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procédé et dispositif pour le traitement thermique des produits provenant, sous forme gazeuse et de vapeur, de la distillation des combustibles bitumineux.
La présente invention a trait à la distillation (cokéfaction) de combustibles bitumineux dans les fours connus à gaz et coke, et elle a pour but de réaliser des améliorations en ce qui concerne la quantité et la nature des produits secon daires résultant de la distillation de tels combustibles.
L'invention est basée sur l'idée conductrice de maintenir pendant un certain temps les gaz de distillation chauds prove nant de la distillation de combustibles bitumineux, et ce avant leur refroidissement ou condensation, à une température telle, ou de réchauffer ou refroidir ces gaz à une température telle qu'il se produise une transformation en produits de haute va leur des hydrocarbures contenus dans ces gaz, et ce indépendamment de la température qu'ont prise les gaz dans la chambre de
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cokéfaction.
Le progrès technique qui résulte de la loi technique fondamentale résumée ci-dessus, est le plus clairement reconnaissable dans la cokéfaction dite à température moyenne, de com bustibles bitumineux, c'est-à-dire une cokéfaction pour laquelle la charge de la chambre de cokéfaction est amenée à une tempé- rature maxima de préférence de 600 700 C. Avec des températures de cokéfaction aussi basses, on obtient dans les produits secondaires un goudron dont les propriétés diffèrent notable ment de celles du goudron habituel des cokeries.
Quand les produits qui s'échappent, sous forme gazeuse et de vapeur, de la charge soumise à la cokéfaction à température moyenne, sont réchauffés ultérieurement à des températures d'environ 750 C., dans une chambre de cracking disposée par exemple au-dessus de l'espace de cokéfaction, les hydrocarbures se transforment en combinaisons telles qu'elles résultent normalement de la cokéfaction habituelle à haute température. De cette façon, on arrive également, dans la cokéfaction à température moyenne, laquelle présente, en ce qui concerne la qualité du coke obtenu, des avantages économiques très importants, à des sous-produits ou produits secondaires de grande valeur.
Des conditions analogues se présentent également parfois dans la cokéfaction connue à haute température de combustibles bitumineux, en particulier-quand les fours à coke fonctionnent sous une durée relativement longue de distillation, c'est-àdire sous une température relativement basse de cokéfaction.
Dans ce cas, la température baisse fortement dans l'espace de rassemblement des gaz, de sorte qu'il ne se produit plus les transformations des hydrocarbures auxquelles, dans la cokéfaction à haute température, il faut attribuer le grand rendement en produits secondaires de haute valeur.
D'un autre côté, des avantages techniques importants résultent également de l'application de la règle fondamentale de
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l'invention à la cokéfaction à haute température, sous durée normale ou réduite de réaction. Dans les fours modernes à grande capacité (grand rendement), la température des parois de chauffage est toujours très élevée, et il s'ensuit un chauffage parfois exagéré de l'espace de rassemblement des gaz.
La décomposition des hydrocarbures, entraînée de ce fait dans une mesure nuisible et trop poussée, décomposition qui peut con duire jusqu'à la séparation de graphite, est combattue, con formément à l'invention, du fait que l'espace de rassemblement des gaz ou la chambre de cracking du four, où arrivent les gaz de distillation sortant de la chambre de cokéfaction, est maintenue à une température inférieure à celle des parois de chauffe de l'espace de cokéfaction.
De ce qui précède, il résulte que la règle de base de l'invention permet un nouveau pas dans le développement d'un four à coke dans lequel, par un réglage approprié du chauffage de l'espace de cokéfaction et des espaces creux recevant les gaz de distillation, on peut obtenir une variation très vaste adaptable exactement à toutes les possibilités d'écoulement de la qualité et de la quantité de tous les produits contenus dans le four à coke, c'est-à-dire aussi bien du coke que des produits secondaires. L'importance de l'introduction d'un tel four à coke dans l'industrie des cokeries, et précisément dans les conditions économiques régnant actuellement dans le monde entier, est évidente.
L'idée conductrice de l'invention est avantageusement mise en oeuvre en soumettant les produits de distillation sous forme de gaz et de vapeur, aprèsleur dégagement hors de la charge de combustible du four à coke, mais avant leur refroidissement et leur condensation, à un traitement thermique dans une chambre de cracking reliée à la chambre de cokéfaction, la température des parois de la chambre de cracking pouvant être, indépendam ment de celle de la chambre de cokéfaction, supérieure ou infé-
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rieure à cette dernière température, et pouvant avantageusement être réglée à des températures comprises entre 600-et 8000 C.
