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La présente invention concerne un procédé-de traitement thermique du charbon employant la technique du lit fluidité.
Elle concerne également un appareil pour l'application du procédé en continu.
L'invention consiste en perfectionnements des procédés dans lesquels on traite en lit fluidisé des fines de houilles avec apport de chaleur et appoint de gaz de fluidisation par une combustion partielle de la .nasse .
Elle s'applique plus généralement aux procédés de carbonisation à haute ou basse température dans lesquels le but essentiel à atteindre est la production de coke ou de semi-coke granuleux ou pulvérulento
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L'invention est caractérisée par le fait qu'on brûle une partie des gaz de la pyrolyse et qu'on les emploie pour obtenir simultanément le préchauffage par fluidisation du produit à traiter et le craquage des goudrons contenus dans les gaz de la pyrolyse.
L'invention est encore caractérisée par l'utilisation en circuit fermé de fumées combinées avec une injection d'eau pour refroidir par fluidisation le produit solide fabriqué.
L'invention concerne également un appareil nouveau pour la mise en oeuvre du procédé. Cet appareil est une cornue verticale à trois étages, ces trois étages étant disposés respectivement de bas en haut : pour le traitement de carbonisation par fluidisation, pour la combustion partielle des gaz de pyrolyse et leur réchauffage, et pour le préchauffage des fines de houille par fluidisation avec les gaz provenant de l'étage précédent.
D'autres avantages et particularités de l'invention ressortiront des descriptions faites ci-après en regard des dessins annexés, sur lesquels :
La figure 1 représente le schéma d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
La figure 2 représente une forme de réalisation particulière d'un appareil nouveau pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
Ces installations' et appareil sont conçus pour le traitement decarbonisation par fluidisation de 500 C à 900 C environ, d'une houille en vue de lbbtention d'un semi-coke granuleux, avec préchauffage aux environs de 300 C à 400 C et éventuellement de l'air à une température qu'il y a intérêt à prendre aussi élevée que possible mais qui, si l'on s'en tient aux solutions techniques simples et classiques, sera généralement de l'ordre de 500 C.
Le gaz de pyrolyse réchauffé à 1000 C par combustion partielle sert @ préchauffage du produit.
L'installation représentée sur la figure 1 comprend essentiellement un réacteur de carbonisation par fluidisation 1, une chambre de combustion 2, une chambre de séchage et préchauffage par fluidisàtion 3 et une chambre de refroidissement 4.
La traitement de carbonisation s'effectue dans le réacteur 1 approvisionné en produit cru chaud par une conduite 5 et un distributeur 6.
Le fluide de traitement par fluidisation (généralement de l'air) est amené par une conduite 7 après avoir été réchauffé dans la chambre de combustion 2. Le débit de fluide et le débit de fines sont ajustés pour maintenir la masse fluidisée contenue dans la cornue 1 à la température de traitement par combustion partielle au sein du lit.
Les gaz provenant de la réaction sont évacués dans la chambre de combustion 2 par une conduite 8 après avoir été dépoussiérés par un cyclone 9.
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Les poussières récupérées sont réintroduites dans le réacteur par une conduite 100
Dans la chambre de combustion 2, on obtient une combustion partielle des gaz par un apport d'air préchauffé ou non amené par une con- duite 11 Il ne s'agit que d'unecombustion très partielle de sorte que le gaz con- serve un pouvoir calorifique élevé.
La combustion est réglée pour obtenir une température de l'ordre de 900 C ou plus, ce qui provoque le craquage des produits condensables.
Les gaz réchauffés sont envoyés dans une conduite 12 par laquelle ils sont introduits dans la chambre 3 pour sécher et chauffer par fluidisation le produit cru.
La chambre de séchage et préchauffage 3 est approvisionnée en produit cru par une conduite 13 et un alimentateur 14 approvisionné lui-même par une trémie 15. Le produit chaud et sec est transféré dans le réacteur 1 par le distri- buteur 6.
Le rapport des débits de gaz chaud et de charbon dans la chambre 3 est ré- glé pour que la température y reste à la température fixée, généralement comprise entre 300 et 400 C.
