est-à-dire alors qu'ils ne sont pas encore très durs) et se transformeraient d'eux-mêmes en sphéroïdes de plus petites dimensions.
Dans ce but, on prévoit sur les râcleurs des saillies équilibrées 43b, a- gissant comme des ringards, et disposées de façon à être normalement hors de contact avec la charge, mais à ren- contrer et à rompre tout bloc ou morceau qui pourrait faire saillie au-dessus du niveau normal de la charge, lorsque celle-ci retombe en roulant. Tout bloc notable- ment plus gros que ceux qui l'avoisinent, a toujours ten- dance à venir à la surface d'une masse en agitation.
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Le câble-support reçoit suffisamment de mou initialement pour réduire les efforts, la dimension des maillons râcleurs étant graduée convenablement pour assurer l'alignement ou le parallélisme des faces râclantes.
On obtient une indication claire de la température de l'élément interne en montant à la périphérie de l'enveloppe un anneau fendu en acier 45, de section en "T", relié librement à l'élément interne du four à l'aide de tiges radiales 46 (voir fig. 9), traversant librement des trous pratiqués dans l'enveloppe extérieure et s'appuyant sur la face extérieure de l'élément interne. Les extrémités des tiges portent de petits galets 47, assurant une liaison sans frottement avec l'anneau. Lorsque l'élément interne est froid, les extrémités de l'anneau 45 peuvent Jouter l'une contre l'autre. Une augmentation de température de l'élément interne provoque une dilatation correspondante et par suite un mouvement radial des tiges vers l'extérieur.
Si l'une des extrémités de l'anneau est fixée à l'une des tiges et si une graduation plus ou moins grossière est disposée entre les deux extrémités de l'anneau, comme représenté par exemple en 48, on peut lire facilement la température, car étant donné le grand développement du cercle, la dilatation est appréciable. On réalise ainsi à peu de frais un pyromètre sûr et de construction robuste. Au dessin, on a représenté un pyromètre de ce genre à chaque extrémité du four.
Les températures dans la chambre de chauffage du four peuvent être maintenues à un niveau déterminé de la façon suivante: Entre le foyer et le conduit flottant à travers lequel- le gaz de chauffage passe dans le four, on
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prévoit une chambre de mélange dans laquelle on introduit les gaz brûlés relativement froids qui sortent de l'espace annulaire entre l'élément interne du four et l'enveloppe, de façon à diluer les gaz enflammés. Un thermostat d'un type normal est placé entre la chambre de mélange et ledit conduit, le rôle de ce thermostat étant de régler l'entrée d'air et de gaz combustible dans le foyer de façon à maintenir les gaz de chauffage sortant de la chambre de mélange à la température voulue, indépendamment de la quantité de gaz froid qu'on y introduit.
Un thermostat analogue est disposé en un endroit convenable du conduit par lequel les gaz de chauffage sont extraits de la chambre de chauffage du four, le rôle de ce thermostat étant de régler la quantité de gaz froid que l'on fait circuler à travers l'espace annulaire entre l'élément interne et l'enveloppe, lequel gaz est utilisé comme expliqué cidessus pour diluer les gaz enflammés sortant du foyer.
Par l'action combinée de ces deux thermostats, il est possible de maintenir automatiquement à une valeur déterminée la température dans chaque partie du four, les pyromètres permettant de faciliter le réglage initial des thermostats.
La charge est introduite par gravité à travers la goulotte 15, sous forme d'un mélange de charbon de poudre de coke et d'huile lourde. A ce moment, le mélange n'est pas pâteux, mais il est dans un état qui ressemble à celui du sable humide. Il chemine le long du four par suite de l'effet de trommel ou agitation, il se réchauffe graduellement, se cokéfie et est évacué sous forme de masses sphéroïdes ou ovoides par la goulotte étanche 42, par la-
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quelle il tombe en roulant sur un transporteur 49, d'un type quelconque. Ce transporteur se déplace dans un tunnel étanche 50, qui communique librement avec le four par la goulotte d'évacuation du coke. L'air est éliminé du tun- nel par une introduction de gaz brûlés et de vapeur à la pression atmosphérique.
Le charbon brut à l'état divisé est déversé sur le transporteur en un point situé au-delà de celui où le transporteur reçoit le coke, de sorte que le charbon re- couvre le coke et se trouve ainsi réchauffé pendant qu'il chemine sur le transporteur, la majeure partie de la cha- leur sensible du coke étant ainsi récupérée.Comme l'air atmosphérique est éliminé du tunnel par suite de l'in- troduction de gaz brûlés et de vapeur,' le charbon ré- chauffé n'a pas tendance à s'oxyder.
En sortant du tunnel, le coke passe sur un tamis pour séparer le fraisil et le charbon réchauffé, et tous les sphéroïdes qui possèdent une dimension supérieure à un calibre déterminé passent sur un plateau équilibré, fonctionnant en conjugaison avec un système d'horloge, de façon à mettre de côté, en vue de la transporter dans le broyeur à coke, la proportion voulue du produit que l'on désire moudre pour former la poùdre de coke néces- saire pour le mélange.
