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BREVET D'INVENTION PROCEDE ET APPAREIL POUR LE.TRAITEMENT DE MATIERES CARBONEES, ET PROCEDE DE FORMATION DE CHARGES POUR CE TRAITEMENT.
La présente invention est relative à un procédé de forma- tion préalable de charges de matières carbonées, et à un procédé et des appareils pour chauffer ces charges à des températures et dans des conditions telles qu'elles donnent la plus grande quantité' possible de substances ou matières précieuses, telles que des pro- duits de condensation, des résidus importants composés de carbone et certains gaz et cela dans des conditions de rendement thermique maximum et avec des dépenses minimum d'exploitation.
Par matières carbonées on entend, les substances telles que houille, lignite, bois, schistes bitumineux, brai de goudron de houille, coke de pétrole, coke de brai, et toute autre matière qui, lorsqu'elle est chauffée, donne certaines des substances ou corps qui viennent d'être indiqués.
Par produits de condensation on.entend toutes les matières volatiles pouvant être condensées et résultant de la distillation des matières mentionnées ci-dessus.
Par gaz on entend les substances qui ne se liquéfient pas
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dans les conditions normales.
En suivant l'historique de l'industrie de la carbonisation de la houille depuis le premier four à ruche jusqu'aux fours verti- caux actuels à grand rendement et aux fours donnant des sous-produits, on voit- qu'une tendance s'est manifestée en vue d'obtenir une surfa- ce de chauffe plus grande par unité de charge.
Actuellement, les parois des fours donnant des sous-pro- duits et ayant une capacité de 15 tonnes, ont une longueur d'environ 11m.50 et une hauteur de 3m.60, un espace de cinquante centimètres étant réservé entre les parois.
Le four à ruche de capacté égale avait un diamètre d'envi- ron 3m. 60 et d'environ 3 mètres à la voute.
Ainsi, on a obtenu une surface de chauffe plus grande aux dépens d'une augmentation de la dimension de l'équipement.
Plus récemment, les constructeurs ont essayé d'obtenir de grandes surfaces de chauffe avec des appareils de dimensions plus faibles en ayant recours à l'emploi de fours rotatifs, du chauffage interne, etc...
Un grand inconvénient du chauffage interne consiste en ce fait que ce chauffage ne permet pas de chauffer uniformément, avec certitude, la masse entière de la charge.
Ce chauffage non uniforme est provoqué par la loi commune d'écoulement par les voies ou chemins de moindre résistance, de sor- te que les parties les plus poreuses de la charge se trouvent sur- chauffées, tandis que les parties moins poreuses de la charge ne sont, pratiquement, pas traitées.
Ceci est particulièrement vrai lorsqu'on transforme en coke une masse de houille.
Dans les gazogènes, la porosité de la masse de houille en cours de transformation en coke est obtenue à l'aide de ringards mé- caniques, grilles mobiles, etc...
Dans les cornues de carbonisation de la houille dans les- quelles le coke est un des produits, ce mouvement mécanique ne se- ra pas satisfaisant par suite du vent produit.
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Une caractéristique subsidiaire de ce procédé consiste à obtenir un chauffage uniforme de la masse entière et cela sans dé- ranger la charge.
Ce résultat est obtenu en formant dans la masse des canaux prédéterminés produits par une matière qui est inerte à la tempéra- ture employée et à travers lesquels les vapeurs ou gaz sont attirés les canaux formés dans la masse assurant une grande surface de con- tact pour ces vapeurs ou gaz et une répartition uniforme de ceux-ci dans toutes la masse.
Cette disposition permet d'utiliser une cornue de dimen- sions relativement faibles et de réaliser le procédé d'une manière continue, ou d'une manière intermittente, ou par fournées.
L'invention, à la fois en ce qui concerne le mode de for- mation des canaux ou conduits à travers lesquels l'agent de chauffa- ge est attiré, et au point de vue des appareils pour réaliser le pro- ' cédé de traitement de la matière carbonée, peut xxxxx faire l'objet de modifications sensibles.
Plusieurs formes d'appareil pour réaliser le procédé, ainsi que différents moyens pour former les canaux ou conduits qui traver- sent la masse à traiter, sont ,représentés dans le dessin annexé, dans lequel :
La figure 1 est une vue en coupe verticale d'une cornue et d'éléments accessoires, cornue dans laquelle des tiges fixées à demeure sont utilisées pour maintenir des canaux ou conduits à tra- vers la chargé.
La figure 2 est une vue en coupe verticale, à plus grande échelle, de la partie supérieure de la cornue, montrant les vannes employées pour fermer l'extrémité supérieure de la cornue.
Dans la disposition montrée dans ces figures un traitement par fournées est effectué, et les tiges constituent des éléments permanents de l'appareil.
Lorsqu'un traitement continu doit être effectué, les canaux ou conduits seront formés par d'autres moyens, décrits plus loin, et la charge avec les conduits ou canaux qu'elle renferme sera introdui- te dans une cornue, les charges préalablement formées étant successi-
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@ vement présentées.
La figure 3 est une vue en coupe longitudinale verticale d'une disposition à deux cornues, dans laquelle les charges préala- blement formées sont amenées sous la cornue et sont ensuite intro- duites de bas en haut dans cette dernière,
La fig. 4 est une vue en coupe transversale d'une des di- tes cornues, cette vue étant faite suivant la ligne IV-IV de la fig. 3.
La fig. 5 est une coupe horizontale faite suivant la ligne V-V de la fig. 4.
La fig. 6 est une vue en coupe faite suivant la ligne VI-VI de la fig. 3.
La fig. 7 est une vue perspective de la tête à racler uti- lisée pour enlever la couche supérieure, transformée en coke, de la charge, une dent étant représentée détachée de la tête.
La fige 8 est une vue en coupe verticale d'un des chariots dans lequel la charge est formée et destiné à être utilisé en combi- naison avec l'appareil représenté fig. 3 à 6 inclusivement, cette fi- gure montrant également le fond amovible du chariot, les tubes em- ployés pour former les canaux ou conduits et les éléments de fermetu- re des tubes, une partie de la figure, à droite et à gauche montrant la matière à transformer en coke et la matière µ former les conduits placée à l'intérieur des tubes.
La fig. 9 est une vue en coupe transversale montrant la charge dont la préparation est terminée, les tubes étant retirés.
La fig. 10 est une vue perspective des barreaux de support de la charge qui sont utilisés en combinaison avec le fond consti- tuant fausse grille pour les chariots employés pour introduire les charges dans l'appareil.
La fig. 11 est une vue perspective de ce fond constituant fausse grille.
La fig. 12 est une vue en bout de plusieurs des barreaux constituant fausse grille avec des barreaux de support intermédiai- res représentés en position par rapport aux premiers, les dits bar-
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reaux de support intermédiaires étant représentés en coupe transver- sale.
La fig. 13 est une vue montrant la formation des extrémi- tés antérieures des barreaux constituant une fausse grille et la fa- çon dont elles sont conformées.
La fig. 14 est une vue perspective montrant plusieurs des barreaux de grille et les barres de support.
La fig. 15 est une vue perspective partielle détaillée mon- trant le mode d'introduction dans le récipient de la matière à for- mer des conduits ou canaux, avant de remplir le fond de ce récipient à l'aide de la matière à transformer en coke..
La fig. 16 est une vue analogue des chapeaux destinés à fermer les extrémités supérieures des éléments tubulaires, avant de remplir le récipient à l'aide de la matière à traiter qui doit entou- rer les dits éléments tubulaires.
Comme indiqué ci-dessus, dans toutes les formes d'appareil plusieurs canaux ou conduits sont formés dans la charge, et, afin de maintenir ces donduits ouverts pendant toute la durée de l'opé- ration, ils sont obtenus en remplissant une cornue à l'aide de la matière à traiter et dans cette cornue s'étend une série de tiges ou barres :
fixes partant du fond de la cornue et s'élevant 'appro- ximativement jusqu'à la zône de carbonisation., cette forme de cons- truction étant représentée figs, 1 et 2,
Suivant une autre façon d'opérer, des tubes en carton ou en papier peuvent être placés dans une cornue ou dans la charge qui doit être .introduite dans cette dernière, et les dits tubes sont rem- plis d'une matière inerte à la température employée pour réaliser l'opération, cette matière étant peu tassée ou plus ou moins poreuse, de façon que les gaz et le produit de la distillation puissent la traverser librement.
