Procédé et appareil pour transformer en un mélange combustible de gaz fixes des produits combustibles carbonés. La présente invention se rapporte à un procédé et à un appareil pour la transforma tion en gaz fixes combustibles de combustibles carbonés liquides ou pouvant être amenés à l'état liquide par chauffage. Par gaz fixe , on entend tout gaz ou mélange gazeux qui reste à l'état gazeux aux pressions et températures atmosphériques normales. De tels mélanges peuvent être entièrement consommés directe ment comme combustibles ou peuvent subir des opérations en vue d'obtenir certaines substances qui peuvent être utilisées dans d'autres buts.
L'invention se rapporte plus particulière ment à la transformation en gaz fixes de pro duits formés au moins en partie par des hydrocarbures, tels que; goudron de houille et bitume mou, qui sont consommés actuelle ment en grande quantité comme combustibles liquides, huiles d'hydrocarbures tels que du pétrole brut, et résidus résultant du traite- ment à température élevée de ces huiles, ces résidus ayant été utilisés jusqu'à présent prin cipalement comme combustibles liquides dans certains types de fours et procédés travaillant à des températures élevées. Lesdits produits peuvent aussi être constitués par des déchets tels que des huiles usées d'automobile, des huiles de lavage mises de côté, etc.
Il est bien connu de préparer des mélan ges de gaz fixes combustibles tels que ceux obtenus par le procédé selon la présente in vention, par transformation à chaud, en pré sence d'un catalyseur à propriétés oxydantes et d'un agent oxydant gazeux, de produits cax- bonés liquides ou liquéfiables par la chaleur, et formés au moins en partie d'hydrocarbures, tels que ceux indiqués ci-dessus.
Ainsi, à partir de résidus de pétrole, 'on a préparé des mélanges gazeux ayant la compo sition suivante
EMI0001.0013
Constituants <SEP> du <SEP> gaz <SEP> d'huile <SEP> valeur <SEP> en <SEP> /o <SEP> Analyses-types <SEP> en <SEP> /o
<tb> par <SEP> volume <SEP> par <SEP> volume <SEP> de <SEP> trois <SEP> spécimens
<tb> Méthane <SEP> CH4 <SEP> 27,6 <SEP> à <SEP> 43,2 <SEP> 27,6 <SEP> 43,2 <SEP> 30,0
<tb> Ethane <SEP> C2H6 <SEP> et
<tb> Propane <SEP> CSH8 <SEP> 0,0 <SEP> à <SEP> 6,4 <SEP> 0,0 <SEP> 6,4 <SEP> 1,0
<tb> Ethylène <SEP> et <SEP> autres <SEP> oléfines <SEP> 3,5 <SEP> à <SEP> 17,0 <SEP> 3,5 <SEP> 17,0 <SEP> 26,0
<tb> Acétylène <SEP> <B>C2H2</B> <SEP> 0,0 <SEP> à <SEP> 0,5 <SEP> 0,0 <SEP> 0,5 <SEP> 1,1
<tb> Hydrogène <SEP> H2 <SEP> 50,8 <SEP> à <SEP> 23,2 <SEP> 50,8 <SEP> 23,2 <SEP> 9,4
<tb> Monoxyde <SEP> de <SEP> carbone <SEP> 1.0,
2 <SEP> à <SEP> 3,6 <SEP> 10,2 <SEP> 3,6 <SEP> 2,7
<tb> Bioxyde <SEP> de <SEP> carbone <SEP> 2,6 <SEP> à <SEP> , <SEP> 1,1 <SEP> 2,6 <SEP> 1,1 <SEP> 3,0
<tb> Oxygène <SEP> 02 <SEP> 0,2 <SEP> à <SEP> 1,0 <SEP> 0,2 <SEP> 1,0 <SEP> 2,8
<tb> Azote <SEP> et <SEP> autres <SEP> gaz <SEP> inertes <SEP> 5,1 <SEP> à <SEP> 4,0 <SEP> 5,1 <SEP> 4,0 <SEP> 25,0
<tb> Total <SEP> en <SEP> kgcal/cms <SEP> = <SEP> 4750 <SEP> à <SEP> 8700 <SEP> 4750 <SEP> 8700 <SEP> 9200 Cependant, la plupart des procédés utili sés jusqu'à présent pour une telle transfor mation sont des procédés discontinus nécessi tant l'utilisation d'un groupe de deux dispo sitifs gazogènes. Ces imités consistent.
