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Procédé et dispositif pour la gazéification discontinue de combustibles riches en cendres, et éventuellement bitumi- neux ". ------------------------ ------------------------------- tirer parti on a déjà, tenté à de multiples reprises de tirer parti de la teneur en combustible de combustibles riches en gendres obtenus dans les charbonnages, c'est-à-dire par exemple de stériles de lavage, ou de schistes huileux . La quantité extrade ordinaire de ces combustibles de quelaié inférieure, qui est obtenue et la nécessité d'utiliser même lederniera restes de matiéres ayant de la valeur au point de vue énergétique posent au spécialiste des problèmes intéressants.
On a proposé de fabriquer, à partir de combustibles bitumineux, riches en cendres, un gaz inflammable et des produits stillation liquides, en soumettant le combustible chaleur distil oombiné gazéification . Ira chaleur processus combiné de dégazage gazéification. chaleur produite lors de la gazéif ication de la fraction fixe de produite lors de la carbone du combustible à l'aide d'air ou de vap our d'eau , de-
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vait servir à extraire la teneur en bitume du combustible par dégazage, et à la récupérer . Les essais qui ont été faits de réaliser cette opération en continu n'ont pas donné des résul- tats utilisables au point de vue technique et économique .
L'agglutination régulière de la matière cendreuse aux températu- res de réaction qui s'établissent ne permettait ni de diriger la réaction même, ni d'évacuer sans encombres du dispositif de gazéification la substance qui avait été soumise à la réaction.
On a en conséquence tenté de réaliser la gazéification en discontinu, en chargeant de combustible riche en cendres un réservoir cylindrique, en allumant le combustible à la surface en aspirant en surface de l'air de gazéification, éventuelle- ment en mélange avec de la vapeur d'eau, eten poursuivant une réaction de gazéification, le tirage étant dirigé de haut en bas, jusqu'à ce que la zone de réaction fût , par progression lente, arrivée à l'extrémité inférieure de l'appareil de gazéi- fication.
Lorsqu'on travaillait , comme décrit ci-avant, dans des réservoirs dont le diamètre ne dépassait pas 1 m, le procédé pou- vait %tre mis en oeuvre sans très grandes difficultés techni- ques, mais il n'y avait pas de possibilité d'en faire une exploitation de caractère économique . Lorsqu'on travaillait avec de plus grandes unités, on rencontrait les difficultés déjà. décrites dans le brevet français 870.287. Elles consistaient en ce que la substance riche en cendres qui avait été soumise à réaction s'agglutinait en masses compactes, en sorte que son extraction après combustion de la charge était rendue plus difficile .
De plus, on dut observer que la réaction,sur- tout dans les zones les plus basses, n'englobait pas uniformé- ment toute la section transversale de la matière à gazéifier, mais au contrairene se propageait , de haut en bas, qu'exclusi- vement le long de la paroi du réservoir. Ce phénomène,que l'on a appelé en allemand "Randfeuer" (f eu marginal) , entrait dans le procédé une diminution de rendement dans une double di- rection..
D'une part, une partie du combustible devait, après
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combustion de la charge, être extrait sans qu'il eût changé de forme, c'est-à-dire sans avoir été utilisé, et.d'autre part, on pouvait constater que, dans ces parties de la charge qui n'a- vaient pas réagi , des produits de distillation liquides s'é- taient précipités à partir de la partie de la charge qui avait réagi complètement , produits qui ainsi échappaient également à leur utilisation.
Le problème posé par les constatations mentionnées est donc, en premier lieu, de faire en sorte que le noyau n'ayant à peu près pas réagi et qui a en coupe longitudinale une section/paraboli- que soit également saisie par la réaction, et, en second lieu, d'éviter qu'après que la masse totale a réagi complètement, des difficultés se produisent lors de l'extraction de la matière qui a réagi.
Dans le brevet français 870. 287, il est déjà décrit un procédé suivant lequel on évite une agglutination de la matière cendreuse qui a réagir , en aspergeant d'eau à l'état liquide la surface de la cendre qui a réagi, ce qui évite un réchauffa- ge poussé de l'air de gazéification lorsqu'il traverse la cen- dre qui a réagi . On transforme donc en chaleur latente, la chaleur sensible de la cendre quia réagi, on exclut un ré- chauffage poussé de l'agent de gazéification, et l'on agit ainsi dans le sens d'un abaissement de la température dans la zone de gazéification proprement dite .