Un autre mode de formation des charges consiste à placer la série de tubes dans un récipient en forme de bac, à remplir les tubes d'une matière inerte à la température employée, telle par exem- ple que du coke, si du charbon est la matière à traiter, à remplir de charbon l'espace existant autour des dits tubes, et à enlever a-
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lors ces tubes, laissant ainsi les conduits formés de coke qui s'é- tendent de la face supérieure à la face inférieure de la charge.
En réalité, l'utilisation de tous moyens permettant de for- mer les conduits nécessaires à travers la charge et de maintenir ces conduits pendant toute la durée de l'opération, rentre dans le cadre de la présente invention.
Lorsque la couche supérieure de la charge est transformée, elle est enlevée et la charge est soulevée pour amener la surface mi- se alors à découvert dans la partie supérieure de la cornue ou dans la chambre de transformation.
Ce mouvement ne dérange pas sensiblement la masse de la charge; par conséquent, les conduits sont maintenus formés pendant toute la durée de l'opération.
La construction représentée figs, 1 et 2 sera décrite en premier lieu. Dans ces figures, la cornue est représentée comme étant formée par une enveloppe extérieure 1 garnie d'un corps réfractaire 2, cette cornue étant montée sur une base ou soubassement approprié 3 qui, comme montré fig. 1 réserve une chambre 4 sous la cornue.
Dans la forme de construction représentée, la cornue a une forme rectangulaire, mais ceci n'est pas essentiel tant qu'elle pré- sente sur toute sa hauteur sensiblement la même section transversale.
A son extrémité supérieure, la cornue débouche dans une chambre 5 appelée ci-après "chambre de combustion ou de transforma- tion". La dite chambre a une longueur plus grande que la largeur de ia cornue et, sur un côté (fig.l) elle reçoit un organe de poussée 6 normalement séparé de l'espace existant juste au-dessus de la cornue par une vanne désignée dans son ensemble par le chiffre de référen- ce 7.
Cette vanne (voir fig. 2) est montée de façon à pouvoir al- ler et venir dans une enveloppe 8, dont la partie inférieure, qui se trouve à l'intérieur de la chambre 5, est établie de manière à cons- tituer deux sièges opposés 9 et 10. La vanne, comme représenté fig.2 est faite en deux parties constituées par des plaques 11 et 12 re- liées à pivot, à leurs extrémités supérieures, à une tige de piston 13.
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Un piston 14, se déplaçant dans un cylindre hydraulique 15, commande le soulèvement et l'abaissement de la vanne. Des tuyaux 16 et 17 assurent l'arrivée de fluide dans le cylindre.
La plaque 12 porte une garniture réfractaire 18, et la plaque 11 est entaillée de façon que cette garniture réfractaire s' étende à travers la vanne et protège toutes les parties métalliques contre la chaleur régnant dans la chambre de combustion.
Lorsque la vanne est abaissée, la partie inférieure des plaques 11 et 12 vient en contact avec un élément en forme de coin 19 qui éoarte les dites plaques l'une de l'autre, fermant ainsi her- métiquement la chambre dans laquelle est monté l'organe de poussée 6.
Une ouverture de nettoyage 29 sera de préférence ménagée au- dessous de l'élément 19, afin que les matières étrangères puissent être enlevées de l'enveloppe de la vanne.
Une vanne analogue est prévue sur le coté droit de la par- tie supérieure de la cornue, et, étant donné que les organes et le fonctionnement sont les mêmes que ceux de la vanne et de son méoanis- me qui viennent d'être décrits, ils sont désignés par les mêmes nom- bres de référence auxquels on a ajouté la lettre "a" en exposant.
Cette vanne de droite ferme la partie de droite de la cham- bre 5 à l'endroit où elle débouche dans la partie supérieure d'une chambre 21 utilisée pour recevoir le produit fini retiré de la par-. tie supérieure de la charge.
L'organe de poussée 6 peut être actionné de toute manière convenable, par exemple par une tige de piston 22 actionnée elle-même par un cylindre hydraulique 23.
Dans la paroi supérieure de la chambre 5, au-dessus de la cornue proprement dite, il est prévu un trou d'homme 24, normalement fermé, pendant le fonctionnement de la cornue, par un couvercle 25,
Au-dessus de ce trou d'homme est disposée une trémie 26 dans laquelle est amenée la matière à traiter,
La partie inférieure, de la trémie comporte une vanne 28, de type approprié, qui sera naturellement fermée lorsque la cornue est chargée au degré voulu, après quoi le couvercle 25 sera remis en place.
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La chambre 21, recevant le produit fini, présente égale- ment un trou d'homme 29 normalement fermé par un couvercle 30. A son extrémité inférieure, elle comporte une vanne d'évacuation 31. l'intérieur de la chambre 4, au-dessous de la cornue, est monté une sorte de bac s'étendant transversalement, comprenant de préférence une partie inclinée 32 et une partie horizontale 33, et formant au-dessus de ces parties un espace 34 dans lequel sont attirés les gaz résultant de l'opération.
Un conduit 35 d'évacuation des gaz débouche dans la par- tie supérieure de cet espace 3-4, ce conduit 35 étant relié à une source d'aspiration appropriée (non représentée). Un conduit d' évacuation 37 pour le goudron ou autres liquides produits, débouche dans la partie inférieure de l'espace 34.
Un faux fond ou élévateur 38 est monté de façon à pou- voir aller et venir à l'intérieur de la cornue. Cet élévateur est monté et fixé sur l'extrémité supérieure d'une tige de piston 39 qui dans un cylindre hydraulique 30, auquel aboutissent des conduits appropriés pour imprimer le mouvewent alternatif né- cessaire à ce faux fond ou élévateur 38.
Des tiges 41 sont portées par les parties 32 et 33 du bac et traversent des ouvertures formées dans le faux fond 38, ces tiges s'étendant vers le haut à l'intérieur de la cornue jusqu'en un'point voisin de l'extrémité supérieure de cette derniè re ;
Les dites tiges 41, dans la mise en oeuvre du procédé, tendent à former des canaux ou conduits à travers la matière, con- duits à travers lesquels sont attirés les vapeurs et les gaz déga- gés qui les parcourent de haut en bas.
Dans la zone de carbonisation, les conduits f oxxaés par les tiges restent formés dans le charbon plastique et subsistent jusqu'à la surface de la charge, comme montré en 60 dans la fig.l.
Ainsi qu'on le comprendra, les tiges 41 restent dans une position fixe, étant toujours supportées par le bac disposé à l'intérieur de la chambre 4. Lorsque le faux fond ou élévateur
38 est abaissé, la matière est chargée dans la cornue et remplit cette dernière, et les tiges sont entourées par la dite matière.
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La chambre de combustion et de carbonisation 5 peut être chauffée de diverses manières. Elle peut être du type à chauffage intérieur utilisant du gaz, des huiles lourdes ou du combustible pulvérisé et pennettant que les flammes et les gaz chauds des brû- leurs 43 et 44 débouchent dans la chambre de carbonisation et de combustion 5 et agissent sur la couche supérieure de la matière qui y est contenue, la chauffant par contact avec les gaz de combustion chauds ainsi que par radiation.
Le chauffage réalisé de cette manière assure le rendement thennique le plus élevé.
Lorsqu'on désire obtenir un gaz non condensable de grande puissance calorifique au lieu d'une quantité plus importante de gaz de faible valeur calorifique, on peut, tout en restant dans le ca- dre de l'invention, utiliser la chaleur latente de vapeur surchauf- fée ou de gaz de gazogène surchauffé comme agent de chauffage.
Ces gaz chauffés agissent dans la cornue de la même maniè- re que les gaz de combustion chauds.
Lorsque l'appareil doit être mis en marche le faux fond 38 est soulevé jusqu'à sa position la plus élevée et une charge est introduite dans la cornue. Le faux fond 38 est graduellement abais- sé à mesure.que la charge est introduite et le dessus de la charge est toujours au même point, c'est à dire au niveau, ou sensiblement au niveau de l'organe de poussée 6.
Ce mode de chargement de la cornue supprime la pression s'exerçant vers l'extérieur contre les tiges 41, pression qui serait produite par le charbon qui tombe.