essen tiellement en deux ou plus de deux chambres de régénération en briques, dans l'une des quelles de l'huile et de la vapeur sont injec tées, tandis que l'autre est chauffée pour res tituer sa température et éliminer les dépôts de carbone. Une telle opération discontinue est très inefficace pour des raisons sur le:i- quelles la description ne s'étendra pas.
L'invention permet de réaliser la transfor mation susdite dans un seul dispositif gazo gène, de sorte que du gaz peut être fabriqué de façon continue à partir d'une huile com bustible donnée et à une vitesse contrôlée sur de longues périodes de temps.
Le procédé selon l'invention, pour trans former des produits combustibles carbonés, liquides ou liquéfiables par la cha;Ieur et for més au moins en partie par des hydrocarbures, en un mélange combustible de gaz fixes, en amenant ledit produit, en présence d'un agent oxydant gazeux, en contact avec un cataly seur à l'état. divisé, .comprenant un oxyde mé tallique apte à exercer une action oxydante pour assurer la décomposition d'hydrocar- bures stables à chaud, catalyseur disposé dans une colonne et chauffé, est caractérisé en ce qu'on introduit de façon continue ledit pro duit combustible carboné, à l'état liquide, au sein de la masse du catalyseur dans une zone intermédiaire entre le sommet.
et le fond de la colonne, le mélange des gaz fixes étant éva cué de façon continue du sommet de la co lonne de catalyseur, tandis que du catalyseur est enlevé du fond de ladite colonne et rem placé par du catalyseur frais ou régénéré que l'on introduit au sommet de ladite colonne.
Le procédé permet de régler le pou voir calorifique du mélange gazeux formé à n'importe quelle valeur désirée entre -1-150 et 8920 kgCal/ms et de produire un gaz propre, exempt de vapeur, ayant un pouvoir calorifique pratiquement constant, de telle sorte que des brîileurs puissent être réglés et que la combustion puisse être commandée cl- façon exacte sur n'importe quelle période de temps désirée.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appa reil pour l'exécution du procédé selon la pré sente invention. Il s'agit d'une petite -unité destinée à transformer environ 68 litres d'huiles à l'heure en 1080 m?, de gaz ayant un pouvoir calorifique s'étendant de 4450 à 5400 kgCal/m3.
La fig. 1 est une vue schématique repré sentant l'appareil en coupe verticale longitu dinale.
La fig. 2 est- une vue en coupe horizon tale du générateur de gaz de l'appareil par la ligne II-Il de la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe horizontale du générateur par la ligne III-III de la fig. 1. La fig. 4 est une coupe horizontale dit générateur par la ligne IV--IV dé la fig. 1. La fig. 5 est une vue en coupe verticale d'un interrupteur électrique de réglage ' à pression que comprend l'appareil, pour la commande automatique de la transformation du gaz selon la vitesse à laquelle il est con sommé, et la fig. 6 est une vue schématique dévelop pée d'un générateur de vapeur que comprend l'appareil.
L'appareil représenté comprend un géné rateur de gaz 1, un laveur à gaz ou purifi cateur 2 et un réservoir de gaz 3. Le réser voir 3 peut être modifié dans sa construction et ses dimensions. Un effet, il peut être cons titué simplement par un .élargissement prévu dans la canalisation de gaz, ou il peut être constitué par un réservoir de toute capacité désirée.