Suivant le procédé dé- c;rit dans le brevet , et pour autant que l'on travaille dans des réservoirs d'assez grande hauteur, l'eau n'est pas appli- quée exclusivement sur la surface supérieure de la matière cendreuse qui a réagi complètement, mais, au fur et à mesure de la progression de la réaction, elle est également introduite, à, l'aide de tuyaux, dans les zones plus profondes dela cendre soumise à réaction.
La quantité d'eau ajoutée est déterminée suivant la vitesse de la progression de la réaction de gazéif i- cation, et présuppose donc une connaissance précise de l'état de la gazéification à tout moment, car un excès d'eau ferait
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arrêter la réaction, et une insuffisance entrainerait une ..3-
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agglutination de la cendre par fusion, ce que l'on voulait précisément éviter.
Or , suivant l'invention, on a constaté qu'il est passible
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de .i,Jl'C,licl1\.-,,'r UI.:j r'H'-.tr- ,,.L.,ït c7. le- ..1,-1¯;c, même dans des grandes unités, c'est-à-dire larges et hautes, lorsqu'on subdi- vise la chambre de remplissage d'un grand récipient de réaction à. l'aide d'éléments intérieure ou garnitures remplis d'eau.
Il s'est avéré que l'on peut arriver à une réactioncompléte lorsque la distance entre l'élément rempli d'eau et la paroi du récipient de réaction, ou entre plusieurs éléments remplis d'eau, ne dépasse pas environ 1 m. Les meilleurs résultats sont obtenus pour une distance de 60 cm. environ . La réaction se propage en profondeur au moins jusqu'où vont le ou les éléments placés dans le récipient de réaction.
Les éléments consistent en récipients fermés dans le bas et latéralement . Pour la misa en oeuvre du procédé, il convient de placer dans le récipient de gazéification vide, des éléments, de préférence en forme de cellules étroites, qui ont à peu près la longueur du récipient de gazéification . Après qu'on a versé la matière à gazéifier et que les éléments ont été remplis d'eau, la matière à gazéifier est allumée à la surface. Les gaz a qui sa forment sont aspirés pour le dessous du récipient de gazéi fication jusqu'à ce que la réaction soit parvenue au fond du récipient. L'eau vaporisée dans les éléments p3ndant la réaction est constamment remplacée . Lorsque la charge a complètement brü- le,3 éléments sont enlevés et le récipient est vidé.
A cette occasion, on a constaté que la cendre qui avait réagi n'était pas agglutinée, ou ne l'était que faiblement,qu'il y avait à peine des nids de combustible n'ayant pas réagi, en sorte que le combustible était transformé pratiquement quantita- tivement au cours de la réaction. Par la subdivision de l'espace du récipient, on crée des foyers (ou feux) marginaux addition- nels. Les éléments agissent de façon analogue à des parois de ré-
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cipient. On peut de la'sorte provoquer, en pratique dans toute la section transversale du récipient, les effets de "foyer marginal" désormais désirés.
Le procédé suivant la présente demande de brevet n'exige aucune espèce de direction. Il se règle automatiquement quant aux températures qui se produisent au cours de la réaction. Par l'emploi des éléments , on s'oppose par une action d'équilibrage à une élévation excessive de la température dans la zone de gazéi . fication. Les éléments enlèvent de la chaleur à la zone de gazéi- gagement fication . A un accroissement du déunxxxxxxxxx de chaleur corres- pond une augmentation de vaporisation de l'eau dans les éléments.
En outre, la modification-liée à une augmentation de la produc- tion de vapeur d'eau-de la composition de l'agent de gazéification au point de vue de la fraction de vapeur d'eau, provoquer une aug - mentation de la formation de gaz à l'eau dans la zone de réac- tion , ce par quoi la température dans celle-ci est abaissée.
Si, temporairement, par suite d'une irrégularité de composition du combustible il se dégage moins de chaleur, le dégagement de vapeurs d'eau dans les éléments rétrograde, et la teneur en vapeur d'eau de l'agent de gazéification est diminuée au profit de réactionsexo,thermiques.