Les fumées partiellement refroidies sont dépoussiérées par un cyclone 16 et évacuées en 17. Une canalisation 19 apporte des fumées neutres en appoint suffisant pour compenser les pertes dans un circuit fermé 20 qui sert à refroidir par fluidisation le produit final dans la chambre de refroidisse- ment 4 alimentée en produit traité provenant du réacteur 1 par une canalisation 21 et un alimentateur 22.
Le refroidissement du circuit fermé est assuré par un refroidissur 230 Une arrivée d'eau 24 permet de régler la température de l'extinction.
Le produit refroidi est extrait en 25 en vue de.,son utilisation.
La cornue représentée sur la figure 2 comprend un réacteur de carbonisation par fluidisation 51, une chambre ,de combustion 52 et une chambre de séchage par fluidisation 53.
Le traitement de carbonisation s'effectue dans la cornue 51, approvisionnée en produit cru chaud par une conduite 54 et un distributeur 550 Le fluide de traitement par fluidisation est amené par une conduite 56 sortant d'un échangeur de température 60.
Le débit de fluide et le débit de fines sont ajustés pour maintenir la masse fluidisée contenue dans la cornue 51 à la température de traitement par combustion partielle au sein du lit.
Les gaz provenant de la réaction sont évacués dans la chambre de com- bustion 52 par un canal 57. La combustion partielle de ces gaz est obtenue par un appoint d'air préchauffé ou non amené par une conduite 580 La combustion très partielle est réglèe pour obtenir une température voisine de 900 C ou plus, ce qui provoque le craquage des produits condensables.
Une partie des gaz est envoyée à l'échangeur de température 60 par une conduite 59 pour être évacués ensuite par une conduite générale 680 Mais la plus grande partie des gaz provenant de la chambre de combustion 52 sert à sécher et chauffer par fluidisation le produit cru.
A cet effet, un canal 61 fait communiquer directement de la chambre de combustion 52 avec la chambre de séchage 53. Cette chambre de séchage en lit fluidisé est approvisionnée en produit cru par une conduite 62 et un alimentateur 63 approvisionné lui-même par une trémie 64.
Le produit chaud et sec est transféré comme il a déjà été dit dans le réacteur 51 par le distributeur 55.
Le rapport des débits de gaz chauds et de charbon dans la chambre 53 est ré- glé pour que la température y reste à la valeur fixée qui sera généralement
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comprise entre 300 ,et 400 C.
Les gaz partiellement refroidis sont évacués en 65 et passent dans un cyclo- ne 66 d'où les porssères sont réintroduites dans la chambre de séchage en 67. Les gaz dépoussiérés sont évacués en 68. Des fumées neutres froides sont introduites en 70 en fonction des pertes dans un circuit fermé 71 qui sert à refroidir par fluidisation le produit final dans une chambre de refroidis- sement 72 alimentée en produit traité provenant du réacteur 1 par une cana- lisation 73 et un alimentateur 74. Le refroidissement du circuit fermé est assuré par un refroidisseur 77. Une arrivée d'eau 76 permet de régler la température d'extinction. Le produit refroidi est extrait en 75 en vue de son utilisation.
La montée en température des grains est extrêmement rapide, ce qui permet de franchir rapidement la phase plastique et réduit les risques de collage.
Le préchauffage du charbon et éventuellement de l'air, réduit la quantité de chaleur à fournir au charbon dans le four de carbonisation, donc la combustion partielle à réaliser.
Il en résulte une amélioration des rendements en semi-coke et en gaz.
La qualité du semi-coke est améliorée par abaissement de sa teneur en cendres.
Le pouvoir calorifique du gaz est amélioré par suite de la moindre dilution par des fumées (azote et gaz carbonique).
On notera que comme dans la plupart des procédés de carbonisation par fluidisation il est avantageux de préchauffer l'air ou le gaz de traitement. On remarquera dans le procédé selon l'invention que ce préchauf- fage peut être soit en parallèle avec celui du charbon (figure 2), soit en série (figure 1).
La combustion partielle des gaz de pyrolyse à une température suffisante dans la chambre de combustion 2 ou 52, a pour avantage de craquer les produits condensables, ce qui permet d'utiliser le gaz débarras-- sé de ces produits pour préchauffer par fluidisation les produits crus con- tenus dans la chambre 3 ou 53, sans risque de condensation des goudrons.