Le but du laveur à, gaz et purifica teur 2 est de refroidir le gaz ou de le libérer des vapeurs d'huile et d'eau, et/ou des compo sés sulfureux. , Le générateur 1 comprend une chambre à catalyseur 5 construite en un métal résis tant à la chaleur, notamment en un alliage d'acier au chrome-nickel-molvbdène. Cette chambre, qui est verticale, présente une sec tion transversale augmentant progressivement de la base vers le haut.
Elle contient un corps poreux catalyseur 6 formé par de l'hématite dure concassée et triée en morceaux de 12 à '?0 nini environ. La chambre à catalyseur est disposée à l'intérieur de la chambre de chanf- i'age 7. Dans les unités de plus petites dimen sions, il peut être pratique de fournir la cha leur nécessaire dans la chambre 7 au moyen de résistances électriques, mais dans l'ensem ble représenté, de même que dans les unités de phis grandes dimensions, la chaleur est fournie de préférence en brûlant de l'huile et/ou du gaz.
Dans le cas présent, un brfi- leur 8 gaz-huile (fig. 2) est monté sur le corps du générateur vers la zone de la ligne II-II de la fig. 1, ou à proximité de cette zone et est. d'une construction telle que représentée à la fig. 2, de façon à projeter sa flamme parallèlement à une ligne tangente à la face intérieure de la paroi de la. chambre de com bustion 7. Un carneau 73 pour l'évacuation de produits de combustion traverse le sommet du générateur.
Lors de la mise en marche du ;générateur 3, le brûleur 8 est alimenté à l'aide d'huile combustible légère injectée avec de l'air sous pression, jusqu'à ce que le géné rateur produise du gaz. A ce moment l'arri vée de l'huile est coupée et le générateur est chauffé par une petite partie du gaz produit, fournie au brûleur par une conduite 9 bran chée sur la conduite clé sortie de gaz -163 de l'appareil.
Les parois de la chambre de combustion 7 sont constituées par une plaque d'acier 11 re vêtue d'une matière réfractaire. Une boîte d'emmagasinage 12 est prévue au sommet de la. chambre 5 et. contient suffisamment d'hé- niatite calibrée pour remplir ladite chambre. Au fond du générateur est prévu un récipient 13 en acier au carbone ordinaire, pour rece voir le catalyseur épuisé.
Un pyromètre thermo-électrique 14 fait saillie à l'intérieur de la chambre de combus tion et lorsque le générateur produit du gaz, ce pyromètre (conjointement avec des dispo sitifs habituels de commande non représentés) commande automatiquement 'arrivée de gaz au brûleur pour maintenir la température à n'importe quelle valeur de la zone de fonc tionnement de 815 à 926 C, comme montré par l'indicateur 140.
De tels dispositifs de commande sont bien connus dans le métier et il n'est pas nécessaire de les représenter ou de décrire leur fonction nement en détail. Des moyens sont prévus .à l'intérieur du générateur .pour produire de la vapeur surchauffée qui est l'agent gazeux oxydant, utilisé dans la production de gaz fixe.
De tels moyens peuvent comprendre -une chaudière formée par quatre paires de tubes vertiear,x 21, 21a, 21b et 21c (fig. 3 et 6) qui sont, de préférence, noyés clans le revêtement réfractaire 10 de la chambre de combustion et s'étendent dans les rebords 22 en acier qui renforcent les parois 11 de la chambre 7. Les deux tubes de chaque paire sont reliés entre eux par des tubes 21d adjacents à leurs extré mités inférieures et par des tubes 21e adja cents à leurs extrémités supérieures. Les qua tre paires de tubes sont reliées en série au voisinage de leurs extrémités supérieures au moyen de conduites. 21f.
De l'eau est amenée par une conduite 15 à un réservoir en charge 16 qui comprend une soupape à flotteur 17 pour maintenir l'eau dans le réservoir à la hauteur hydrostatique désirée. L'eau prove nant du réservoir 1.6 est amenée par une con duite 18 à la base des tubes 21-21f, 1a vi tesse d'écoulement étant. mesurée par un indi cateur de débit 19 et réglée par une vanne 20. La vapeur produite dans ces tubes est distri buée par une conduite 23 à un collecteur 24 qui entoure la paroi de la chambre 5, conduc trice de la chaleur et est soudée à cette paroi dans la position représentée à la fig. 1.