Du bateau équilibré, le produit final passe à l'atmosphère, une petite partie des gaz brûlés et de la vapeur admise dans le tunnel et de la vapeur d'eau dégagée par le charbon pendant son réchauffage s'échappant à l'atmosphère en un point voisin de la sortie du coke. La ma- jeure partie des gaz brûlés et de la vapeur d'eau est évacuée du tunnel pour le transporteur en un point convena-
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ble de sa longueur, de sorte qu'ils ne peuvent pas retour- ner vers le four ; plus l'air ne peut pas être aspiré dans le tunnel par l'orifice par lequel le produit final sort à l'atmosphère.
Le coke admis au broyeur n'est pas froid, mais il est à la température qui convient le mieux pour son broya- ge, puisqu'il est encore relativement mou et facile à broyer. Le broyeur peut être d'un type quelconque courant, ne comportant pas d'autres parties mobiles que des boulets d'acier, non susceptibles de se détériorer. Le coke est introduit dans le broyeur et en est évacué d'une manière continue.
La poudre de coke provenant du broyeur et le char- bon à l'état divisé pénètrent dans un tambour mélangeur, dans lequel on introduit également des huilés lourdes chaudes provenant de l'opération elle-même. Tous les pro- duits étant chauds, le mélange se fait très bien et faci- lement. Le mélange passe du tambour mélangeur sur un trans- porteur qui le dirige vers la goulotte à l'entrée du four ledit transporteur étant renfermé dans un carter étanche.
La sortie des produits de distillation du four s'effectue à travers le conduit fixe à chaque extrémité du four, ces conduits étant maintenus chauds, pour éviter la condensation, à l'aide d'une double enveloppe dans laquelle circulent des gaz brûlés chauds. Les premiers produits de distillation du charbon, constitués principa- lement par de la vapeur d'eau et des oxydes de carbone, sont évacués par le conduit situé à l'extrémité de char- gement ; les fractions suivantes du distillat, contenant les huiles, sont évacuées par le conduit situé à l'extré-
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mité de sortie. En réglant la dépression dans chaque con- duit, la démarcation entre les deux fractions du distil- lat peut être déterminée à volonté.
On introduit à l'extrémité de sortie une petite quantité de gaz brûlés débarrassés de poussières. L'aspi- ration de l'échappement dans le tunnel de réchauffage qui communique librement avec l'intérieur du four est réglée de façon à équilibrer la dépression s'exerçant par le conduit servant à l'évacuation des dernières fractions du distillat, à l'extrémité de sortie du four; la petite quantité de gaz brûlés introduits en ce point est ainsi maintenue en équilibre et forme un écran de gaz propre, entre les produits de distillation d'une part et les gaz brûlés et la vapeur d'eau dans le tunnel, d'autre part.
A l'extrémité de sortie, le gaz de chauffage est amené dans le four à la pression voulue à l'aide d'un conduit flottant non rotatif à labyrinthe du type déjà décrit et dont la construction et la disposition sont re- présentées au dessin. Les gaz brûlés sont évacués de la chambre de chauffage par le conduit à labyrinthe repré- senté à l'extrémité de chargement. Ce conduit porte aussi le conduit servant à introduire les gaz brûlés froids passant entre l'enveloppe et l'élément interne du four pour éviter les pertes par rayonnement.
La souplesse de fonctionnement du système suivant l'invention est telle que, sans aucune modification du four, il peut s'appliquer au traitement de tous char- bons bitumineux, cokéfiables ou non, ainsi que des schis- tes huileux, de la tourbe ou autres matières carbonàcées fournissant des produits huileux sans aucune exception.
.Il est possible en effet de modifier à volonté chaque
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facteur intervenant dans l'opéraiton (composition du mélange, quantité de chaleur fournie, quantité de chaleur évacuée par les gaz brûlés., répartition de la chaleur le long du four, vitesse de rotation du four - et par suite vitesse de cheminement de la matière en traitement le long de celui-ci, - zone de démarcation entre les vapeurs de distillation évacuées à chaque extrémité du four, température à laquelle la matière est chauffée), pour correspondre aux conditions de traitement nécessaire, avec une matière particulière quelconque, en tenant compte de la nature ou de la qualité des produits voulus.
Il est évident que le four représenté au dessin n'a été donné qu'à titre d'exemple. Par exemple, il peut être chauffé à l'aide de gaz provenant d'un foyer porté par la partie rotative ou par une tête fixe, au lieu que les gaz de chauffage proviennent d'un foyer séparé, comme dans l'exemple représenté.- De plus, la.construction des parties rotatives et des têtes fixes peut être modifiée à volonté, ainsi que les dispositifs qui les relient.
On peut utiliser différents procédés pour fixer et disposer les éléments intérieur et extérieur pour permettre un mouvement relatif, et des modifications peuvent être apportées à la façon d'employer l'agent ou les gaz de chauffage et/ou d'introduire le réfrigérant ou agent calorifuge, qui dans certains cas peut être de l'air, utilisable pour la combustion. On comprend que l'appareil incorpore diverses caractéristiques susceptibles d'être utilisées séparément dans différentes catégories de cornues ou fours, et bien qu'elles conviennent spécialement à l'application du procédé décrit, elles peuvent être utilisées dans d'autres procédés, pour le traitement à chaud de divers matériaux.