Il est possible en principe de diriger la réaction au point de vue thermique uniquement par l'emploi d'éléments remplis d'eau, auquel cas la vapeur d'eau s'échappe . Mais il est plus favorable de l'utiliser de la façon décrits ci-avant,comme agent de gazéification additionnel par exemple en recouvrant le récipient de réaction d'une cloche ou chapeau . La circonstan- ce que, dans leprocédé suivant l'invention, on enlève au système les chaleurs en excès dans la zone de gazéification, permet de faire arriver l'agent de gazéification dans la zone de gazéifi- cation bien réchauffé, en sorte qu'il n'y a pas de danger que la réaction s'éteigne, comme c'est essentiellement le cas lorsquhon emploie des combustibles riohes en cendres.
Le problé-
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me de l'élimination des températures excessives,d'une part, et du maintien dela température deréaction, d'autre part, est donc résolu d'une façon qui ne rend nécessaires, ni une surveillance, ni une intervention effective dans les processus qui se déroulent, cependant que les dimensions du récipient de réaction peuvent être choisies à volonté.
Le gaz obtenu par ce procédé contient de la vapeur d'eau et du goudron, et peut être libéré de ces deux substances par les méthodes habituelles. Le gaz refroidi et dégoudronné constitue un combustible de valeur. Il possède un pouvoir calorifique inférieur de 900 à 1300 calories suivant les qualités du combustible bitumineux traité.
De ce qui précède, il résulte que le procédé suivant l'invention permet d'obtenir d'une manière simple des produits de valeur par raffinage d'une matière première, qui.autrement, était sans valeur, et constitue de la sorte us progrès économique et technique par rapport à ce qui était connu.
EXEMPLE.
Dans un récipient cylindrique de 2,2 m de diamètre, on a versé 12 tonnes de stériles de lavage ayant une teneur en eau de 6 % et, par allumage avec une couche de coke incandescent épaisse de 5 cm et un tirage descendant, on a amorcé une réaction de gazéification avec de l'air et de la vapeur d'eau . Après que la réaction fût parvenue dans la zone marginale au fond du récipient, on a terminé l'essai, en éteignant la niasse avec de l'eau et en l'extrayant. Pendant l'essai, on a constamment meauré les quantités de gaz et le pouvoir calorifique , et recueilli le goudron évacué . Le rendement en calories a été de 7 millions de calories, avec un pouvoir calorifique moyen de 1050 calories par m3 à la pression normale, et la quantité extraite de goudron a été de 100 kg.
Le non-brûlé dans le résidu a été de 50 % de la puissance calorifique introduite .
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Ensuite, on a suspendu dans le même réservoir d'abord 3 cellules étroites en fer, remplies d'eau, d'une hauteur de 280 cm, d'une longueur.de 90 cm, et d'une largeur de 10 cm,de telle façon que leur fond était distant de 30 cm da tamis desti- né à supporter le combustible et placé sur le fond du récipient ; ensuite 1 on a versé.uniformément dans le récipient , c'est-é-dire autour des éléments, les mêmes quantités de stériles de lavage, de même qualité,. que dans l'essai précédent. L'essai a ;été amoréé et conduit de la même manière que dans l'essai précédent, et l'on a rajouté de l'eau dans les cellules dans la mesure où elle s'évaporait. L'essai a été terminé dès que la zone de gazéification eût atteint le fond du récipient.
Avec un pou- voir calorifique moyen de 130 calories , le rendement en calo ries gazeuses a atteint 12 millions de calories ; lerendement en goudron, 250 Kg . Le non-brûlé a atteint 10 % de la puissance calorifique introduite. '
Dans le premier essai, on a constaté que la zone marginale de la matière cendreuse extraite était agglutinée et dure,et que le noyau n'avait pas réagi complètement.
Dans le second essai, on a constaté que la masse avait réagi dans son intégralité et n'était pas agglutinée ou ne l'é- tait que faiblement.
REVENDICATIONS
1. Procédé pour la gazéification discontinue de combusti- bles richesen cendres, éventuellement bitumineu, dans des chambres de réaction à tirage dirigé de haut en bas,caractérisé en ce que la réaction s'effectue dans des chambres de réaction subdivisées au moyen d'éléments remplis d'eau fermés dans le bas et latéralement.