En circulant dans le tube 23 et le collecteur 24, la vapeur est surchauffée. Des robinets de purge 51 et 52 sont reliés en des points appro priés aux tubes de chaudière pour permettre des essais. La disposition décrite des tubes fournit une chaudière utilisant pour la pro duction de vapeur de la chaleur qui, autre ment, serait perdue par radiation à partir dés parois du générateur.
A partir du collecteur 24, la vapeur sur chauffée à la température des gaz chauds dans la chambre de combustion 7 est projetée à travers des orifices 25 dans la chambre à catalyseur 5.
De l'huile est injectée dans la niasse du catalyseur au moyen d'une pompe 26 entraî née par un moteur et aspirant l'huile à tra vers une conduite 27 provenant d'un réser voir non représenté, qui peut être placé au- dessous du niveau du sol, et chauffée. Dans le cas d'huiles très visqueuses ou autre liquide carboné pouvant être utilisés pour la produc tion de gaz fixe, les produits de combustion dans la chambre 7 peuvent être utilisés pour préchauffer ces liquides.
Comme exemple d'un mode de procéder, on utilise un serpen tin 300 représenté dans la partie supérieure de la chambre de combustion, à travers lequel le liquide visqueux peut passer, ce qui dimi nue sa viscosité et élève sa température.
Le combustible liquide aspiré par la con duite 27 à partir du réservoir d'alimentation est forcé à travers un indicateur de débit 28 et une conduite d'alimentation 30 jusqu'à un tuyau d'injection 29 placé dans une zone intermédiaire de la chambre à catalyseur, comme représenté. Le tuyau 29, fermé à son extrémité intérieure, présente des petits trous (environ 0,8 à 1,6 mm) percés dans sa paroi, de façon à diriger un jet d'huile vers le bas. Le tuyau injecteur 29 est relié à la conduite d'alimentation 30 par un raccord 31 et s'étend à travers Lin tube 32 de protection traversant la paroi de la chambre 5 sur laquelle il est soudé.
Il est important que le jet d'huile soit dirigé vers le bas à travers un petit orifice. On a constaté qu'un tube injecteur présen tant une extrémité ouverte ou un grand ori fice de décharge est rapidement encrassé par du carbone. De p1115, il est important. que la vapeur soit injectée au-dessous du ou des points d'admission de l'huile et l'on peut constater que dans l'appareil représenté, les orifices 25 d'injection de vapeur sont placés à une distance considérable au-dessous du tuyau injecteur 29.
Un moteur 260 entraînant la pompe 26 est mis en marche par la fermeture d'un inter- iupteur 33. Le fonctionnement de la pompe et de son moteur est commandé par la pres sion de gaz dans le réservoir 3 par l'intermé diaire d'un interrupteur spécial 34 de réglage de pression (fig. 5) décrit plus en détail ci- après. Au moyen de cet interrupteur 34, qui peut être réglé pour répondre à une pression comprise entre environ 225 et 900 g dans le réservoir 3, le circuit d'excitation du moteur 260 est ouvert lorsque la pression dans le ré servoir 3 atteint celle à laquelle ledit inter rupteur 34 est réglé.
Le circuit est refermé lorsque la pression dans le réservoir tombe au-dessous de celle pour laquelle l'interrup teur est réglé. De cette manière, la produc tion de gaz est commandée automatiquement et réglée d'après la vitesse à laquelle le gaz est utilisé, jusqu'à la capacité maximum du générateur. La soupape-flotteur dans le ré servoir 16 et la vanne 20 commandent le dé bit d'eau au générateur, ces organes conjoin tement avec la pompe à huile 26 commandée par pression de gaz fournissent une propor tion exacte d'huile et d'eau dans le généra teur. On pourrait, prévoir d'autres dispositif pour obtenir les mêmes résultats, mais ils sont plus coûteux et moins sûrs que le dispositif 34.