En d'autres termes, la partie de la masse de charbon qui se trouve juste au-dessus de l'extrémité des tiges 41 est déjà deve- nue immobile, par rapport à son mouvement latéral, avant qu'elle vienne en contact avec les dites tiges.
Après que la cornue a été chargée, un aspirateur est mis en marche, ce qui provoque une aspiration dans le conduit 35 et une pression réduite dans tout le système dans la cornue.
Cette pression réduite est réglée à l'endroit de la cham- bre de combustion 5 et, dans les oonditions normales de fonctionne-
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ment, une pression de 25 à 75 millimètres d'eau est maintenue en ce point. La pression réduite régnant dans la chambre de combustion 5 agit sur le brûleur à gaz, ou à combustible pulvérisé ou liquide de la même manière que la pression de l'air extérieur agit sur un brû- leur ordinaire.
Il est également possible de faire fonctionner la cornue sous la pression atmosphérique ou sous une pression légèrement supé- rieure à la pression atmosphérique en ajoutant un ventilateur souf- flant sur la canalisation d'air aboutissant aux brûleurs.
L'aspirateur est ralenti, ce qui fait tomber la pression réduite dans le système jusqu'à ce que le vide dans la chambre de combustion 5 soit réduit à zéro.
Le ventilateur secondaire (non représenté) est alors mis en marche, et les brûleurs 43, 44 fonctionnent comme dans le mode opératoire normal. Le vide dans les parties restantes du système res- te le même, c'est à dire 25 à 75 millimètres d'eau.
Etant donné que ces brûleurs ne font pas partie de la pré- sente invention, il n'est pas jugé nécessaire de les représenter en détail.
Le mélange de combustible dans la chambre de combustion est allumé de la manière usuelle, et, en réglant les vannes, soit au- tomatiquement, soit à la main, on peut obtenir toutes les variations désirées de la combustion, depuis une flamme peu vive avec un excès d'oxyde de carbone et d'hydrocarbures non brûlés jusqu'à une longue flamme avec un excès d'oxygène.
De cette manière, la température de distillation et de car- bonisation est contrôlée. Les gaz de combustion, à la suite de leur formation dans la chambre de combustion,'descendent dans la masse sous-jacente, abandonnant leur chaleur très rapidement dans la cou- che supérieure de cette masse.
Lorsque du charbon par exemple constitue la matière à trans- former, cette couche supérieure atteint une température d'environ 700 C. en un temps relativement court, environ cinq minutes, et el- le est maintenue à cette température pendant toute l'opération.
Toutefois, il est entendu que l'invention n'est pas li-
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mitée à la température particulière qui vient d'être indiquée,mais, dans le traitement de charbon, on a trouvé qu'une température de 700 C. est une température de travail efficace.
A cette température le coke produit dans la couche supé- rieure contient environ 10 à 15% de matières volatiles, de sorte qui il constitue ainsi un combustible avantageux pour l'usage domestique, étant donné qu'il brûle avec une flamme ne donnant pas de fumée et qu'il s'allume aisément.
Les gaz lorsqu'ils sont attirés de haut en bas à travers la masse, abandonnent très rapidement leur chaleur latente,
Dans la couche supérieure de la matière, qui peut être ap- pelée "zône de carbonisation", une température de distillation de 350 C. est très rapidement obtenue, et en 30 minutes, plus ou moins, la matière comprise dans cette zône est complètement transformée en coke et portée @ une empérature moyenne d'environ 600 C.
Cette carbonisation rapide, due à la transmission rapide de chaleur dans la première zone ou zone de carbonisation, s'effec- tuant sur du charbon convenablement conditionné et préalablement chauffé, agit pour former un coke ferme et dur aux températures indi- quées ci-dessus.
Cette façon de se comporter caractérise non seulement les charbons communément appelés "charbons collants", mais également les charbons non collants et rend le présent procédé particulièrement précieux pour le traitement de charbons de qualité inférieure.
La zone de carbonisation est indiquée dans la fig. 1 par l'espace désigné par a:. Au-dessous se trouve ce qu'on peut appeler une zône de distillation, désignée par b, et encore au-dessous une zô- ne de séchage, désignée dans son ensemble par c.
Les gaz de combustion avec les produits de distillation provenant de la première zône ou zône de carbonisation a descendent à travers la zone de distillation b, Dans cette zône, l'élévation de température est beaucoup plus lente que dans la zône supérieure et n'atteint qu'environ 400 C, au bout de 60 minutes de distilla. tion.
Ceci est dû sans aucun doute en partie au fait qu'une for-
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te proportion des distillats se dégagent à 400 C. de la première zône, et, descendant dans la seconde zône tend à égaliser la tempéra- ture en ce point.
Ceci est également dû au fait que la chaleur latente des gaz a été partiellement absorbée dans la première zône.
La troisième zône ou zône de séchage c est encore plus len- te à atteindre la température de distillation par suite des mêmes eau ses. Les gaz de combustion et les produits de la distillation passent ainsi de cette zône inférieure à-travers la masse restante, augmen- tant graduellement la température et séchant la partie inférieure de la masse, et, finalement, à une température relativement faible, 50-100 C, passant à travers les perforations ménagées dans le faux fond 38, dans la chambre 34 située au-dessous de ce dernier.
Une grande partie des produits de condensation s'écoule de la partie. inférieure de la masse par suite de l'effet de condensa- tion satisfaisant de la masse de charbon dans son ensemble.
Le gaz traverse la chambre 34 et sort par le conduit d'é- vacuation 35 par lequel il peut être amené à un système de condensa- tion (non représenté) dans lequel. la séparation finale des produits de condensation et du gaz non condensable est effectuée, tandis que le goudron est évacué par le conduit 37.
Lorsqu'on utilise des charbons collants, ou des charbons qui s'agglutineront à la suite de la carbonisation, il y a intérêt à employer les tiges d'espacement ou de subdiviser la charge par l'interposition de matière inerte, comme indiqué ci-dessus, pour pro- duire des canaux ou conduits afin d'assurer une répartition uniforme des gaz dans toute la masse. Au cours de la carbonisation, il peut se former une couche ou croûte obturatrice en travers de la cornue, empêchant les gaz de combustion de descendre uniformément à travers la charge.
Lorsque le canal ou passage est formé par le gaz qui des- cend, il n'y aura, en général, qu'un seul canal à travers lequel pas- sera la majeure partie des gaz de la combustion, surchauffant ainsi le charbon en ce point et produisant un coke de qualité inférieure.
Le reste de la charge, qui ne vient pas en contact direct
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avec ces gaz de combustion, ne sera naturellement pas chauffé au même degré et une transmission non uniforme de la chaleur se produi- ra dans toute la cornue.
Lorsque des canaux sont artificiellement et initialement formés par les tiges ou par la matière inerte ou par la division de la charge à l'aide de cecte matière inerte, les gaz qui descendent agissent pour chauffer la charge uniformément, ou sensiblement uni- formément, dans toute sa masse.
Les matières exposées à l'intérieur des canaux agissent de la même manière que les dispositifs de chauffage de la surface, elles recueillent la chaleur des gaz de combustion et la transmet- tent à la charge pour conduction et convection.
Cet effet est plus prononcé dans la première zône et dans la seconde zône où le charbon est à l'état carbonisé ou plastique.
Lorsque la partie supérieure de la masse a atteint la tem- pérature maximum, par exemple environ 600 C le faux fond 38 est sou- levé, ce qui fait ainsi monter la charge sans déranger sensiblement l'intérieur de cette dernière. Ce mouvement de montée se poursuit jusqu'à ce que la couche supérieure carbonisée soit amenée dans la position indiquée par une ligne ponctuée dans la fig. 1 cette cou- che ne touchant pas lesparois de la cornue.
A ce moment elle s'étend dans la chambre 5, entre les van- nes 7 et 7a qui sont 'alors abaissées, le faux fond 38 est alors ar- rêté, les vannes sont soulevées et l'organe de poussée 6 est dépla- cé de la position montrée fig. 1, vers la droite, enlevant la partie carbonisée de la charge et la poussant dans la chambre 21 de récep- tion du coke.
L'organe de poussée 6 est alors ramené en arrière, les vannes sont abaissées et l'opération de carbonisation continue. Ce- cycle se poursuit jusqu'à ce que la masse entière ait été traitée.
La cornue est rechargée en même temps que le faux fond 38 est abais- sé, comme indiqué précédemment.