Les fours à coke servant à mettre en oeuvre le procédé conforme à l'invention présentent, comme point fondamental, la particularité que les parois de l'espace de rassemblement des gaz - c'est-à-dire l'espace situé au-dessus de la charge de la chambre après la descente de celle-ci ayant lieu pendant la cokéfaction - ne sont pas traversées par les canaux de chauffe servant au chauffage de l'espace de cokéfaction, et que l'espaee de rassemblement des gaz est relié à une chambre de cracking à laquelle est raccordé le tube montant servant à l'évacuation des gaz, cette chambre de cracking étant chauffée ou refroidie, suivant la température qui doit régner dans le four pendant un état déterminé de fonctionnement, par des canaux de paroi réglables indépendamment des canaux de chauffage de l'espace de cokéfaction.
Pour les fours à chambres horizontales, cette disposition fondamentale du système de chauffage peut être réalisée avanta geusement et simplement comme suit :
Le chauffage de l'espace de cokéfaction des chambres horizontales est fait par des canaux verticaux, reliés par paires suivant le principe connu du courant en circuit. L'ouverture supérieure de liaison entre les deux canaux de chauffage tra vaillant ensemble est disposée à une hauteur telle que, même après la descente de la charge pendant le processus de cokéfaction, il ne se produise aucun chauffage excessif de l'espace de rassemblement des gaz, à partir des canaux de chauffage de l'espace de cokéfaction.
L'ouverture supérieure de liaison des pai res de canaux de chauffage est alors à peu près telle que le gâteau de coke présente, pour une pression exercée à temps sur son bord supérieur, une mince couche un peu plus sombre. Pour cette position de l'ouverture supérieure de liaison des canaux de chauffe, les produits gazeux de la distillation sont protégés contre un sur chauffage et une décomposition trop poussés.
Pour le chauffage de l'espace collecteur des gaz servant de
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chambre de cracking, ou d'une chambre de cracking spéciale reliée à l'espace collecteur des gaz, il est prévu, au-dessus des canaux de chauffe verticaux des parois de chauffe, des canaux verticaux commandés par des registres et reliés à leur extrémité supé rieure avec formation de canaux de chauffe dits en épingle à cheveux.
Dans cette disposition, il est possible de faire passer une partie des gaz de chauffage des canaux de chauffe de l'espace de cokéfaction à travers les canaux de chauffe de la chambre de cracking, et ce la quantité qui est, dans chaque cas, nécessaire au chauffage optimum de la chambre de cracking. pour le refroidissement de la chambre de cracking du four à chambres horizontales, il est prévu, dans la voûte du four, des cheminées de refroidissement qui sont fermées vis-à-vis du conduit d'évacuation de la chambre de cracking par une plaque de couverture relativement mince et se ferment, de l'extérieur, au moyen de couvercles amovibles éventuellement pourvus d'ou vertures réglables.
Dans le cas de fours à chambres horizontales dont les chambres sont chargées par déversement, l'espace collecteur des gaz est utilement combiné avec la chambre de cracking. Mais il est aussi possible de prévoir, au-dessus de l'espace collecteur des gaz proprement dit, qui doit alors être fait plus bas, un canal de voûte spécial qui communique par des ouvertures utilement calibrées, d'une part avec l'espace collecteur des gaz et d'au tre part avec le tube montant, de telle manière que les gaz de distillation s'écoulent dans le tube montant par le canal de voûte agissant comme chambre de cracking. Le canal de voûte doit évidemment, dans cette forme d'exécution, se trouver à portée des canaux de chauffe de la chambre de cracking.
La disposition de la chambre de cracking sous forme d'un canal de voûte spécial présente encore cet avantage que, pour un réglage convenable des registres dont sont munies les ouvertures vers l'espace collecteur des gaz, les gaz de distillation
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peuvent d'abord être évacués à travers l'espace collecteur des gaz sur toute sa longueur et ensuite à travers le canal de voûte sur toute sa longueur. Le temps pendant lequel les gaz de distillation sont soumis au traitement thermique est ainsi prolongé d'une manière éventuellement avantageuse.