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Process and device for the discontinuous gasification of fuels rich in ash, and possibly bituminous ". ------------------------ ------ ------------------------- take advantage we have already tried several times to take advantage of the fuel content of fuels rich in gendres obtained in the coal mines, that is to say, for example, of washing waste rock, or of oily shale. the value from the energy point of view poses interesting problems for the specialist.
It has been proposed to manufacture, from bituminous fuels, rich in ash, a flammable gas and liquid stillation products, by subjecting the fuel to heat distillation or gasification. Ira heat gasification degassing combined process. heat produced during the gasif ication of the fixed fraction of produced during the carbon of the fuel using air or water vapor,
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was used to extract the bitumen content of the fuel by degassing, and to recover it. The attempts which have been made to carry out this operation continuously have not given results which can be used from a technical and economic point of view.
The regular agglutination of the ashy material at the reaction temperatures which established did not permit either the directing of the reaction itself or the smooth removal from the gasification device of the substance which had been subjected to the reaction.
An attempt has therefore been made to carry out the gasification discontinuously, by charging a cylindrical tank with fuel rich in ash, igniting the fuel at the surface by sucking gasification air from the surface, possibly mixed with steam. of water, andcontinuing a gasification reaction, with the draft being directed up and down, until the reaction zone was slowly advancing at the lower end of the gasification apparatus.
When working, as described above, in tanks whose diameter did not exceed 1 m, the process could be carried out without very great technical difficulties, but there was no possibility. to make an economic exploitation of it. When we were working with larger units, we were already encountering difficulties. described in French patent 870,287. They consisted in that the substance rich in ash which had been subjected to reaction agglutinated into compact masses, so that its extraction after combustion of the charge was made more difficult.
In addition, it must have been observed that the reaction, especially in the lower zones, did not uniformly encompass the entire cross section of the material to be gasified, but on the contrary propagated from top to bottom. exclusively along the tank wall. This phenomenon, which was called in German "Randfeuer" (marginal feuer), entered into the process a decrease in yield in a double direction.
On the one hand, part of the fuel had to, after
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combustion of the charge, to be extracted without having changed shape, that is to say without having been used, and on the other hand, it could be observed that, in those parts of the charge which - had not reacted, liquid distillates had precipitated from the part of the feed which had reacted completely, products which thus also escaped their use.
The problem posed by the observations mentioned is therefore, in the first place, to ensure that the nucleus which has hardly reacted and which has a longitudinal section / parabolic section is also gripped by the reaction, and, secondly, to avoid that after the total mass has reacted completely, difficulties arise in extracting the reacted material.
In French patent 870. 287, there is already described a process according to which agglutination of the ashy material which has reacted is avoided by spraying the surface of the ash which has reacted with water in the liquid state, which avoids extensive heating of the gasification air as it passes through the reacted ash. The sensible heat of the ash which has reacted is therefore converted into latent heat, an extensive reheating of the gasifying agent is excluded, and one thus acts in the direction of a lowering of the temperature in the zone of. actual gasification.
According to the process described in the patent, and in so far as one works in tanks of rather great height, the water is not applied exclusively on the upper surface of the ashy material which has reacts completely, but as the reaction progresses it is also introduced, by means of pipes, into the deeper areas of the ash subjected to the reaction.
The amount of water added is determined by the rate of progress of the gasification reaction, and therefore presupposes precise knowledge of the state of the gasification at all times, as excess water would cause
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stop the reaction, and an insufficiency would cause a ..3-
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agglutination of the ash by fusion, which is precisely what we wanted to avoid.
However, according to the invention, it has been found that it is liable
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de .i, Jl'C, licl1 \ .- ,, 'r UI.:j r'H' -. tr- ,,. L., ït c7. le- ..1, -1¯; c, even in large units, i.e. wide and tall, when subdividing the filling chamber of a large reaction vessel to. using interior elements or water-filled trim.
It has been found that a complete reaction can be achieved when the distance between the water-filled element and the wall of the reaction vessel, or between several water-filled elements, does not exceed about 1 m. The best results are obtained for a distance of 60 cm. about . The reaction propagates in depth at least as far as the element or elements placed in the reaction vessel extend.
The elements consist of closed containers at the bottom and at the side. For carrying out the process, elements, preferably in the form of narrow cells, which are approximately the length of the gasification vessel, should be placed in the empty gasification vessel. After the material to be carbonated has been poured in and the elements have been filled with water, the material to be carbonated is ignited at the surface. The α gases which are formed are sucked for the underside of the gasification vessel until the reaction has reached the bottom of the vessel. The water vaporized in the elements during the reaction is constantly replaced. When the load is completely burnt, 3 elements are removed and the container is emptied.