On comprendra que, au lieu de soulever le faux fond pas à pas ou d'une manière intermittente, il peut recevoir un mouvement continu relativement lent, et l'organe de poussée 6 peut être action-
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né périodiquement.
Lorsqu'on désire obtenir un coke d'une dureté exception- nelle, du goudron de houille ou un brai de goudron de houille peut être introduit dans la chambre de combustion et déposé sur la couche supérieure de la charge.
Le goudron ou le brai peut être introduit par les brû- leurs et réparti par les gaz de combustion, ou par des tuyères sup- plémentaires (non représentées).
Cette matière agit comme liant et les gaz de la combus- tion carbonisent la masse de charbon et le goudron de houille en même temps. Du coke de goudron de houille se forme dans les pores du coke de houille et permet d'obtenir un coke exceptionnellement dur à l'aide de charbons non collants de la qualité la plus infé- rieure.
Des résultats avantageux analogues peuvent être obtenus en utilisant un mélange de combustibles, riche en charbon pulvérisé.
Une partie du charbon brûlera, mais une partie sera à l'état mou et plastique lorsqu'elle atteindra la couche supérieure de charbon qui est traité dans la cornue.
Ce poussier à l'état mou et plastique s'agglomérera avec le coke qui se forme et augmentera sensiblement sa dureté.
La température obtenue à l'intérieur de la cornue et des diverses zônes peut être déterminée par des couples thermoélectri- ques et dans la fig. 1 on a montré deux cannes pyrométriques 45 et 46 à couple thermoélectrique. On peut utiliser un nombre quelcon- que de ces cannes.
En réalisant le procédé comme indiqué ci-dessus, on a trouvé que l'on pouvait obtenir un rendement plus grand en goudron qu'avec tout autre procédé industriel. Ceci est dû au fait que le goudron est retiré de la zone de distillation aussi rapidement qu' il est produit sans amener aucunement les vapeurs de goudron en contact avec aucune matière qui est à une température supérieure à celle à laquelle ces vapeurs sont produites.
Ceci supprime toute décomposition du distillat primaire.
A l'aide du présent procédé on a obtenu un rendement en
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goudron allant jusqu'à 150 litres par tonne de charbon.
Le procédé assure également une distillation rapide.
Dans les procédés de carbonisation ordinaires, une courbe isotherme donnée progresse à la vitesse de 25 millimètres à l'heure, Avec le présent procédé, lorsqu'on opère avec un appareil du type décrit ci- dessus, on obtient une progression de 25 centimètres à l'heure.
Comme indiqué ci-dessus, les charges peuvent être préala- blement formées, introduites dans une cornue et traitées par four- nées ou en continu.
Dans les figs. 5, 8, 9 et 10 à 16 on a représenté un dis- positif pour la formation préalable d'une charge dans un récipient monté sur un chariot en vue d'introduire la charge dans une cornue.
Un récipient tel que 72, monté sur un chariot 71, est éta- bli pour recevoir un faux fond composé d'une série de barreaux 73 écartés les uns des autres et reliés à une série de tiges 74.
Ces tiges 74 sont disposées dans la partie inférieure des barreaux 73, de façon qu'un espace soit laissé entre des organes d' écartement 75 et les faces supérieures des barreaux 73, cet espace ayant une profondeur suffisante pour recevoir une série de barres de support 76 (fig.10).
Les extrémités extérieures de chacun des barreaux 73 sont inclinées ou chanfreinées à un bout comme indiqué en 77 (figs.12 et 14) sur la majeure partie de leur hauteur en allant de la base vers le haut.
Chaque barre de support 76 est pointue ou ohanfreinée à son extrémité extérieure et viendra frapper contre les faces chanfrei nées 77 lorsque les barres 76 sont déplacées intérieurement entre les barreaux 73.
Les barres 76, aux extrémités opposées aux extrémités chan- freinées sont fixées rigidement à un profilé 78 (fig.10) à partir du- quel s'étend une tige de piston 79 actionnée par un cylindre hydrau- lique 80.
Comme mentionné ci-dessus en référence aux figs. 1 et 2, des canaux s'étendant entièrement à travers la charge, d'une face à
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l'autre de celle-ci, sont formés dans la matière à traiter. Le faux fond ayant été placé dans le récipient 72, des tubes 81, sup- portés par un bâti rigide 82 et reliés ensemble par des barres transversales 83 sont descendus dans le récipient 72.
Comme représenté fig. 8, l'extrémité inférieure de ces tubes se termine à une courte distance de la grille ou faux fond, de façon que le coke, ou toute autre matière inerte à la températu- re employée dans l'opération, s'étale latéralement autour de la ba- se du tube, comme montré clairement fige 8 et également fig. 9.
Lorsque ceci a été effectué, un bâti 84 (fig.16) portant une série de barres transversales 85 aux faces inférieures desquel- les sont fixés des chapeaux 86 est placé sur le récipient 72, les chapeaux recouvrant les extrémités supérieures des tubes 81, après quoi le charbon, ou autre matière pouvant être carbonisée, est in- troduit dans le récipient 72 pour remplir celui-ci.
Les chapeaux sont alors enlevés et les tubes sont retirés, ce qui laisse à l'intérieur du récipient une charge telle que celle montrée fig. 9. Le coke qui est introduit jusqu'à la partie supérieu- re des tubes tend à s'étaler et à occuper l'espace occupé par les tubes, lorsque ces derniers sont retirés de la charge.
Il peut naturellement se produire un certain déplacement de la matière à traiter.
Au lieu d'utiliser une série de tubes tels que 81, une sé- rie de tubes en papier peut être placée dans la charge et laissée dans celle-ci, les tubes étant naturellement remplis de matière iner- te. Ces tubes brûleront et, de ce fait, permettront que la matière traitée soit enlevée de la surface supérieure de la charge.
L'étalement de la matière servant à former les canaux, à la partie inférieure, assure le maintien de ces canaux qui autrement pourraient être fermés en partie, tout au moins lorsqu'on fait pas- ser les barres de support 76 intérieurement entre les barreaux 73, pour les raisons qui apparaitront ci-après.
Le chariot chargé est introduit dans l'appareil en le fai- sant rouler sur une voie ou chemin de roulement 87-(fig.6) disposé dans une enceinte fermée indiquée dans son ensemble en 88. Les ouver-
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tures aux extrémités de cette enceinte 88 sont commandées par des vannes 89 et 91, actionnées par des cylindres hydrauliques, ou au- trement.
Une chambre 88a (fig.6) située à l'extrémité droite de l'enceinte 88 est en alignement avec l'extrémité inférieure d'une cornue 92, de façon que lorsque le chariot chargé est amené au-dessous de l'extrémité de la cornue, la charge se trouvant sur ce chariot . puisse être placée en regard de l'extrémité inférieure ouverte.-le la cornue.
A la droite de l'extrémité inférieure de la cornue at en alignement avec l'enceinte 88, se trouve une seconde chambre 88a dans laquelle une voie ou chemin de roulement 87 a de courte longueur est disposé.
Pour faire avancer le chariot, on peut utiliser une tige de piston 93 ayant une extrémité en forme de crochet 94 que l'on peut faire tourner vers le haut pour l'engager dans une ouverture mé- nagée dans la partie inférieure du châssis du chariot 71.
La tige 93 est actionnée par un cylindre hydraulique 95, et, lorsque le chariot est déplacé vers l'intérieur ou vers l'exté- rieur, la tige 93 se déplace sur ou le long des galets ou rouleaux de guidage 96.
Des tampons réglables appropriés, tels que 97 sont fixés au chariot, et d'autres tampons ou butoirs 98 sont assujettis à la paroi verticale de la chambre 88a, de façon que, lorsque le chariot est amené sous la cornue, il soit en alignement avec cette derniè- re.
Au-dessous de la cornue est disposé un élévateur, dont le corps est de préférence constitué par une série de poutrelles croi- sées 99, les poutrelles inférieures étant fixées-à l'extrémité supé- rieure d'une tige de piston 101 se déplaçant dans un cylindre hydrau- lique 102.
Des voies ou chemins de roulement 87b sont fixés à la fa- ce supérieure des poutrelles supérieures, ces chemins de roulement ayant une longueur telle qu'ils puissent monter dans le récipient, comme spécifié ci-après,
Des poutrelles 103, en forme de T renversé, sont également
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fixées aux poutrelles supérieures et s'étendent,perpendiculairement aux chemins de roulement 87 b, les dites poutrelles 103 étant naturel- lement en plusieurs pièces s'étendant entre les rails 87 b.
