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On connaît de nombreux procédés de carbonisation du charbon (houille ou lignite) permettant de produire rapidement par fluidisation un coke ou un semi-coke.
Dans ces procédés, le gaz de fluidisation est oxydant ou neutre et sa nature définit différents types de carbonisation. Souvent, le charbon est pré- chauffé à une température inférieure au début de pyrolyse, c'est-à-dire franche- ment en-dessous de 400 C
La chaleur nécessaire à l'entretien de la réaction de carbonisation provient soit d'une combustion partielle de la masse (cas du gaz de fluidisation oxydant), soit de la chaleur sensible du gaz de fluidisation (cas de gaz neutres, tels que des fumées chaudes ou vapeur surchauffées), soit du rayonnement des parois ou de tubes chauffants.
Dans tous ces procédés, on obtient avec des rendements et des qua.li' tés variables, du coke ou du semi-coke, du gaz combustible (plus ou moins dilué d'azote et d'anhydride carbonique), du groudron et de l'eau. Il est bien connu qu'une carbonisation à basse température (c'est-à-dire entre 450 et 600 C) pro- duit d'une part une semi-coke assez riche en produits volatiles légers et très réactifs, et d'autre part un gaz contenant beaucoup de goudron riche en produits de poids moléculaire élevé.
Le fait, dans ce cas, de réaliser la carbonisation en plusieurs étages comme uela a été tenté, ne peut apporter aucune amélioration en raison des difficultés de fonctionnement considérables dues aux goudrons prove- nant de la distillation des produits effectuée aux étages inférieurs et qui se condensent sur les produits des étages supérieurs en provoquant leur collage, ce qui empêche la fluidisation et interrompt rapidement la bonne marche du procédé.
Il est bien connu également qu'une carbonisation fluidisée à température plus élevée, voisine de 800 à 900 C produit beaucoup moins de goudron (plus fortement craqué),tandis que le coke obtenu est peu réactif et contient peu de matières volatiles (de l'ordre de 2 à 3 %) Par contre, on ne connaît pas à l'heure actuel- le de procédé permettant d'obtenir à la fois un goudron abondant peu craqué et un coke peu réactif à très faible teneur en matières volatiles. La présente invention a pour objet un procédé permettant d'obtenir ce résultat, ainsi qu'un réacteur de carbonisation par fluidisation pour l'application de ce procédé.
Le procédé selon l'invention consiste essentiellement à carboniser à haute température, par fluidisation, le semi-coke obtenu par carbonisation, à basse température, par fluidisation, de charbon cru, l'agent de fluidisation pour cette carbonisation à basse température étant constitué par les gaz provenant de la carbonisation à haute température.
L'appareil pour l'application du procédé ci-dessus est constitué d'un réacteur à deux étages, comprenant un étage de carbonisation par fluidisation à basse température des fines crues alimenté en agent de fluidisation par une gril- le appropriée, et comprenant un étage de carbonisation par fluidisation à haute température du semi-coke provenant del'étage précédent, des moyens appropriés étant prévus pour utiliser les gaz provenant du second étage comme agent de fluidisation du premier étage.
On voit que suivant le procédé selon l'invention on introduit dans le système : d'une part, des fines crues (généralement préchauffées en-dessous de 300 à 400 C selon la nature du charbon); d'autre part, un agent de fluidisation unique et qu'on recueille, d'une part, un coke de haute température provenant du second étage de traitement, d'autre part, des gaz contenant les produits de distil- lation à basse température du premier étage.
Ces gaz contenant une forte quantité de goudron riche en produits de poids moléculaire élevé se trouvent préservés de toute action brutale, puisqu'ils sont prélevés directement dans la zone favorable à la formation abondante de gou- dron et évacués pour être condensés avant toute action thermique de craquage préju- diciable. D'autre part, ils ne peuvent avoir aucune action de collage sur les pro- duits de l'autre étage.
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Le procédé a plusieurs avantages : après dégoudronnage et débenzolage, le gaz produit se trouve être d'un pouvoir calorifique élevé, très supérieur à celui des gaz provenant des procédés de carbonisation par fluidisation en un seul étage; on récupère la chaleur sensible du gaz jusqu'à la température de pré- carbonisation, ce qui améliore.le rendement thermique de l'installation.
D'autres avantages et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après faite en regard des dessins annexés, représentant schéma- tiquement et simplement à titre d'exemple, une application possible du procédé se- lon l'invention dans le cas de la carbonisation par combustion partielle. Mais étant entendu que l'application est tout aussi bien réalisable dans le cas de la carbonisation par la chaleur sensible de l'agent de fluidisation et dans le cas de la carbonisation par paroi ou tubes chauffants.