On this occasion, it was found that the ash which had reacted was not agglutinated, or was only weakly so, that there were hardly any nests of unreacted fuel, so that the fuel was almost quantitatively transformed during the reaction. By subdividing the space of the container, additional marginal fires (or fires) are created. The elements act in a manner analogous to the walls of
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container. In practice, the now desired "marginal focus" effects can be caused in practice throughout the container cross section.
The process according to the present patent application does not require any kind of direction. It automatically adjusts to the temperatures that occur during the reaction. By using the elements, a balancing action is opposed to an excessive temperature rise in the gas zone. fication. The elements remove heat from the gasification zone. An increase in heat dunxxxxxxxxx corresponds to an increase in the vaporization of water in the elements.
In addition, the change - related to an increase in the production of water vapor - of the composition of the gasifying agent from the point of view of the water vapor fraction, cause an increase in the gas formation in the water in the reaction zone, whereby the temperature therein is lowered.
If, temporarily, due to an irregularity in the composition of the fuel less heat is given off, the release of water vapor in the retrograde elements, and the water vapor content of the gasifying agent is reduced at profit from reactionsexo, thermals.
In principle, it is possible to control the reaction thermally only by the use of water-filled elements, in which case water vapor escapes. However, it is more favorable to use it in the manner described above, as an additional gasification agent, for example by covering the reaction vessel with a bell or cap. The fact that, in the process according to the invention, the excess heat in the gasification zone is removed from the system, allows the gasification agent to arrive in the gasification zone well heated, so that there is no danger of the reaction going out, as is essentially the case when using high-ash fuels.
The problem
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The problem of eliminating excessive temperatures, on the one hand, and maintaining the reaction temperature, on the other hand, is therefore solved in a way which does not necessitate either monitoring or effective intervention in the processes which take place, however, the dimensions of the reaction vessel can be chosen at will.
The gas obtained by this process contains water vapor and tar, and can be released from these two substances by the usual methods. Cooled, tar-free gas is a valuable fuel. It has a lower calorific value of 900 to 1300 calories depending on the qualities of the bituminous fuel treated.
From the foregoing, it follows that the process according to the invention makes it possible to obtain in a simple way valuable products by refining a raw material, which otherwise was worthless, and thus constitutes progress. economic and technical compared to what was known.
EXAMPLE.
In a cylindrical container 2.2 m in diameter were poured 12 tons of washing waste rock with a water content of 6% and, by ignition with a layer of incandescent coke 5 cm thick and a downdraft, was obtained. initiated a gasification reaction with air and water vapor. After the reaction had reached the marginal zone at the bottom of the vessel, the test was terminated by quenching the mass with water and extracting it. During the test, the gas quantities and the calorific value were constantly measured, and the discharged tar collected. The calorie yield was 7 million calories, with an average calorific value of 1050 calories per m3 at normal pressure, and the amount of tar extracted was 100 kg.
The unburnt in the residue was 50% of the heat output introduced.
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Then, in the same tank were first suspended 3 narrow iron cells, filled with water, 280 cm high, 90 cm long, and 10 cm wide, such that their bottom was 30 cm from the sieve intended to support the fuel and placed on the bottom of the container; then 1 was poured.uniformly into the container, that is to say around the elements, the same quantities of washing sterile, of the same quality. than in the previous test. The test was initiated and carried out in the same manner as in the previous test, and water was added to the cells as it evaporated. The test was terminated as soon as the gasification zone reached the bottom of the vessel.
With an average calorific value of 130 calories, the carbonated caloric yield reached 12 million calories; tar yield, 250 Kg. The unburnt has reached 10% of the heat output introduced. '
In the first test, it was found that the marginal area of the extracted ashy material was clumped and hard, and the core had not fully reacted.
In the second test, it was found that the mass had reacted in its entirety and was not clumped or was only weakly.
CLAIMS
1. Process for the discontinuous gasification of ash-rich fuels, possibly bituminous, in reaction chambers with directed draft from top to bottom, characterized in that the reaction takes place in reaction chambers subdivided by means of elements filled with water closed at the bottom and laterally.