Lorsque l'élévateur est abaissé, les rails 87, 87 a et 87 b sont en alignement horizontal, de façon que le chariot puisse être fa- cilement amené de l'enceinte 88 dans l'espace existant au-dessous de la cornue, ou être éloigné de cette dernière, à volonté.
En utilisant des poutrelles en forme de T renversé, de la poussière de charbon ne peut se déposer sur les bords supérieurs de ces poutrelles, assurant ainsi un contact uniforme entre les dits bords et le faux fond en forme de grille lorsque l'élévateur est dépla- cé vers le haut pour soulever ce faux fond et la charge qu'il porte hors du récipient et les amener dans la partie inférieure de la cor- nue située immédiatement au-dessus du dit récipient.
Les éléments sont proportionnés de façon que le faux fond (fig.ll) soit dégagé de l'extrémité supérieure du récipient, ou amené dans la position montrée fig. 4 moment où les barres de support 76 viendront en alignement avec les espaces existant entre les barreaux
73 et seront introduites entre ceux-ci et sous la charge contenue dans le récipient, ce qui empêchera la charge de descendre.
L'élévateur descendra alors, entrainant avec lui la grille ou faux fond qui pourra être retiré de la chambre 88 pour recevoir delà une nouvelle charge, ou pour être remplacé par un chariot qui a été chargé.
L'enveloppe de la cornue présente, sur un côté des ouver- tures permettant le passage des barres 76 et, sur l'autre côté, des ouvertures destinées à recevoir et à supporter les extrémités des di- tes barres 76.
Si on le désire, un second chariot chargé peut être amené sous la charge qui vient juste d'être introduite dans la cornue, et l'élévateur peut à nouveau monter de façon que la seconde charge vien- ne en contact avec la face inférieure de la première charge, les bar- res 76 pouvant alors être retirées.
On fait ensuite monter encore l'élévateur qui soulève les deux charges jusqu'à un niveau ou les barres de support peuvent être
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à nouveau introduites pour Maintenir les charges en place. Les char- ges superposées sont montrées fig. 4.
Dans la construction représentée, on a montré une disposi- tion à double 'cornue en vue d'assurer un traitement plus rapide et plus économique. Toutefois, il est évident qu'on peut utiliser une seule cornue pour la mise en oeuvre du procédé, ou qu'on peut employ- er plus de deux cornues.
Etant donné que les deux cornues et les éléments qui s'y rattachent sont de construction et de fonctionnement identiques, il suffira de donner la description d'une seule cornue, et les mêmes nombres de référence avec la lettre a en exposant désigneront les parties correspondantes de l'autre cornue et de ses éléments acces- soires.
La.cornue 92 a de préférenceune section transversale rec- tangulaire et débouche, à son extrémité supérieure, dans un prolonge- ment allongé 104 (voir plus particulièrement la fig. 3) qui est com- mun aux deux cornues 92 et 92 a.
Directement au-dessus de la cornue est située une chambre de combustion 105, dont une partie est délimitée par une voute 106 traversée par des ouvertures pour le passage des gaz de combustion ou autre agent de chauffage.
Les extrémités inférieures de ces ouvertures sont formées de façon à assurer une répartition sensiblement uniforme de la cher- leur sur la surface supérieure entière de la charge contenue dans la cornue. cet effet, la partie inférieure d'une paroi latérale de chaque ouverture présente une face inclinée 107, ces faces allant en s'inclinant vers l'extérieur vers chaque côté du centre de la voûte, ce qui pennet que les flammes et les rayons calorifiques soient ré- fléchis vers l'extérieur par les parois les plus longuea au-delà des faces inclinées et directement sur la charge sur toute sa surface.
La tête à racler 108 est établie de façon à pouvoir être déplacée au-dessus de l'extrémité supérieure des cornues (ou cornue) pour racler ou enlever la matière finie faisant saillie et la pousser dans une auge 109 (fig. 3) dans le fond de laquelle est monté un
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transporteur sans fin 109 a.
On a représenté un dispositif pour actionner la tête à ra- cler 108. Il comprend deux chaînes sans fin III et 112 fixées à des pièces 113 s'étendant vers l'extérieur à partir des extrémités oppo- sées de la tête à racler.
Ces chaînes passent autour de roues à chaine 114 et 115, respectivement (voir fig. 3), qui sont calées sur des arbres 116,117 supportés par des montants appropriés.
L'arbre 117 est actionné, par l'intermédiaire d'un mécanis- me d'engrenage convenable, tel par exemple que celui représenté figs.
4 et 6, au moyen d'un moteur électrique commandé automatiquement.
A chaque extrémité de la tête à racler 108 sont fixés deux galets à Collerette 118. Ces galets reposent sur des rails 119 montés dans les parois latérales de la cornue.
Comme on le verra en se reportant à la fig. 7 la .tête à racler 108 est également pourvue de dents amovibles 108 a, portées .par chaque côté de la dite tête, à sa partie inférieure.
Ces dents permettent de détacher plus facilement le coke de la charge. On comprendra que le mouvement de montée de la charge dans la cornue est le même que celui décrit en premier lieu, c'est à dire que la couche supérieure est carbonisée, tandis que les cou- ches sousjaoentes sont traitées comme spécifié ci-dessus-,
On comprendre également que l'agent de chauffage peut être celui indiqué ci-dessus et qu'il est attiré vers le bas à travers les canaux tonnés dans la charge, comme mentionné précédemment.
Les gaz produits ainsi que le goudron et autres fluides se- ront manipulés d'une manière identique à celle décrite en référence à la construction représentée figs. 1 et 2.
Par le mode de formation des charges décrit ci-dessus et permettant à la matière inerte de s'étaler sur le faux fond, l'in- troduction des barres de support même si elle dérange cette matière, ne pourra obturer la partie inférieure des canaux.
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PATENT OF INVENTION PROCESS AND APPARATUS FOR TREATMENT OF CARBON MATERIALS, AND PROCESS FOR FORMING LOADS FOR THIS TREATMENT.
The present invention relates to a process for pre-forming charges of carbonaceous materials, and to a method and apparatus for heating such charges to temperatures and conditions such as to give the greatest possible amount of the material. or precious materials, such as condensation products, large residues composed of carbon and certain gases and this under conditions of maximum thermal efficiency and with minimum operating expenses.
By carbonaceous matter is meant substances such as coal, lignite, wood, oil shale, coal tar pitch, petroleum coke, pitch coke, and any other material which, when heated, gives some of the substances or bodies which have just been indicated.
By condensation products we mean all volatile materials which can be condensed and which result from the distillation of the materials mentioned above.
By gas we mean substances that do not liquefy
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under normal conditions.
By following the history of the coal carbonization industry from the first beehive kiln to the current high efficiency vertical kilns and by-product kilns, we see that a trend is emerging. is manifested in order to obtain a greater heating surface per unit load.
Currently, the walls of furnaces giving by-products and having a capacity of 15 tons, have a length of about 11.50 m and a height of 3 m.60, a space of fifty centimeters being reserved between the walls.
The beehive oven of equal capacity had a diameter of about 3m. 60 and about 3 meters to the vault.
Thus, a larger heating surface was obtained at the expense of an increase in the size of the equipment.
More recently, manufacturers have tried to obtain large heating surfaces with devices of smaller dimensions by resorting to the use of rotary furnaces, internal heating, etc.
A great disadvantage of internal heating is that this heating does not allow the entire mass of the load to be heated uniformly, with certainty.
This non-uniform heating is caused by the common law of flow by the pathways or paths of least resistance, so that the more porous parts of the load are overheated, while the less porous parts of the load. are practically not treated.
This is particularly true when a mass of coal is converted into coke.
In gasifiers, the porosity of the mass of hard coal being transformed into coke is obtained by means of mechanical rings, mobile grids, etc.
In coal carbonization retorts in which coke is one of the products, this mechanical movement will not be satisfactory as a result of the wind produced.
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A subsidiary feature of this process is to achieve uniform heating of the entire mass without disturbing the load.
This is achieved by forming in the mass predetermined channels produced by a material which is inert at the temperature employed and through which the vapors or gases are attracted the channels formed in the mass ensuring a large contact surface for these vapors or gases and a uniform distribution thereof throughout the mass.