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Improvements in the carbonization or low temperature distillation of carbonaceous materials, and apparatus which can be used for the application of this process.
The invention relates to the treatment or carbonization of carbonaceous materials and refers more particularly, but not exclusively, to low-temperature carbonization processes, in which stirring of the charge or material being treated, for example by a rotation of the retort or furnace containing the load, or by other similar means or devices.
The main aim of the process according to the invention is to improve the qualities of coal or bituminous coal or other carbonaceous materials) as
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solid fuel, by refining them to rid them of harmful or smoke-producing constituents and by improving their physical qualities. This process can therefore be considered as a process for refining coal with a view to obtaining the desired result, this refining of the coal being carried out with the minimum of carbonization.
Another advantage of this process is that the gas-producing constituents which give coal its flaming qualities are retained, while the smoke-producing constituents, which are removed during processing, are recoverable in the form of valuable oils. . The invention also aims to provide an improved apparatus or retort or rotary kiln, especially but not exclusively intended for the application of said method, this apparatus or retort incorporating various new and important characteristics, some of which, if not all, are liable to be used. generally applied to various types of apparatus used in the heat treatment of materials.
The invention therefore relates firstly to a process for the manufacture of smokeless fuels, such as refined coal, from coal or other carbonaceous material in a retort or rotary apparatus, in which the feed or material being processed forms itself pieces or blocks as a result of the rotation or any other type of agitation, this process being remarkable in particular by the addition or the mixture with the charge or with the material, before introduction into the retort or when ' it is in the retort, of a non-coking substance, such as coke or semi-coke, ground to such fineness or under conditions such that its bulk density coincides, or pressure
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that, with its absorbed density, in order to increase the density of the fuel obtained.
For this purpose, the coke or semicoke can be reduced, by grinding or otherwise, to a state such as to remove its porosity or destroy its cell structure, and the finely pulverized and divided coke is mixed with the material. carbonaceous, which can be crushed coal. The coke or semi-coke ground or treated as said above can be that obtained by the process itself, following the treatment of the charge. The degree of grinding or grinding of the non-coking material, i.e. coke or semi-coke, is such that after having been so treated, this material passes through the N 60 sieve (standard scale ), the porosity being removed when this degree of division is reached.
The ground or pulverized material as said above is mixed with charcoal or the like, and to this mixture it is possible to add, either before introducing it into the retort, or when it is in the retort, an agglutinating or binding substance which may be the tarry fractions of the oil, or the residual oil from the process itself. The addition of the agglutinating or binding substance is an important feature of the invention and can be applied to all processes in which agitation of the feed is produced, since it prevents or reduces the raising of dust, so that the Distillates obtained by this process do not contain dust.
For carrying out the method, it is preferable to employ an externally heated retort, and such a construction and apparatus has been described below. More precisely, the process according to the invention
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tion consists in heating, for example to a temperature of 450 C., by external heating in a rotary retort, a mixture of crushed coal or the like and of a non-coking substance, such as coke or semicoke, so ground. in destroying its porosity or its cellular structure, preferably with the addition of tarry fractions of the oil obtained during the process.
The mixture can be introduced at one end of the rotary retort, heated externally, for example to a temperature of 450 C. as mentioned above, or else one can in certain cases use a rotary retort of the chimney type (louvre type) the material passing through the retort and being discharged at the other end in the form of coke or refined carbon, the introduction, the passage and the unloading preferably taking place in a continuous manner under the effect of gravity.
When the temperature is reached at which coking begins, the agitation or trommel effect which occurs as a result of the rotation of the retort tends to transform the charge into blocks or pieces of spheroidal or oval shape, the treatment then ceasing in order to to avoid excessive charring; the size of these blocks depends mainly on the agglutinating qualities of the mixture, which can be regulated by acting on the proportion of coke or semi-coke and of tarry fractions of the oil used in the mixture.
An important characteristic of the process according to the invention resides in that the non-agglutinating substance, that is to say the coke or the semi-coke, which can be constituted by coke fines or freshly obtained from the operation
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above, and which is ground enough to remove porosity, transforms a product, which would ordinarily be relatively light, into a product of much higher density; It is therefore understood that this characteristic distinguishes the present process or known systems in which a foreign substance, such as anthracite, was used for this purpose. As indicated above, another important characteristic of the invention resides in the addition to the mixture of an additional binder, consisting of heavy oils obtained during the process itself.
Therefore, while on the one hand the agglutinating property of the filler is reduced due to the incorporation of a dense non-agglutinating substance, on the other hand an additional binder is added in order to allow the incorporation of a. percentage of dense substance greater than the normal clumping properties of charcoal would allow. As a result, a fuel is finally obtained having a bulk density greater than that which could have been obtained otherwise, and since the non-caking substance as well as the agglutinating substance added to the mixture have the effect of significantly increasing the conductivity. thermal load, the throughput of the furnace is considerably increased.