En même temps, ce gaz est disponible sous une pression qui permet la flui- disation dans ledit étage de préchauffage 3 ou 53.
L'extinction par injection d'eau dans la chambre de refroidisse- ment 4 ou 72, combinée avec la fluidisation à l'aide de fumées introduites en 19 ou 70, est intéressante dans le cas de carbonisation à basse tempé- rature où l'on a affaire à un produit solide très réactif qu'il faut refroidir très rapidement à l'abri de l'air pour éviter les réinflammations spontanées
Il va de soi que l'invention n'a été décrite qu'à titre explicatif et non limitatif et qu'en particulier on pourra, sans sortir de son cadre, modifier les conditions de carbonisation et changer le taux de gazéification par l'utilisation d'autres fluides que l'air, tels que l'oxygène, la vapeur d'eau, les fumées oxydantes, ou tout autre fluide de pratique courante ou leurs mélanges.
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The present invention relates to a method of heat treatment of coal employing the fluidity bed technique.
It also relates to an apparatus for the application of the continuous process.
The invention consists of improvements to processes in which coal fines are treated in a fluidized bed with the addition of heat and the addition of fluidization gas by partial combustion of the .nasse.
It applies more generally to high or low temperature carbonization processes in which the essential aim to be achieved is the production of coke or of granular or pulverulent semi-coke.
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The invention is characterized in that part of the pyrolysis gases are burned and that they are used to simultaneously obtain preheating by fluidization of the product to be treated and the cracking of the tars contained in the pyrolysis gases.
The invention is further characterized by the use in a closed circuit of fumes combined with an injection of water to cool the solid product produced by fluidization.
The invention also relates to a novel apparatus for carrying out the method. This apparatus is a three-stage vertical retort, these three stages being arranged respectively from bottom to top: for the carbonization treatment by fluidization, for the partial combustion of pyrolysis gases and their reheating, and for the preheating of coal fines by fluidization with gases from the previous stage.
Other advantages and features of the invention will emerge from the descriptions given below with reference to the appended drawings, in which:
FIG. 1 represents the diagram of an installation for implementing the method according to the invention.
FIG. 2 represents a particular embodiment of a new apparatus for implementing the method according to the invention.
These installations' and apparatus are designed for the treatment of carbonization by fluidization of approximately 500 C to 900 C, of a hard coal for the purpose of obtaining a granular semi-coke, with preheating to around 300 C to 400 C and possibly of air at a temperature that it is advantageous to take as high as possible but which, if we stick to simple and conventional technical solutions, will generally be of the order of 500 C.
The pyrolysis gas heated to 1000 C by partial combustion is used to preheat the product.
The installation shown in Figure 1 essentially comprises a carbonization reactor by fluidization 1, a combustion chamber 2, a drying and preheating chamber by fluidization 3 and a cooling chamber 4.
The carbonization treatment is carried out in the reactor 1 supplied with hot raw product by a pipe 5 and a distributor 6.
The fluidization process fluid (generally air) is supplied through a line 7 after being reheated in the combustion chamber 2. The fluid flow rate and the fines flow rate are adjusted to maintain the fluidized mass contained in the retort. 1 at the partial combustion treatment temperature within the bed.
The gases resulting from the reaction are discharged into the combustion chamber 2 via a pipe 8 after having been dusted by a cyclone 9.
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The recovered dust is reintroduced into the reactor via a line 100
In the combustion chamber 2, a partial combustion of the gases is obtained by a supply of preheated air or not supplied by a duct 11 This is only a very partial combustion so that the gas retains a high calorific value.
The combustion is regulated to obtain a temperature of the order of 900 ° C. or more, which causes cracking of the condensable products.
The heated gases are sent to a pipe 12 through which they are introduced into the chamber 3 to dry and heat the raw product by fluidization.
The drying and preheating chamber 3 is supplied with raw product by a pipe 13 and a feeder 14 which is itself supplied by a hopper 15. The hot and dry product is transferred into the reactor 1 by the distributor 6.
The ratio of the hot gas and coal flows in chamber 3 is adjusted so that the temperature there remains at the set temperature, generally between 300 and 400 C.