This arrangement makes it possible to use a retort of relatively small dimensions and to carry out the process in a continuous manner, or in an intermittent manner, or in batches.
The invention, both with regard to the manner of forming the channels or conduits through which the heating medium is drawn, and to the point of view of the apparatuses for carrying out the method of treatment. carbonaceous material, may xxxxx be subject to significant modifications.
Several forms of apparatus for carrying out the process, as well as various means for forming the channels or conduits which pass through the mass to be treated, are shown in the accompanying drawing, in which:
Figure 1 is a vertical sectional view of a retort and accessory elements, in which retort rods are used to maintain channels or conduits through the load.
Figure 2 is a vertical sectional view, on a larger scale, of the top of the retort, showing the valves used to close the top end of the retort.
In the arrangement shown in these figures batch processing is carried out, and the rods constitute permanent elements of the apparatus.
When a continuous treatment is to be carried out, the channels or conduits will be formed by other means, described later, and the charge with the conduits or channels which it contains will be introduced into a retort, the charges previously formed being success-
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@ event presented.
FIG. 3 is a vertical longitudinal sectional view of a two retort arrangement, in which the previously formed charges are brought under the retort and are then introduced from the bottom up into the latter,
Fig. 4 is a cross-sectional view of one of the said retorts, this view being taken along the line IV-IV of FIG. 3.
Fig. 5 is a horizontal section taken along the line V-V of FIG. 4.
Fig. 6 is a sectional view taken along the line VI-VI of FIG. 3.
Fig. 7 is a perspective view of the scraping head used to remove the coke top layer of the filler, with one tooth shown detached from the head.
Fig 8 is a vertical sectional view of one of the carriages in which the load is formed and for use in combination with the apparatus shown in fig. 3 to 6 inclusive, this figure also showing the removable bottom of the carriage, the tubes used to form the channels or conduits and the closing elements of the tubes, part of the figure, on the right and on the left showing the material to be transformed into coke and the material µ form the conduits placed inside the tubes.
Fig. 9 is a cross-sectional view showing the load which has been prepared with the tubes removed.
Fig. 10 is a perspective view of the load support bars which are used in combination with the false grid bottom for the carriages used to introduce loads into the apparatus.
Fig. 11 is a perspective view of this bottom constituting a false grid.
Fig. 12 is an end view of several of the bars constituting a false grid with intermediate support bars shown in position relative to the first ones, said bars.
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intermediate support rings being shown in cross section.
Fig. 13 is a view showing the formation of the front ends of the bars constituting a false grid and the manner in which they are shaped.
Fig. 14 is a perspective view showing several of the grid bars and the support bars.
Fig. 15 is a detailed partial perspective view showing the mode of introduction into the container of the material to be formed through conduits or channels, before filling the bottom of this container with the material to be transformed into coke. .
Fig. 16 is a similar view of the caps intended to close the upper ends of the tubular elements, before filling the container with the material to be treated which is to surround said tubular elements.
As indicated above, in all forms of apparatus several channels or conduits are formed in the load, and, in order to keep these conduits open throughout the duration of the operation, they are obtained by filling a retort with using the material to be treated and in this retort extends a series of rods or bars:
fixed starting from the bottom of the retort and rising approximately to the carbonization zone, this form of construction being represented in figs, 1 and 2,
According to another way of operating, cardboard or paper tubes can be placed in a retort or in the load to be introduced therein, and said tubes are filled with a material inert at temperature. used to carry out the operation, this material being loosely packed or more or less porous, so that the gases and the product of the distillation can pass through it freely.
Another method of forming the charges is to place the series of tubes in a pan-shaped container, filling the tubes with a material inert at the temperature employed, such as for example coke, if coal is present. material to be treated, to fill the existing space around the said tubes with carbon, and to remove a-
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during these tubes, thus leaving the conduits formed of coke which extend from the upper face to the lower face of the charge.
In reality, the use of any means making it possible to form the necessary conduits through the load and to maintain these conduits throughout the duration of the operation, comes within the scope of the present invention.
When the top layer of the filler is transformed, it is removed and the load is lifted to bring the surface then exposed in the top of the retort or in the transformation chamber.
This movement does not appreciably disturb the mass of the load; therefore, the conduits are kept formed throughout the operation.
The construction shown in Figs, 1 and 2 will be described first. In these figures, the retort is shown as being formed by an outer casing 1 lined with a refractory body 2, this retort being mounted on a suitable base or plinth 3 which, as shown in FIG. 1 reserves a room 4 under the retort.
In the form of construction shown, the retort has a rectangular shape, but this is not essential as long as it has substantially the same cross-section throughout its height.
At its upper end, the retort opens into a chamber 5 hereinafter referred to as "combustion or transformation chamber". Said chamber has a length greater than the width of the retort and, on one side (fig.l) it receives a thrust member 6 normally separated from the space existing just above the retort by a valve designated in as a whole by the reference numeral 7.
This valve (see fig. 2) is mounted so as to be able to move back and forth in a casing 8, the lower part of which, which is located inside the chamber 5, is established so as to constitute two opposite seats 9 and 10. The valve, as shown in fig.2 is made in two parts constituted by plates 11 and 12 pivotally connected at their upper ends to a piston rod 13.
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A piston 14, moving in a hydraulic cylinder 15, controls the lifting and lowering of the valve. Pipes 16 and 17 ensure the arrival of fluid in the cylinder.
The plate 12 carries a refractory lining 18, and the plate 11 is notched so that this refractory lining extends through the valve and protects all the metal parts against the heat prevailing in the combustion chamber.
When the valve is lowered, the lower part of the plates 11 and 12 comes into contact with a wedge-shaped member 19 which pushes said plates apart from each other, thus sealing the chamber in which the valve is mounted. 'pushing device 6.
A cleaning opening 29 will preferably be provided below element 19, so that foreign material can be removed from the valve shell.
A similar valve is provided on the right side of the upper part of the retort, and, since the components and operation are the same as those of the valve and its mechanism which have just been described, they are designated by the same reference numbers to which the letter "a" has been added in superscript.
This right-hand valve closes the right-hand part of the chamber 5 at the place where it opens into the upper part of a chamber 21 used to receive the finished product withdrawn from the par-. upper tie of the load.
The thrust member 6 can be actuated in any suitable manner, for example by a piston rod 22 itself actuated by a hydraulic cylinder 23.
In the upper wall of the chamber 5, above the retort proper, there is provided a manhole 24, normally closed, during the operation of the retort, by a cover 25,
Above this manhole is arranged a hopper 26 in which is brought the material to be treated,
The lower part of the hopper has a valve 28 of a suitable type which will naturally be closed when the retort is loaded to the desired degree, after which the cover 25 will be replaced.
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The chamber 21, receiving the finished product, also has a manhole 29 normally closed by a cover 30. At its lower end, it comprises an evacuation valve 31. the interior of the chamber 4, at its lower end. below the retort, is mounted a sort of transversely extending container, preferably comprising an inclined part 32 and a horizontal part 33, and forming above these parts a space 34 in which are attracted the gases resulting from the retort. surgery.
A gas discharge duct 35 opens into the upper part of this space 3-4, this duct 35 being connected to a suitable suction source (not shown). An evacuation duct 37 for the tar or other liquids produced, opens into the lower part of the space 34.
A false bottom or elevator 38 is mounted so that it can move back and forth inside the retort. This elevator is mounted and fixed on the upper end of a piston rod 39 which in a hydraulic cylinder 30, to which lead suitable conduits for imparting the reciprocating movement necessary for this false bottom or elevator 38.
Rods 41 are carried by the parts 32 and 33 of the tank and pass through openings formed in the false bottom 38, these rods extending upwards inside the retort to a point close to the end. superior of the latter;
Said rods 41, in carrying out the process, tend to form channels or conduits through the material, through which the vapors and the gases given off which pass from top to bottom are attracted.
In the carbonization zone, the ducts f oxxated by the rods remain formed in the plastic carbon and remain up to the surface of the charge, as shown at 60 in fig.l.
As will be understood, the rods 41 remain in a fixed position, being always supported by the tank disposed inside the chamber 4. When the false bottom or elevator
38 is lowered, material is loaded into and fills the retort, and the rods are surrounded by said material.