As said above, the addition to the mixture of heavy residues or tarry oil fractions has this further advantage of preventing the formation or lifting of dust in the retort, which eliminates the cause of one of the main difficulties. produced by agitation in the hot treatment by the usual methods, namely pollution of the distillates by dust.
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Since in this process a large percentage (usually about 30%) of the coke is ground and used in the mixture, it can be allowed to form without inconvenience. deny in the retort a significant proportion of strawberry. In the processes in which a foreign substance is added to the mixture in order to increase the density of the final product, it has already been proposed to pass unground strawberries through the oven; but this has the effect of reducing the proportion of dense foreign matter liable to be added since the clumping qualities of the charcoal are reduced by the incorporation of strawberry.
Since the percentage of strawberry resulting from the agitation or trommel effect is generally high, the effect of its reintroduction into the retort, without prior grinding, is necessarily to reduce the percentage of dense foreign matter corresponding to the clumping qualities of the charcoal. , to the point of making negligible the increase in bulk density of the final product. Consequently, when the process object of the present invention is not used, that is to say the removal of the pores of the coke or semi-coke by grinding, the formation of milling, inherent in the agitation process. or the trommel effect is a serious drawback.
Since it is necessary to use for the intended purpose a high percentage of coke powder, it is obviously as easy to obtain this powder by grinding a mill as by grinding pieces of coke, as it would be necessary to do. if the process did not provide a burr. The strawberry added according to the present invention is in a state of division such that its bulk density
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coincides with its actual density, so that its addition to the mixture significantly increases the density thereof and therefore that of the final product. In addition, the addition of a high percentage of finely ground coke to the mixture significantly increases the thermal conductivity of the feed, and this conductivity is further increased by the introduction of tarry fractions of the residual oil.
As a result of the increase in the conductivity of the charge, the coke production of the furnace or retort is significantly greater than if part of this production were not passed through the retort.
The introduction of the residual oil, as indicated above, has the effect not only of improving the quality of the oil finally produced by removing dust from it, but also of slightly increasing the final yield of light oils, due to the fact that redistillation transforms part of the heavy fractions into lighter fractions by cracking, while the residual pitch or tar, a product of negligible if not zero value, is recovered and serves to increase the calorific value and the combustible or flaming qualities of the coke .
The process according to the invention is applicable to the treatment of coals absolutely unsuitable for the manufacture of coke, even when coking coal is not available for mixing therewith. This widens the field of application of the invention and allows in particular the treatment of all bituminous coals, whether they are clean or unsuitable for the manufacture of coke, which currently are burned on grids in the raw state.
We can get a coke
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of good quality from bituminous coals absolutely unsuitable for the manufacture of coke, by incorporating into the mixture (in addition to the tarry fractions of the residual oil) a certain percentage of ordinary tar, distilling at high temperature, in a slightly lower proportion than that used in the manufacture of briquettes. More than half of the tar thus added is recovered during the treatment, so that the expenditure corresponding to the use of tar is less than half that corresponding to the use of tar as a binder in the manufacture of tar. common briquettes.
The proportions of materials used to form the mixture or charge depend on the nature of the carbon and the agglutinating properties, but in some cases the following may be used: 20 to 30% coke powder, about 70% coal and 5. to about 10% of agglutinating material, the coke being crushed or divided as said above, and the coal being of a size such that it passes through a sieve from 1.6 to 3.2 m / m.
The apparatus shown in the accompanying drawing, which can be used for carrying out the method described above, as well as for any other method for the hot treatment of materials, comprises various new characteristics which can be used in different types of apparatus.
One feature of the apparatus is the improved construction of the rotating cylindrical retort, another is a tight seal device to prevent friction and close contact between stationary and rotating parts; another consists of the scrapers placed in the retort to maintain
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clean the inner wall and prevent harmful buildup of material on that wall.
In the attached drawing:
Fig. 1 is a longitudinal section of a retort according to one embodiment of the invention.
Figs. 2, 3, 4 and 5 are cross sections taken along lines 2-2, 3-3, 4-4 and 5-5 of fig. 1, respectively.
Figs. 6 to 9 are detail views.
The retort shown comprises three main parts, namely: the retort or cylindrical rotary furnace, generally designated by A, and two fixed blocks. or non-rotating heads B and C, respectively arranged in the mixture loading zone and in the fuel outlet zone. At the outlet end there is a stationary discharge device D, from which the final product or fuel is discharged as described in detail below; inside the retort is a series of scrapers E, described below.
With particular reference to the rotary retort A, the latter is mounted on rollers and is driven in any conventional manner. It comprises an outer casing 1 and an inner element, formed of two concentric drums, tubes or cylinders 2 and 5, interconnected or supported so as to be able to expand independently in the longitudinal direction and in the radial direction, without these movements are transmitted to the outer casing 1. The gap 4 between the inner and outer drums 2 and 3 constitutes the heating chamber, from which the heat is transferred.