La figure 1 sur les dessins annexés représente une forme de réalisa- tion d'un appareil pour l'application du procédé selon l'invention.
La figure 2 représente une installation de production de goudron et de coke par le procédé selon l'invention.
Afin de permettre une claire compréhension du procédé conforme à l'invention, on va décrire particulièrement ce procédé, dans le cas de la carboni- sation par chauffage'interne en se référant à la figure 1.
Sur cette figure 1, qui a pour but de permettre l'exposé du principe de l'invention; 1 désigne un réacteur à deux étages; ¯2 l'étage de précarbonisa- tion; 3 l'étage de carbonisation proprement dit; 4., l'arrivée du charbon; 2 l'arrivée du gaz de fluidisation ; le cyclone dépoussiéreux pour la récupéra- tion des gaz ; 7,la tubulure permettant l'écoulement du semi-coke formé à l'étage 2, vers l'étage 3; et 8 la tubulure permettant le débordement et l'évacuation du coke de fluidisation formé à l'étage 3.
D'une façon plus particulière, le réacteur de carbonisation 1 est un appareil à double étage où gaz et solides circulent à contre courant d'un étage à l'autre. Le charbon pénètre par 4, à une température t normalement comprise entre 200 et 320 C, dans l'étage de précarbonisation 2 où il se trouve fluidisé par les gaz portés aux environs de 800 C provenant de l'étage inférieur 3. Une partie de la chaleur sensible de ces gaz se trouve ainsi récupérée, ce qui fait subir au charbon une précarbonisation à basse température (usuellement comprise entre 400 et 55000) qui le transforme en semi-coke.
De cet étage 2, le semi-coke passe, par l'intermédiaire de la tubulu- re 7, dans l'étage de fluidisation inférieur 3, qui est l'étage de carbonisation proprement dit, où il est porté à une température normalement comprise entre 750 et 85000 et transformé par chauffage interne en un coke à peu près complète- ment dégazé qui déborde par le trop plein 8 à la sortie duquel on peut le récupé- rer.
Le gaz contenant de l'oxygène servant à assurer ce chauffage interne peut être froid ou chaud ; onaura souvent intérêt à utiliser de l'air préchauffé à une température t2 comprise normalement entre 400 et 600 C, qui sera introduit en 5.
Usuellement, il ne se dégage pas ou très peu de goudron au cours de la carbonisation dans cet étage inférieur 3. Les gaz quittant cet étage aux envi- rons de 800 0 peuvent fournir, au moins en grande partie, la chaleur nécessire pour porter le charbon de l'étage 2. de la température t à laquelle il est in- troduit en 4 à la température de précarbonisation en cédant une partie de leur chaleur sensible.
Par contre, une quantité importante de goudron basse température se dégage dans l'étage de précarbonisation 2, ce goudron étant entraîné par les gaz quittant l'appareil après dépoussiérage à la façon connue par']intermédiaire d'un cyclone 6.
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Ainsi est atteint le double objectif de fabriquer une forte quantité de goudron et un coke presque entièrement dégazé.
On indiquera maintenant les moyens de réglage nécessaires dont on dispose; en général, en effet, les températures des deux étages 2 et 3 seront -déterminées par des considérations diverses telles que la qualité des produits à obtenir, l'économie etc... Or, il est évident que la température de l'étage de précarbonisation 2 dépend de la température de l'étage de carbonisation 3 c'est-à-dire que, cette dernière température une fois choisie, la température de précarbonisation ne pourrait pas être choisie arbitrairement si on ne disposait pas de moyens de réglage.
Ces moyens de réglage sont ceux exposés ci-après, étant entendu qu'ils peuvent être utilisés ensemble ou séparément dans le même appareil : - La température t1 de réchauffage du charbon ; tion ; - La température t2 du gaz fluidisant et, éventuellement sa composi- - L'addition d'air, de gaz inerte ou d'eau en un ou plusieurs points choisis du circuit de gaz, en aval du lit fluidisé à haute température, par exem- ple dans le lit fluidisé de précarbonisation, ou encore entre les deux lits fluidi- sés; - Un refroidissement ou un chauffage indirect en une ou plusieurs zones choisies de l'installation.
En plus des avantages déjà cités ou ressortant directement de la description ci-dessus, que le procédé suivant l'invention présente par rapport aux procédés de carbonisation en un seul étage, on peut noter que le pouvoir calorifique du gaz fabriqué est augmenté et que la récupération de la chaleur sensible du gaz est assurée jusqu'à la température de précarbonisation, ce qui améliore le rendement thermique de l'installation.