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The combustion and carbonization chamber 5 can be heated in various ways. It may be of the internally heated type using gas, heavy oils or pulverized fuel and allowing the flames and hot gases from the burners 43 and 44 to emerge into the carbonization and combustion chamber 5 and act on the layer. of the material contained therein, heating it by contact with hot combustion gases as well as by radiation.
Heating carried out in this way ensures the highest thermal efficiency.
When it is desired to obtain a non-condensable gas of high calorific value instead of a larger quantity of gas of low calorific value, it is possible, while remaining within the scope of the invention, to use the latent heat of steam. superheated or superheated gasifier gas as a heating medium.
These heated gases act in the retort in the same way as the hot combustion gases.
When the apparatus is to be started the false bottom 38 is raised to its highest position and a load is introduced into the retort. The false bottom 38 is gradually lowered as the load is introduced and the top of the load is always at the same point, i.e. at or substantially at the level of the push member 6.
This method of loading the retort eliminates the pressure exerted outwardly against the rods 41, which pressure would be produced by the falling coal.
In other words, the part of the mass of coal which lies just above the end of the rods 41 has already become immobile, with respect to its lateral movement, before it comes into contact with the rods. say stems.
After the retort has been loaded, an aspirator is turned on which causes suction in line 35 and reduced pressure throughout the system in the retort.
This reduced pressure is set at the location of combustion chamber 5 and, under normal operating conditions.
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ment, a pressure of 25 to 75 millimeters of water is maintained at this point. The reduced pressure in the combustion chamber 5 acts on the gas, or pulverized or liquid fuel burner in the same way as the pressure of the outside air acts on an ordinary burner.
It is also possible to operate the retort at atmospheric pressure or at a pressure slightly above atmospheric pressure by adding a fan blowing through the air line leading to the burners.
The vacuum is slowed down causing the reduced pressure in the system to drop until the vacuum in the combustion chamber 5 is reduced to zero.
The secondary fan (not shown) is then started, and the burners 43, 44 operate as in normal operating mode. The vacuum in the remaining parts of the system remains the same, ie 25 to 75 millimeters of water.
Since these burners do not form part of the present invention, it is not considered necessary to represent them in detail.
The fuel mixture in the combustion chamber is ignited in the usual way, and by adjusting the valves, either automatically or by hand, all the desired variations in combustion can be obtained from a low flame with an excess of carbon monoxide and unburned hydrocarbons to a long flame with an excess of oxygen.
In this way, the distillation and carbonization temperature is controlled. The combustion gases, as a result of their formation in the combustion chamber, descend into the underlying mass, giving up their heat very quickly in the upper layer of this mass.
When coal, for example, is the material to be transformed, this upper layer reaches a temperature of about 700 ° C. in a relatively short time, about five minutes, and it is maintained at this temperature throughout the operation.
However, it is understood that the invention is not limited to
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set to the particular temperature just indicated, but in the processing of coal it has been found that a temperature of 700 C. is an effective working temperature.
At this temperature the coke produced in the upper layer contains about 10 to 15% volatile matter, so that it thus constitutes an advantageous fuel for domestic use, since it burns with a flame which gives no heat. smoke and light easily.
The gases when they are attracted from top to bottom through the mass, very quickly give up their latent heat,
In the upper layer of the material, which can be called the "carbonization zone", a distillation temperature of 350 ° C. is very quickly obtained, and in 30 minutes, more or less, the material included in this zone is completely. turned into coke and brought to an average temperature of about 600 C.
This rapid carbonization, due to the rapid transmission of heat in the first zone or carbonization zone, taking place on properly conditioned and preheated coal, acts to form a firm and hard coke at the temperatures indicated above. .
This behavior characterizes not only coals commonly referred to as "sticky coals", but also non-sticky coals and makes the present process particularly valuable for the processing of lower quality coals.
The carbonization zone is shown in fig. 1 by the space designated by a :. Below is what can be called a distillation zone, denoted by b, and still below a drying zone, denoted as a whole by c.
The combustion gases with the distillation products from the first zone or carbonization zone a descend through the distillation zone b, In this zone, the temperature rise is much slower than in the upper zone and does not reach that about 400 C, after 60 minutes of distilla. tion.
This is undoubtedly due in part to the fact that a
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the proportion of the distillates are released at 400 ° C. from the first zone, and going down in the second zone tends to equalize the temperature at this point.
This is also due to the fact that the latent heat of the gases has been partially absorbed in the first zone.
The third or drying zone c is even slower to reach the distillation temperature as a result of the same water. The combustion gases and the products of the distillation thus pass from this lower zone through the remaining mass, gradually raising the temperature and drying the lower part of the mass, and, finally, at a relatively low temperature, 50- 100 ° C., passing through the perforations made in the false bottom 38, in the chamber 34 located below the latter.
A large part of the condensation products drains from the part. lower in mass owing to the satisfactory condensing effect of the mass of coal as a whole.
The gas passes through chamber 34 and exits through exhaust duct 35 through which it can be supplied to a condensing system (not shown) in which. the final separation of the condensation products and the non-condensable gas is carried out, while the tar is discharged through line 37.
When using sticky coals, or coals which will stick together as a result of charring, it is advantageous to use the spacer rods or to subdivide the charge by the interposition of inert material, as indicated below. above, to produce channels or conduits to ensure a uniform distribution of gases throughout the mass. During carbonization, a sealing layer or crust may form across the retort, preventing flue gases from descending evenly through the charge.
When the channel or passage is formed by the descending gas, there will generally be only one channel through which most of the combustion gases will pass, thus superheating the coal in this. point and producing inferior coke.
The rest of the load, which does not come in direct contact
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with these combustion gases, will naturally not be heated to the same degree and non-uniform heat transfer will occur throughout the retort.
When channels are artificially and initially formed by the rods or by inert material or by the division of the charge with the aid of inert material, the descending gases act to heat the charge uniformly, or substantially uniformly, in all its mass.
The materials exposed within the channels act in the same way as the surface heaters, they collect heat from the combustion gases and transmit it to the load for conduction and convection.
This effect is more pronounced in the first zone and in the second zone where the coal is in the carbonized or plastic state.
When the upper part of the mass has reached the maximum temperature, for example around 600 ° C., the false bottom 38 is raised, which thus raises the load without appreciably disturbing the interior of the latter. This upward movement continues until the charred top layer is brought into the position indicated by a dotted line in fig. 1 this layer not touching the walls of the retort.
At this moment it extends into the chamber 5, between the valves 7 and 7a which are then lowered, the false bottom 38 is then stopped, the valves are raised and the thrust member 6 is moved. cé from the position shown in fig. 1, to the right, removing the charred portion of the charge and pushing it into the coke-receiving chamber 21.
The thrust member 6 is then brought back, the valves are lowered and the carbonization operation continues. This cycle continues until the entire mass has been processed.
The retort is recharged at the same time as the false bottom 38 is lowered, as previously indicated.
It will be understood that, instead of lifting the false bottom step by step or intermittently, it can receive a relatively slow continuous movement, and the push member 6 can be actuated.
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born periodically.
When it is desired to obtain coke of exceptional hardness, coal tar or coal tar pitch can be introduced into the combustion chamber and deposited on the top layer of the charge.
The tar or pitch can be introduced by the burners and distributed by the combustion gases, or by additional nozzles (not shown).
This material acts as a binder and the combustion gases carbonize the coal mass and the coal tar at the same time. Coal tar coke forms in the pores of the coal tar coke and results in exceptionally hard coke using the lowest quality non-sticky coals.
Similar advantageous results can be obtained by using a fuel mixture rich in pulverized coal.
Some of the charcoal will burn, but some will be soft and plastic when it reaches the top layer of charcoal that is being processed in the retort.
This soft, plastic dust will agglomerate with the coke that forms and significantly increase its hardness.
The temperature obtained inside the retort and the various zones can be determined by thermoelectric couples and in fig. 1 we have shown two pyrometric tubes 45 and 46 with a thermoelectric couple. Any number of these rods can be used.
By carrying out the process as indicated above, it has been found that a higher yield of tar can be obtained than with any other industrial process. This is because the tar is withdrawn from the distillation zone as quickly as it is produced without in any way bringing the tar vapors into contact with any material which is at a temperature above that at which these vapors are produced.
This removes any decomposition of the primary distillate.
Using the present process, a yield of
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tar of up to 150 liters per ton of coal.