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conduction to the treatment mixture contained in the chamber 5 limited by the inner drum 2.
The means employed to introduce the heating agent and to connect the ends of the rotary kiln to the fixed heads B and C will be described in more detail below.
In the example shown, the inner drum 2, which may be formed from a series of welded ferrules so as to form a continuous tube, is connected to the outer drum 3 by means of elastic or deformable members 6, available. tangentially between inner and outer rings to which they are attached, these rings being welded to the two drums 2 and 3. In this way, drums 2 and 3 can take relative movements in the radial direction as a result of temperature differences . The outer drum 3 is formed by a series of cylindrical ferrules welded to the outer rings of the members 6, and, to compensate for any longitudinal movement resulting from expansion or contraction, these ferrules are corrugated as indicated at 7.
Around each shell of the outer drum 3 is arranged a corrugated metal tube
8, limiting a heat-insulating compartment.
The outer ring of the parts 6 is provided with guides or grooves 9, in which the shoes 10 can slide, carried for example by plates 11, fixed to the outer casing 1, the latter being formed of a series. of ferrules interconnected by curved horns 12, between which said plates 11 are clamped by means of bolts which pass through them, as shown in figs. 3 and 7.
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Insulating compartments are also formed around the elements of the outer casing 1, fixing thereto plates 13, which delimit spaces containing a gas, for example air or any other insulator. The inner element, comprising the drums 2 and 3, thus constitutes the rotary kiln proper and the outer casing 1 constitutes the structure intended to give the apparatus solidity and rigidity. This structure is maintained at room temperature or at a relatively low temperature, as explained below, while the interior element is wedged or supported inside the casing without transmitting to it the heat of the furnace or the deformations. which result, and while remaining constantly concentric to the envelope.
The annular space 14 between the outer drum of the inner element and the casing 1 receives a refrigerant, for example cold burnt gases, which preferably circulate in this gap, these gases having the purpose of preventing the transmission of heat. between the outer drum 2 and the casing 1, which is therefore kept close to ambient temperature.
This cooling or heat-insulating agent passes around the slide and shoe devices 9 and 10 between the casing and the interior element. The cold burnt gases which are introduced at the cooler charging end of the furnace and are exhausted at the hotter other end, also serve to dilute the combustion gases from the hearth (which, although it is separated from the oven in the example shown, may however be part of it) before their introduction into the oven, in order to lower
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their temperature to the desired degree. Thus, the calories which may have been absorbed by the gases in the space 14 between the casing and the interior element eventually return to the heating chamber, so that they are not lost.
It can be seen from the foregoing that one of the characteristics of the furnace according to the invention is that its outer casing constitutes the main mechanical member, and is maintained at room temperature, so that it retains all its strength. The internal element comprising the two drums is the only part of the apparatus which is heated and it has no mechanical function; is simply the load that the outer shell is intended to support. The only forces to which the heated internal element is subjected are those which are due to its own weight and to that of the mixture being treated, and as the means provided to support this element are flexible, the weight is distributed over a large area, from so that the forces exerted on the heated parts are reduced to a negligible figure.
The result is a set of great robustness and great solidity, with relatively light elements. To appreciate the advantage of the device for keeping the outer casing of the furnace cold, it must be remembered that when the material being treated through the outer casing is heated, the construction material used has, at the temperatures considered, a low resistance to tension and deforms continuously advances or elongates under relatively small forces. The importance of the movement
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ment also increases very rapidly with temperature, for a given effort.
To keep the forces low, we resorted to an increase in the thickness of the casing, but the increase in thickness ipso facto leads to an increase in weight and consequently in the load, while the temperature difference between the two faces increases with the thickness, for a determined calorie transmission. In addition, when the heating takes place through the outer casing deterioration necessarily occurs sooner or later, because accidental overheating of the casing beyond the narrow limits between which the temperature must be maintained to ensure efficient transmission. of calories, without complete loss of rigidity, inevitably causes flexing of the drum.
Another advantage obtained by maintaining the envelope, that is to say the main frame, at atmospheric temperature or so, is that losses by radiation are avoided and as a result a considerable saving on the fuel is obtained. - tible consumed for the operation, which improves the heat balance.
As indicated above, there is a fixed head at each end of the rotary kiln, comprising the heated internal element and the cooled external casing forming a support. The fixed head B, at the loading end of the rotary kiln, has an inlet port 15, through which the charge or mixture is introduced into the laboratory 5 of the furnace, and it further comprises an outlet port 16, for the evacuation of the first distillates produced during the treatment of the charge.
This fixed head also serves to prevent the escape of vapors which disperse
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tillent and the penetration of air into the furnace; Heating gases are extracted through this head passing from the heating chamber 4 of the furnace proper into an annular chamber 17 from which they are discharged in any way. The cold burnt gases are introduced through this head by passing them into an annular chamber 18, from where they flow into the space 14 between the outer casing and the inner member, to decrease the heat transmission and prevent radiation losses.
Flexible joints are interposed in the pipes or conduits serving for the introduction of the mixture and for the evacuation of the distillation vapors, so that said fixed head is floating or free to move, as described below.