Dans des fours à chambres horizontales qui sont chargés de gâteaux de houille pilonnés, il est régulièrement prévu comme chambre de cracking, de préférence, un canal de voûte spécial, ce qui peut être combiné avec une exécution particu lièrement basse de l'espace collecteur des gaz proprement dit.
On a encore trouvé que, outre le chauffage des parois de l'espace collecteur des gaz à partir des canaux de paroi, la hauteur de la charge de la chambre ou, en d'autres termes, l'écoulement de chaleur des canaux des parois de chauffe de l'espace de cokéfaction vers la surface de la charge de la chambre limitant l'espace collecteur des gaz, est aussi déter minant pour la température de l'espace collecteur des gaz.
La présente invention a aussi pour but de rendre également réglable cet écoulement de chaleur des canaux des parois de chauffe de l'espace de cokéfaction, par-dessus la charge de la chambre, vers l'espace collecteur des gaz. Ce but est atteint conformément à l'invention, en principe, du fait que la charge de la chambre est, dans chaque cas, régalée à une hauteur telle que l'écoulement de chaleur désiré des canaux des parois de chauffe de l'espace de cokéfaction vers la surface de la charge dans la chambre se trouve ainsi réglé.
Il est clair que, par divers réglages de la hauteur de la couche de houille au-dessus des canaux des parois de chauffe, on peut aussi obtenir une augmentation ou une diminution de la chute de température entre l'extrémité supérieure des canaux des parois de chauffe (appelée aussi endroit d'inversion dans le cas de canaux de chauffe jumelés) et la surface supérieure de la charge limitant vers le bas l'espace collecteur des gaz.
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La réalisation pratique du procédé d'après l'invention a lieu de préférence, dans le cas des fours à chambres horizontales connus pour la production de gaz et de coke conformément à l'invention, de telle manière que la barre de régalage servant à régaler la charge de la chambre puisse être actionnée à di verses hauteurs vis-à-vis de la charge de la chambre, et que l'ouverture de régalage prévue dans la porte de la chambre re - çoive une grandeur permettant le régalage de la charge de la chambre à la hauteur voulue dans chaque cas.
Comme, de ce fait, l'ouverture pour la barre de régalage se trouve, pour une charge élevée de la chambre, plus ou moins en dessous de la charge, l'invention prévoit, dans l'ouverture pour la barre de régalage, des moyens, par exemple des boucliers d'appui amovibles, pour soutenir la houille dans la chambre, même lorsque la barre de régalage se trouve placée haut, et empêcher ainsi que la houille tombe à travers l'ouverture de régalage prolongée vers le bas.
Une autre amélioration de l'invention est obtenue du fait que lesespaces de rassemblement desgaz de deux chambresvoi sines sont, à l'extrémité opposée à celle où est raccordé le tube montant, reliée entre eux par un tuyau par lequel des gaz de distillation peuvent passer d'une chambre dans la chambre voisine. Cette disposition permet de maintenir les gaz de dis tillation à une température déterminée pendant un temps plus long, ce qui est éventuellement d'un grand avantage pour la réalisation de certaines transformations des hydrocarbures.
Sur le dessin annexé, la fig.l est une coupe longitudinale verticale d'un four à coke à chambres horizontales établi d'après l'invention et aménagé pour le chargement par le déversement de la houille.
La fig.2 est une coupe transversale verticale suivant la ligne II-II de la fig.l.
La fig,3 est une coupe horizontale suivant la ligne III-III de la fig.l.
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.La fig. 4 est une coupe longitudinale verticale d'un four à chambres horizontales aménagé pour être chargé d'un gâteau de houille pilonné.
La fig.5, enfin, est une coupe transversale verticale suivant la ligne V-V de la fig.4.
Dans le four à coke représenté sur la fig.l, des chambres horizontales de cokéfaction alternent, de la manière connue, avec des parois dans lesquelles sont prévus des canaux de chauf- fe verticaux 2, 3. Les canaux de chauffe 2 et les canaux de chauffe 3 sont reliés par paires, à leur extrémité supérieure, par l'ouverture 4 et, à l'extrémité inférieure, par l'ouverture 5. On obtient ainsi, dans la paroi de chauffe, le chauffage en circuit connu. Le gaz et l'air comburant sont amenés aux canaux de chauffage, à leur extrémité inférieure, par des canaux 6 qui sont reliés de la manière connue aux régénérateurs non des- sinés.