Dans la figure 1 illustrant le procédé ,on a superposé les étages 2 et 3 mais il va de soi que le traitement peut être fait dans deux réacteurs séparés, dont les positions relatives peuvent être arbitrairement choisies pourvu que le principe décrit plus haut pour obtenir à la fois une forte production de goudron et un coke presque entièrement dégazé soit respecté.
D'autre part, il est important de noter que la description a été faite dans le cas de la carbonisation par chauffage interne mais que le procédé décrit peut également s'appliquer à la carbonisation par fluide chaud ou à la carbonisation par chauffage externe où à une combinaision de ces deux processus étant donné que l'emploi d'un ou de plusieurs des moyens de réglage signalés plus haut pourra toujours permettre de choisir dans de larges limites les tempé- ratures des deux étages de carbonisation.
On va maintenant décrire, toujours à titre purement explicatif et nullement limitatif, une installation de production de goudron et de coke appli- quant le procédé suivant l'invention qui vient d'être décrit, en se référant à la figure 2.
L'installation représentée est d'un type classique, mais diffère des autres installations par le fait qu'elle comporte un réacteur ou fluidiseur de carbonisation du type décrit précédemment à la figure 1, c'est-à-dire dans lequel on récupère directement la chaleur sensible des gaz sortant de l'étage de carboni- sation à 800 C et dont on se sert pour précarboniser en le transformant en semi- coke aux environs de 500 C le charbon qui a été préalablement préchauffé aux en- virons de 300 C, dans un appareil indépendant qui sera décrit en détail plus loin.
Dans un but de simplification, on a désigné les éléments identiques par les mêmes références que sur la figure 1.
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Le préchauffage de l'air, introduit dans le réacteur en 5, est assu- ré au moyen d'un réchauffeur d'air classique 2 alimenté par un surpresseur 10 et chauffé au gaz dans un foyer 11.
Le préchauffage du charbon, introduit dans le réacteur en 4, est assuré lui-même par fluidisation dans un fluidiseur séparé 12 comportant un foyer sous pression 13 qui produit des fumées neutres chaudes.
Le charbon humide constitué de fines lavées non broyées est amené en continu, par l'intermédiaire d'une trémie d'alimentation 14, dans le lit 15 où il est fluidisé par les fumées chaudes venant du foyer 13. Le charbon chaud sort par débordement dans la tubulure 4 par laquelle il est amené dans l'étage., de précarbonisation 2 du réacteur 1. Les fumées chaudes sortant du fluidiseur 12 sont dépoussiérées par un cyclone 16, avant d'étre envoyées dans l'atmosphère.
Le coke formé à l'étage de carbonisation proprement dit 3 sort par débordement dans la tubulure 8 qui l'achemine dans un refroidisseur 17 fonction- nant lui-même par fluidisation. Le coke chaud provenant du réacteur est intro- duit dans un lit 18 fluidisé'par un gaz froid quelconque, air ou fumées par exemple, qui est introduit à la base du fluidiseur par un surpresseur 19. La plus grande partie du refroidissement est assurée par une injection d'eau 20 dans le lit fluidisé 18. L'évaporation de l'eau est instantanée et provoque l'abaissement de la température du lit aux environs de 70 C. Le coke ainsi refroidi et absolu- ment sec sort par débordement dans une canalisation 21 pour être acheminé vers le stockage ou la mise en wagons.
Les fumées sortant du fluidiseur 17 sont dépous- siérées par un cyclone 22, avant d'être envoyées dans l'atmosphère.
Quant aux gaz sortant aux envrions de 500 C de l'étage de précarboni- sation 2 ils sont tout d'abord dépoussiérés par le cyclone 6, comme on l'a vu pré- cédemment, puis sont débarassés des goudrons qu'ils contiennent ; à cet effet ils sont acheminés par une canalisation 23, dans une ligne de condensation comprenant différents appareils montés en série et qui sont : - Une colonne à arrosage d'huile désignée dans son ensemble par 24,la- quelle assure:dans un premier étage 25, la récupération du brai et le refroidisse- ment des gaz à une température de l'ordre de 250-300 C puis, dans un deuxième étage 26, la récupération d'une partie de l'huile;
- Un électrofiltre 27 qui débarasse les gaz de leur huile moyenne sans que celle-ci soit mélangée à de l'eau, la température des gaz y étant ramenée à une température voisine de 100 C; - Un condensateur indirect 28 où les gaz sont refroidis à la tempé- rature d'utilisation.
Pour obtenir un gaz parfaitement froid, sec et déshuilé, il peut-être avantageux de faire passer les gaz dans un deuxième électrofiltre 29.
Il va de soi que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif et qu'on pourra y apporter des modifi- cations de détail sans sortir du cadre de la présente invention.