The other fixed head C, at the outlet end of the furnace, comprises an annular chamber 19, through which the gaseous heating agent is introduced, which passes through burners or an annular orifice in the heating chamber 4, between the inner drum and the outer drum of the inner member. This head also comprises an annular or other passage 20, in which the cold burnt gases are collected and from where they can be led to the hearth in order to dilute the ignited heating gases therein, as explained above.
An important feature of the apparatus consists in the device for making gas-tight joints between the large surfaces which are liable to deform and which move with respect to each other, in particular between the movable parts of the furnace and the fixed parts of heads B and C. In the arrangement presented, each fixed head is centered with respect to the oven using three rollers 21, carried
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by each fixed head and cooperating with a raceway 22, carried by a part of the rotary furnace fitting into said head.
The weight of each fixed head is balanced by connecting rods or supports 23, subjected to the action of springs, and which are capable of oscillating or of moving freely in all directions between the tabs or seats 24 of said fixed head and seats or bearing surfaces 25 on a fixed part or foundation 26. Said rollers 21 which cooperate with the raceway 22 do not act as a bearing, but simply serve to keep the fixed heads in a approximate alignment and in a suitable relative position, a large play thus existing to allow deformations without impairing proper operation.
Each of the fixed heads as well as the neighboring end of the rotary kiln carry interlocking plates or baffles forming a labyrinth, a set of such plates indicated at 27, being provided in a position close to the heating chamber, while another set 28 is arranged near the passage for the cold burnt gases. Other labyrinths are arranged at 29 and 30, the aim of these different labyrinths being to obtain gas-tightness, that is to say to prevent the escape of the products of the distillation or of the heating gases. or the penetration of air or the mixing of the distillates with the heating gas. At the low pressures prevalent in such an apparatus, a relatively small number of baffles suffice to seal the seal, and this construction avoids any contact between the relatively moving surfaces.
The fixed head B, at the entry end of the Tour, serves to prevent the escape of the va-
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fears which distil and the air penetration into the furnace, to evacuate the heating gases from the heating chamber and to introduce the cold bruised gases to prevent losses by radiation and the transmission of heat from the internal element to the 'envelope. The face of this fixed head cooperates with an Archimedean screw shown in FIG. 8, at the end of the extension of the drum 2, this screw serving to prevent material from escaping from the furnace and to prevent solids from reaching the grooves containing the centering rollers.
The flexible joints arranged in the conduits through which the mixture is introduced and through which the distillation vapors are discharged allow the fixed head to move freely on the spring connecting rods which balance its weight. It will be appreciated that the spring rods of each fixed head can oscillate in all directions, so that, despite the movements due to the expansions and contractions of the furnace and the possible path of the ends, the rollers can fulfill their role, which consists to keep the parts aligned, freely and practically without effort, so that the position of the various plates of the labyrinths with respect to each other is not changed.
The passage of heating gases and cold burnt gases between the fixed head C and the tubes or conduits fixed to the foundation or made in it is carried out using down pipes 431 and 32 (see fig. 4). ., plunging into hydraulic joints 33 and 34, surrounding the inlet and outlet pipes 35 and 36, the grooves containing the liquid being deep enough and wide enough
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to allow free movement. At the other end is provided a similar arrangement, comprising descending conduits 37, immersed in a hydraulic seal 38, surrounding the outlet conduit 39 for the heating gases.
The supply of cold burnt gases into the chamber 18 of the fixed head B can be carried out using flexible pipes 40, as shown in FIG. 2, but one could, if desired, use a water seal around the inlet pipe.
The head C serves to introduce the heating gases coming from the hearth and to evacuate the cold burnt gases as well as to prevent the escape of the distillation vapors and the penetration of air into the furnace. This head is arranged relative to the end of the furnace in the manner already described, and it is connected to the unloading device D by means of a flexible ring 41, consisting of layers of gauze and of metal sheets, of so as to allow free float; this device is attached to the coke outlet tube 42 (see FIG. 5), as well as the outlet 42a for the last fractions of the distillate. An Archimedean screw can be fitted at this end of the furnace, to prevent solids from entering the groove where the centering rollers are located.
By virtue of the arrangement described above, the escape of the distillation vapors is prevented, while the air cannot in any case enter the furnace, since the burnt gases are interposed everywhere between the furnace laboratory and the atmosphere; if therefore an accidental depression occurs in the furnace, only the burnt gases will be able to enter it. These tight and frictionless joints between large surfaces with relative displacement,
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susceptible to deformation overcomes one of the main mechanical difficulties encountered in rotary kilns.
In some cases, a gaseous agent can be introduced between the non-contacting fixed and rotating faces, to form a seal preventing the mixing of gases or the escape or the penetration of gas and air, with or without the use of baffles. labyrinth on the fixed and rotating parts. Instead of the seals described above, or in addition to these, one or more cowls may be provided surrounding the whole of the apparatus or the ends thereof, and containing a gas forming a seal, preventing the exhaust, penetration or mixture of gases.