Comme on le voit sur le dessin, l'ouverture de liaison su- périeure 4 des canaux de chauffe se trouve à une hauteur telle que, même après la descente de la charge dans la chambre ayant lieu pendant ou vers la fin de la cokéfaction, l'espace collec- teur des gaz 7 ne se trouve pas à portée des canaux de chauffe 2. Sur la fig. 2, on a indiqué, dans la chambre de gauche 8, la charge peu de temps avant son remplissage et, dans la chambre de droite 9, après la fin de la distillation. On reconnaît clairement la forte descente pendant le processus de cokéfaction.
La mesure de ce retrait vertical est variable. selon la nature du charbon cokéfié, on observe une descente de la charge dans @ la chambre jusque 500 mm. Il faut tenir compte de cela lorsqu'on choisit la position en hauteur de l'ouverture de liaison supé - rieure 4.
Au-dessus de chacun des canaux de chauffe 2, 3, il est prévu de petits canaux verticaux 10, 11 qui sont commandés par des registres 12 pouvant être atteints au moyen de barres de
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réglage à travers des ouvertures de voûte 13 pouvant être fermées. Les canaux 10 et 11 sont reliés entre eux par de petits canaux transversaux 14 en formant des canaux de chauffe en épingle à cheveux.
A portée du système de canaux supérieur, formé par les canaux 10, 11 et 14, se trouve l'espace collecteur des gaz 7 qui, dans le four représenté, sert en même temps de chambre de cracking.
Comme on le voit tout de suite, on peut, par une mise au point appropriée des registres 12, faire passer des canaux de chauffe 2, 3 à travers le système de canaux de chauffe supérieurs une quantité de gaz de chauffage telle qu'on obtient, dans chaque cas, le chauffage voulu des parois de la chambre de cracking 7.
Lorsqu'il s'agit de fours pour la cokéfaction à température moyenne de combustibles, donc dans lesquels on emploie de basses températures de cokéfaction et par conséquent aussi, en général, des températures relativement basses des canaux de chauffe, il est éventuellement avantageux d'établir la paroi de séparation entre la chambre de cracking et le système de canaux de chauffe supérieurs avec une plus petite épaisseur que la paroi de séparation entre l'espace de cokéfaction et les canaux de chauffe verticaux à courant en circuit 2, 3. On obtient de la sorte un chauffage, favorable dans des cas particuliers, de la chambre de cracking à des températures supérieures à celle de la paroi de la chambre de cokéfaction.
En outre, d'aprèsl'invention, la couche de maçonnerie 15 séparant le canal transversal 14 des canaux de chauffe 2, 3 est ,disposée à une hauteur telle qu'il ne puisse y avoir un trop fort écoulement de chaleur des canaux de chauffe 2, 3 dans les parties de la maçonnerie formant l'espace collecteur des gaz.
Pour le refroidissement de l'espace collecteur des gaz ou de la chambre de cracking, il est prévu, dans le four d'après la fig.l, et ce dans la voûte, des cheminées de refroidissement 16 servant en même temps d'ouvertures de chargement, lesquelles
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sont fermées vis-à-vis de l'espace collecteur des gaz par une brique de couverture 17 et peuvent être fermées au-dessus au moyen de couvercles 17a. En retirant les couvercles 17a, on est à même d'abaisser à la valeur désirée la température de la chambre de cracking dans son entièreté ou à des endroits déterminés.
A une extrémité de la chambre du four, il est encore prévu, de la manière habituelle, une ouverture pour le raccordement au tube montant 18.
La chambre 1-la destinée à recevoir la houille à cokéfier est fermée sur ses deux faces frontales, pendant le processus de cokéfaction, au moyen de portes 19 et 19a. pour le réglage de la température de l'espace collecteur des gaz, la charge de la chambre est régalée à diverses hauteurs, comme l'indiquent les lignes pointillées 8a. A.cet effet, il est prévu, dans la porte 19a, une ouverture oblongue 20 pouvant être fermée au moyen d'un couvercle 21. Cette ouverture sert à l'introduction de la barre de régalage 22, dont le support à rouleaux 23 repose sur des leviers coudés 24 qu'on peut faire osciller au moyen d'une tringle 25 et d'un engrenage 26.