The partially cooled fumes are dusted off by a cyclone 16 and evacuated at 17. A pipe 19 provides neutral fumes as a supplement sufficient to compensate for the losses in a closed circuit 20 which serves to cool the final product by fluidization in the cooling chamber. 4 supplied with treated product coming from the reactor 1 via a pipe 21 and a feeder 22.
The closed circuit cooling is provided by a cooler 230 A water inlet 24 makes it possible to adjust the extinguishing temperature.
The cooled product is taken out for use.
The retort shown in Figure 2 comprises a fluidization carbonization reactor 51, a combustion chamber 52, and a fluidization drying chamber 53.
The carbonization treatment is carried out in the retort 51, supplied with hot raw product by a pipe 54 and a distributor 550 The fluidization treatment fluid is supplied by a pipe 56 leaving a temperature exchanger 60.
The fluid flow rate and the fines flow rate are adjusted to maintain the fluidized mass contained in the retort 51 at the treatment temperature by partial combustion within the bed.
The gases resulting from the reaction are discharged into the combustion chamber 52 via a channel 57. The partial combustion of these gases is obtained by adding preheated air or not supplied by a pipe 580 Very partial combustion is regulated to obtain a temperature close to 900 ° C. or more, which causes cracking of the condensable products.
A portion of the gases is sent to the temperature exchanger 60 through a pipe 59 to be subsequently discharged through a general pipe 680 But most of the gases coming from the combustion chamber 52 are used to dry and heat the raw product by fluidization. .
For this purpose, a channel 61 communicates directly from the combustion chamber 52 with the drying chamber 53. This fluidized bed drying chamber is supplied with raw product by a pipe 62 and a feeder 63 which is itself supplied by a hopper. 64.
The hot and dry product is transferred as has already been said into the reactor 51 by the distributor 55.
The ratio of the flow rates of hot gas and coal in chamber 53 is adjusted so that the temperature there remains at the fixed value which will generally be
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between 300, and 400 C.
The partially cooled gases are evacuated at 65 and pass through a cyclone 66 from where the porsseres are reintroduced into the drying chamber at 67. The dust-free gases are evacuated at 68. Cold neutral fumes are introduced at 70 depending on the requirements. losses in a closed circuit 71 which serves to cool the final product by fluidization in a cooling chamber 72 supplied with treated product coming from the reactor 1 by a pipe 73 and a feeder 74. The closed circuit is cooled by a cooler 77. A water inlet 76 makes it possible to adjust the extinguishing temperature. The cooled product is extracted at 75 for use.
The temperature rise of the grains is extremely rapid, which makes it possible to quickly cross the plastic phase and reduces the risks of sticking.
Preheating the coal and possibly the air reduces the amount of heat to be supplied to the coal in the carbonization furnace, and therefore the partial combustion to be carried out.
This results in improved semi-coke and gas yields.
The quality of the semi-coke is improved by lowering its ash content.
The calorific value of the gas is improved as a result of the least dilution by fumes (nitrogen and carbon dioxide).
It will be noted that, as in most carbonization processes by fluidization, it is advantageous to preheat the air or the process gas. It will be noted in the process according to the invention that this preheating can be either in parallel with that of the carbon (FIG. 2), or in series (FIG. 1).
The partial combustion of the pyrolysis gases at a sufficient temperature in the combustion chamber 2 or 52 has the advantage of cracking the condensable products, which makes it possible to use the gas freed from these products to preheat the products by fluidization. raw contained in chamber 3 or 53, without risk of tar condensation.
At the same time, this gas is available under a pressure which allows fluidization in said preheating stage 3 or 53.
The extinction by injection of water into the cooling chamber 4 or 72, combined with the fluidization using fumes introduced at 19 or 70, is advantageous in the case of carbonization at low temperature where the we are dealing with a very reactive solid product that must be cooled very quickly away from air to avoid spontaneous re-ignition
It goes without saying that the invention has been described only for explanatory and non-limiting purposes and that in particular it is possible, without departing from its scope, to modify the carbonization conditions and to change the gasification rate by using fluids other than air, such as oxygen, water vapor, oxidizing fumes, or any other fluid in common practice or their mixtures.