The process also ensures rapid distillation.
In ordinary carbonization processes, a given isothermal curve progresses at a rate of 25 millimeters per hour. With the present process, when operating with an apparatus of the type described above, a progression of 25 centimeters to time.
As indicated above, the fillers can be pre-formed, introduced into a retort and processed in batches or continuously.
In figs. 5, 8, 9 and 10 to 16 there is shown a device for the preliminary formation of a charge in a container mounted on a carriage for the purpose of introducing the charge into a retort.
A container such as 72, mounted on a carriage 71, is set up to receive a false bottom composed of a series of bars 73 spaced apart from each other and connected to a series of rods 74.
These rods 74 are arranged in the lower part of the bars 73, so that a space is left between the spacers 75 and the upper faces of the bars 73, this space having a sufficient depth to receive a series of support bars. 76 (fig. 10).
The outer ends of each of the bars 73 are inclined or chamfered at one end as indicated at 77 (figs.12 and 14) over most of their height from the base upwards.
Each support bar 76 is pointed or bevelled at its outer end and will strike against the chamfered faces 77 when the bars 76 are internally displaced between the bars 73.
The bars 76, at the ends opposite the chamfered ends, are rigidly fixed to a section 78 (fig. 10) from which extends a piston rod 79 actuated by a hydraulic cylinder 80.
As mentioned above with reference to Figs. 1 and 2, channels extending entirely through the load, from face to face
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the other of the latter, are formed in the material to be treated. The false bottom having been placed in the container 72, tubes 81, supported by a rigid frame 82 and connected together by transverse bars 83, are lowered into the container 72.
As shown in fig. 8, the lower end of these tubes terminates a short distance from the grate or false bottom, so that the coke, or any other material inert at the temperature employed in the operation, spreads laterally around it. the base of the tube, as clearly shown freezes 8 and also fig. 9.
When this has been done, a frame 84 (fig. 16) carrying a series of transverse bars 85 to the lower faces of which caps 86 are fixed is placed on the container 72, the caps covering the upper ends of the tubes 81, after Whereby coal, or other material capable of being charred, is introduced into vessel 72 to fill it.
The caps are then removed and the tubes are withdrawn, leaving inside the container a load such as that shown in fig. 9. The coke which is introduced up to the top of the tubes tends to spread out and occupy the space occupied by the tubes when the latter are removed from the load.
A certain displacement of the material to be treated can naturally occur.
Instead of using a series of tubes such as 81, a series of paper tubes can be placed in and left in the load, the tubes being naturally filled with inert material. These tubes will burn and thereby allow the treated material to be removed from the top surface of the load.
The spreading of the material serving to form the channels, at the bottom, ensures the maintenance of these channels which might otherwise be partially closed, at least when the support bars 76 are passed internally between the bars. 73, for the reasons which will appear below.
The loaded trolley is introduced into the apparatus by making it roll on a track or track 87- (fig.6) arranged in a closed enclosure indicated as a whole at 88. The openings
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The ends of this enclosure 88 are controlled by valves 89 and 91, actuated by hydraulic cylinders, or otherwise.
A chamber 88a (fig. 6) located at the right end of the enclosure 88 is aligned with the lower end of a retort 92, so that when the loaded cart is brought below the end of retort, the load being on this cart. can be placed opposite the open lower end. - the retort.
To the right of the lower end of the retort in alignment with the enclosure 88 is a second chamber 88a in which a track or raceway 87a of short length is disposed.
To advance the carriage, a piston rod 93 may be used having a hook-shaped end 94 which can be rotated upward to engage an opening in the lower part of the carriage frame. 71.
Rod 93 is actuated by a hydraulic cylinder 95, and when the carriage is moved in or out, rod 93 moves on or along guide rollers or rollers 96.
Appropriate adjustable pads, such as 97 are attached to the cart, and other pads or bumpers 98 are secured to the vertical wall of chamber 88a, so that when the cart is brought under the retort, it is aligned with. the latter.
Below the retort is disposed an elevator, the body of which is preferably constituted by a series of cross beams 99, the lower beams being attached to the upper end of a piston rod 101 moving. in a hydraulic cylinder 102.
Tracks or raceways 87b are fixed to the upper face of the upper beams, these raceways having a length such that they can fit into the container, as specified below,
Beams 103, in the shape of an inverted T, are also
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attached to the upper beams and extend perpendicularly to the tracks 87b, said beams 103 being naturally in several pieces extending between the rails 87b.
When the elevator is lowered, the rails 87, 87a and 87b are in horizontal alignment, so that the carriage can be easily brought from the enclosure 88 into the space existing below the retort, or be away from the latter at will.
By using inverted T-shaped joists, coal dust cannot be deposited on the upper edges of these joists, thus ensuring uniform contact between said edges and the grid-shaped false bottom when the elevator is moved. - ced upwards to lift this false bottom and the load which it carries out of the container and bring them into the lower part of the horn located immediately above said container.
The elements are proportioned so that the false bottom (fig.ll) is released from the upper end of the container, or brought into the position shown in fig. 4 when the support bars 76 will come into alignment with the spaces between the bars
73 and will be introduced between them and under the load contained in the container, which will prevent the load from descending.
The elevator will then descend, taking with it the grid or false bottom which can be removed from the chamber 88 to receive a new load beyond it, or to be replaced by a cart which has been loaded.
The casing of the retort has, on one side, openings allowing the passage of the bars 76 and, on the other side, openings intended to receive and support the ends of the said bars 76.
If desired, a second loaded cart can be brought under the load just introduced into the retort, and the elevator can again be raised so that the second load comes in contact with the underside of the retort. the first charge, the bars 76 can then be removed.
The elevator is then raised further which lifts the two loads to a level where the support bars can be
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again introduced to Hold loads in place. The superimposed loads are shown in fig. 4.
In the construction shown, a double retort arrangement has been shown to provide faster and more economical processing. However, it is evident that only one retort can be used for carrying out the method, or that more than two retorts can be used.
Since the two retorts and the elements attached to them are of identical construction and operation, it will suffice to give the description of a single retort, and the same reference numbers with the letter a in superscript will designate the corresponding parts on the other retort and its accessory elements.
The horn 92 preferably has a rectangular cross section and opens, at its upper end, into an elongated extension 104 (see more particularly FIG. 3) which is common to the two retorts 92 and 92a.
Directly above the retort is located a combustion chamber 105, part of which is delimited by a vault 106 traversed by openings for the passage of combustion gases or other heating agent.
The lower ends of these apertures are formed to provide a substantially uniform distribution of the search over the entire upper surface of the load contained in the retort. This effect, the lower part of a side wall of each opening has an inclined face 107, these faces going by inclining outwards towards each side of the center of the vault, which allows the flames and the heat rays are reflected outwards by the longer wallsa beyond the inclined faces and directly onto the load over its entire surface.
The scraping head 108 is set up so that it can be moved over the upper end of the retorts (or retorts) to scrape or remove the finished protruding material and push it into a trough 109 (Fig. 3) in the bottom of which is mounted a
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endless transporter 109 a.
There is shown a device for actuating the scraping head 108. It comprises two endless chains III and 112 attached to parts 113 extending outwardly from the opposite ends of the scraping head.
These chains pass around chain wheels 114 and 115, respectively (see fig. 3), which are wedged on shafts 116,117 supported by suitable uprights.
The shaft 117 is actuated by means of a suitable gear mechanism, such as, for example, that shown in figs.
4 and 6, by means of an automatically controlled electric motor.
At each end of the scraping head 108 are fixed two flange rollers 118. These rollers rest on rails 119 mounted in the side walls of the retort.
As will be seen by referring to FIG. 7 the scraper head 108 is also provided with removable teeth 108a, carried .par each side of said head, at its lower part.
These teeth make it easier to detach the coke from the load. It will be understood that the upward movement of the load in the retort is the same as that first described, i.e. the upper layer is charred, while the underlying layers are treated as specified above. ,
It will also be understood that the heating agent may be that indicated above and that it is drawn downwardly through the channels thrown into the load, as mentioned previously.
The gases produced as well as tar and other fluids will be handled in a manner identical to that described with reference to the construction shown in figs. 1 and 2.
By the charge formation method described above and allowing the inert material to spread over the false bottom, the introduction of the support bars, even if it disturbs this material, cannot block the lower part of the channels. .