Comme on le voit sur la fig.l, il est possible, par un changement de position convenable des leviers coudés 24, de faire agir la barre de réga- lage à diverses hauteurs par rapport à la chambre du four.
Dans l'ouverture 20 pour la barre de régalage sont prévues des saillies ou des évidements 27 dans lesquelles on peut fixer de manière interchangeable un bouclier d'appui 28. Ces évidements 27 se trouvent à diverses hauteurs, de sorte qu'il est possible de soutenir le bord supérieur de la houille à diverses hauteurs par rapport aux ouvertures de régalage prolongées vers le bas.
A l'extrémité de l'espace de rassemblement des gaz opposée à celle du raccordement au tube montant, il est prévu, dans la voûte du four, une ouverture 29 à laquelle est raccordé un tube en U 30. Ainsi que le fait voir la fig.2, le tube en U est établi de manière que les ouvertures 29 de deux chambres voisines soient
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reliées entre elles. Le tube en U 30 est utilement entouré par une matière mauvaise conductrice de la chaleur, Il est, en outre, muni d'un organe d'arrêt, avantageusement d'une lunette de Schmidt 31.
Le trajet des gaz de distillation dans le four à coke est visible sur la fig.5. Le tube montant 18 de la chambre du four 1 est par exemple fermé, tandis que le tube montant 18a de la chambre voisine la reste ouvert et que le tube en u 30 entre les deux chambres de cokéfaction est ouvert. Les gaz de distillation passent alors de la chambre 1, à travers le tube en U 30, dans l'espace collecteur des gaz de la chambre de four la et, de là, s'écoulent par le tube montant 18a.
Il est convenable, en général, d'effectuer le chargement et la vidange des chambres de manière que l'état de fonctionnement des deux chambres reliées entre elles diffère chaque fois d'une 1/2 période de distillation. Dans ce cas, il est possible de soumettre toujours les gaz de distillation au même traitement thermique, du fait que, par exemple, après le remplissage de la chambre 1 (v.fig.3), les gaz de distillation s'écoulent d'abord dans le sens des flèches 31, tandis que, après le remplissage de la chambre la, les gaz suivent, après l'inversion correspondante des organes d'arrêt des tubes montants et du tube en U 30, le trajet de sens opposé montré par les flèches 32.
Le four à coke représenté sur les figs.4 et 5 est prévu pour être chargé de gâteaux de houille pilonnés. Le système de chauffage de l'espace de cokéfaction, et de la chambre de cracking est, en principe, le même que dans le four d'après les fige.1 et 2.
L'espace collecteur des gaz 33 est, dans le four des figs.
4 et 5, établi avec une hauteur moindre. Au-dessus de l'espace collecteur des gaz, il est disposé dans la voûte du four un canal de cracking 34 qui communique avec l'espace collecteur des gaz par desouvertures calibrées 35. Lesouvertures 35 se trouvent en dessous d'ouvertures de voûte 36 et peuvent éventuelle-
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ment être commandées par des briques-registres 37.
Au milieu du four est raccordé à la chambre de cracking le tube montant 38 qui est garni intérieurement de maçonnerie réfractaire et constitue ainsi, en quelque sorte, un prolongement de la chambre de cracking 34.
Au refroidissement de la chambre de cracking servent ici aussi des cheminées de refroidissement 39 disposées dans la voûte du four.
Dans ce qui précède, on a décrit l'application de l'invention à des fours à chambres horizontales comportant des canaux de chauffe verticaux à courant en circuit. Mais l'invention n'est pas limitée à de tels fours, elle peut être appliquée avec un égal succès à tous les fours de cokéfaction.
En ce qui concerne la largeur des chambres de cokéfaction entre les parois de chauffe, il sera avantageux, pour obtenir un grand rendement en produits secondaires et conserver une température de cokéfaction relativement basse, qui est favorable pour cela, de choisir pour les chambres de cokéfaction une largeur non supérieure à environ 350 mm. Cette largeur des chambres est aussi favorable en tant qu'elle permet la réalisation économique de la cokéfaction à température moyenne, sans que, avec cette largeur des chambres, une influence nuisible soit exercée, au point de vue de la grosseur des morceaux, sur le coke éventuellement produit à haute température dans le même four.