Although, in the process described above, the treated mixture is of a composition such that it does not adhere to the wall of the inner drum of the oven, it nevertheless has sufficient agglutinating qualities to form on its own, on reaching the temperature where coking begins, spheroid or ovoid blocks whose average size is determined in advance by proportioning the various constituents of the mixture. However, accidental errors must be taken into account, since accidental adhesion of the load to the walls of the furnace, or the formation of blocks of excessive dimensions, would reduce the efficiency and stop the operation of the appliance.
The device provided for making such accidents impossible comprises a chain or a series of scrapers, carried by or suspended from a steel cable, this device being generally indicated by E in FIG. 1 and
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the scrapers being designated by 43 and the cable by 44. The latter is fixed at its ends 44a to the foundation or fixed part and it passes through the frame of the discharge head D as well as the end wall of the loading head B, through flexible sleeves 44b, so as to maintain the seal, elastic members preferably being provided at the anchoring point located at the loading end, to compensate for the expansions and contractions of the cable. This therefore extends over the entire length of the oven.
The chain or series of scraper links supported by the cable is established so that the scraper faces 43a are maintained in the correct position with respect to the heating face or wall of the interior drum 2 of the oven, simply by gravity. In this way, the heating face is kept clean and free of any material which might adhere to it, as the scrapers remove this material during the rotation of the furnace.
The position of the cable and the shape of the scrapers are such that the cable supports all the weight of the links which are suspended from it. The cable anchoring points are arranged so that they can be moved closer to or away from the inner drum 2, so that if the suspended scrapers can be kept in perfect balance, out of contact with the drum, it is also possible, in moving the cable anchor points towards the drum, bring these scrapers into contact with the wall of the furnace with very low pressure. The degree of friction between the scrapers and the heated surface can therefore be adjusted in this way.
In fact, it suffices that the friction is very low, because the scrapers, whose scraping faces are in the form of plowshares, can be placed so as to be suspended, out of contact with the heating surface, because
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if any material adheres to the wall of the furnace, the scraper will be drawn inwards and will remove the material having adhered with the minimum of friction, corresponding to the plowing action necessary for this purpose; the material does not have time to harden on the wall, this friction is obviously negligible.
The vibrations and consequently the slight swaying of the scraping links facilitate operation, without the heating surface or the scrapers being subjected to the excessive wear and deterioration which is generally observed in the use of scraping devices.
The distinguishing feature of the device is therefore to operate normally without friction, its parts normally being out of contact with the heating surface and the mass being treated. Normally this device does not interfere with agglomeration or balling, but if excessively sized blocks were to form as a result of an error in the composition of the mixture, they would be broken up before they had time to set. coking completely (ie when they are not yet very hard) and would transform themselves into smaller spheroids.
For this purpose, balanced projections 43b are provided on the scrapers, acting like cores, and arranged so as to be normally out of contact with the load, but to meet and break any block or piece which could cause protrusion above the normal level of the load, when the load falls while driving. Any block noticeably larger than its neighboring ones always tends to come to the surface of a stirred mass.
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The support cable receives sufficient slack initially to reduce the forces, the dimension of the scraping links being suitably graduated to ensure the alignment or parallelism of the scraping faces.
A clear indication of the temperature of the internal element is obtained by mounting at the periphery of the casing a split steel ring 45, of "T" section, freely connected to the internal element of the furnace using radial rods 46 (see FIG. 9), freely passing through holes made in the outer casing and resting on the outer face of the inner element. The ends of the rods carry small rollers 47, ensuring a frictionless connection with the ring. When the internal element is cold, the ends of the ring 45 can joust against each other. An increase in temperature of the internal element causes a corresponding expansion and consequently a radial movement of the rods outward.
If one of the ends of the ring is attached to one of the rods and if a more or less coarse graduation is placed between the two ends of the ring, as shown for example at 48, the temperature can easily be read. , because given the large development of the circle, the expansion is appreciable. A safe and robustly constructed pyrometer is thus inexpensively produced. In the drawing, there is shown a pyrometer of this type at each end of the oven.
The temperatures in the heating chamber of the furnace can be maintained at a level determined as follows: Between the hearth and the floating duct through which the heating gas passes into the furnace, one
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provides a mixing chamber into which are introduced the relatively cold burnt gases which exit from the annular space between the internal element of the furnace and the casing, so as to dilute the ignited gases. A thermostat of a normal type is placed between the mixing chamber and said duct, the role of this thermostat being to regulate the entry of air and combustible gas into the hearth so as to maintain the heating gases leaving the combustion chamber. mixing chamber at the desired temperature, regardless of the quantity of cold gas introduced into it.
A similar thermostat is arranged at a suitable place in the duct through which the heating gases are extracted from the heating chamber of the furnace, the role of this thermostat being to regulate the quantity of cold gas which is circulated through the annular space between the internal element and the casing, which gas is used as explained above to dilute the ignited gases leaving the hearth.
By the combined action of these two thermostats, it is possible to automatically maintain the temperature in each part of the oven at a determined value, the pyrometers making it possible to facilitate the initial setting of the thermostats.
The charge is introduced by gravity through the chute 15, in the form of a mixture of coal, coke powder and heavy oil. At this point, the mixture is not pasty, but it is in a state which resembles that of wet sand. It travels along the length of the furnace as a result of the trommel or agitation effect, it heats up gradually, cokes up and is discharged in the form of spheroid or ovoid masses through the sealed chute 42, through the-
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which it falls while rolling on a transporter 49, of any type. This conveyor moves in a sealed tunnel 50, which communicates freely with the furnace via the coke discharge chute. The air is removed from the tunnel by the introduction of flue gases and steam at atmospheric pressure.
The raw coal in the divided state is dumped onto the conveyor at a point beyond where the conveyor receives the coke, so that the coal covers the coke and is thus reheated as it travels over the conveyor. the conveyor, most of the sensible heat of the coke being thus recovered. As the atmospheric air is removed from the tunnel by the introduction of flue gases and steam, 'the heated coal does not' does not tend to oxidize.
On leaving the tunnel, the coke passes through a sieve to separate the mill and the heated coal, and all the spheroids which have a dimension greater than a determined caliber pass over a balanced plate, functioning in conjunction with a clock system, so as to set aside for transport to the coke mill the desired proportion of the product which is desired to be ground to form the coke powder necessary for mixing.
From the balanced boat, the final product passes to the atmosphere, a small part of the burnt gases and the steam admitted into the tunnel and the water vapor given off by the coal during its reheating escaping to the atmosphere in a point near the coke outlet. Most of the flue gas and water vapor is discharged from the tunnel to the conveyor at a convenient point.
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ble of its length, so that they cannot return to the oven; more air cannot be drawn into the tunnel through the orifice through which the final product exits to the atmosphere.
The coke admitted to the mill is not cold, but is at the most suitable temperature for its grinding, since it is still relatively soft and easy to grind. The crusher can be of any common type, not comprising other moving parts than steel balls, which are not liable to deteriorate. The coke is introduced into the mill and discharged there in a continuous manner.
The coke powder from the mill and the coal in the divided state enter a mixing drum, into which hot heavy oils from the operation itself are also introduced. All the products being hot, the mixing goes very well and easily. The mixture passes from the mixing drum onto a conveyor which directs it towards the chute at the entrance of the furnace, said conveyor being enclosed in a sealed casing.
The output of the distillation products from the furnace is effected through the fixed duct at each end of the furnace, these ducts being kept hot, to avoid condensation, by means of a double jacket in which hot burnt gases circulate. The first charcoal distillation products, consisting mainly of water vapor and carbon oxides, are discharged through the conduit located at the loading end; the following fractions of the distillate, containing the oils, are discharged through the pipe located at the end
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exit moth. By adjusting the vacuum in each line, the demarcation between the two distillate fractions can be determined at will.
A small quantity of flue gas freed from dust is introduced at the outlet end. The aspiration of the exhaust in the reheating tunnel which communicates freely with the interior of the furnace is adjusted so as to balance the negative pressure exerted by the duct serving for the evacuation of the last fractions of the distillate, to the the outlet end of the oven; the small quantity of burnt gas introduced at this point is thus kept in equilibrium and forms a clean gas screen, between the distillation products on the one hand and the burnt gases and water vapor in the tunnel, on the other hand .
At the outlet end, the heating gas is fed into the furnace at the desired pressure by means of a non-rotating labyrinth floating duct of the type already described, the construction and arrangement of which are shown in the drawing. . The burnt gases are discharged from the heating chamber through the labyrinth duct shown at the loading end. This duct also carries the duct serving to introduce the cold burnt gases passing between the casing and the internal element of the furnace to avoid losses by radiation.
The flexibility of operation of the system according to the invention is such that, without any modification of the furnace, it can be applied to the treatment of all bituminous coal, coking or not, as well as oily shales, peat or other carbonaceous materials providing oily products without any exception.
.It is indeed possible to modify at will each
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factor involved in the operation (composition of the mixture, quantity of heat supplied, quantity of heat evacuated by the burnt gases, distribution of the heat along the furnace, speed of rotation of the furnace - and consequently speed of flow of the material in treatment along this, - demarcation zone between the distillation vapors discharged at each end of the furnace, temperature to which the material is heated), to correspond to the necessary treatment conditions, with any particular material, taking into account take into account the nature or quality of the desired products.
It is obvious that the oven shown in the drawing was given only by way of example. For example, it can be heated using gas coming from a hearth carried by the rotating part or by a fixed head, instead of the heating gases coming from a separate hearth, as in the example shown. - In addition, the construction of rotating parts and fixed heads can be changed at will, as well as the devices that connect them.
Different methods can be used to secure and arrange the interior and exterior members to allow relative movement, and modifications may be made in the way in which the heating agent or gases are used and / or the refrigerant or agent is introduced. heat insulating material, which in some cases can be air, usable for combustion. It is understood that the apparatus incorporates various features which can be used separately in different categories of retorts or furnaces, and although they are especially suitable for the application of the described method, they can be used in other methods, for the preparation. heat treatment of various materials.