Par exemple, si une pompe à eau et une pompe à huile étaient entraînées par un seul moteur interrompant le débit. d'huile et d'eau simultanément, les résultats ne seraient pas satisfaisants, car le débit d'eau devrait être maintenu pendant plusieurs minutes après l'arrêt de l'arrivée de l'huile pour empêcher la formation de coke et pour permettre la régénération du catalyseur dans la chambre 5.
Pour préparer l'appareil en vue de le mettre en service, la chambre 5 et le réser voir 12 sont remplis d'hématite dure concas sée et calibrée et les couvercles 35 et 35a sont vissés sur les ouvertures de chargement dans la partie supérieure du réservoir 12. Le géné rateur est chauffé graduellement à une tem pérature d'environ 900 C, lue sur l'indica teur 140.
Pendant que le générateur est chauffé, les unités pour le lavage et la purification du gai sont mises en ordre de marche. Ces unités comprennent un refroidisseur-laveur 36, un séparateur d'huile $1, un séparateur de sou fre 45 (utilisé seulement lorsque la séparation du soufre est nécessaire) et un laveur à huile 46. Le laveur 36 et le séparateur d'huile 37 sont alimentés en eau froide par l'ouverture d'une vanne 38 prévue dans une conduite re liée à la conduite d'alimentation 15.
Le la veur 36 comprend un réservoir vertical en acier sur lequel est branché un conduit 360 s'étendant vers le bas à, partir d'un point si tué à mi-hauteur et relié au séparateur d'huile 37, qui comprend également un réservoir ver tical disposé à un niveau plus bas que celui du réservoir 36. " Lorsque le niveau d'eau monte dans le réservoir 36 et atteint l'entrée du conduit 360, l'eau s'écoule dans ce conduit pour aller dans le séparateur d'huile 37 et lorsque l'eau montant dans le séparateur d'huile jusqu'à atteindre un point où elle apparaît dans le niveau 39, la vanne d'ame née d'eau 38 est fermée.
Ensuite, si l'on dé sire avoir du gaz exempt. de soufre, on intro duit quelques livres de chaux éteinte à tra vers un couvercle 40 d'iui récipient clos 42, la chaux étant retenue par une cloison perfo rée 41. Le couvercle 40 est ensuite fermé sur la partie supérieure du récipient 42 et une vanne 43 est ouverte pour admettre de l'eau à partir de la conduite d'alimentation 15. L'eau monte à travers la masse de chaux se trouvant sur la cloison 41 jusqu'à ce que son niveau atteigne l'entrée d'une conduite 420 allant du récipient 42 au sommet du sépara teur 45.
Le séparateur de soufre 45 comprend un réservoir vertical présentant un tuyau de trop-plein 450 conduisant au réservoir 37 du séparateur d'huile. Lorsque l'eau monte dans le réservoir 45 et atteint l'entrée du tuyau 450, elle s'écoule à travers ce dernier dans le réservoir 37, provoquant ainsi la montée de l'eau, visible dans le niveau 39. A ce moment, la vanne 43 est réglée dans une position qui (dans le cas d'un appareil débitant 1350 m3 par heure) réduit le débit à environ 1,136 litre par minute.
La vitesse d'écoulement est déterminée par l'ouverture de la vanne 44, prévue sur la conduite 440 s'étendant à par- tir du fond du séparateur d'huile 37 et me surant l'eau débitée. La vanne 43 est manaeu- vrée jusqu'à ce qu'elle atteigne la position pour laquelle l'écoulement à travers la con duite 440 atteint la vitesse désirée. L'eau s'écoulant de la conduite 440 peut être éva cuée à un égoîlt ou à un autre endroit appro prié.
Lorsque l'écoulement désiré d'eau a été ainsi établi à travers le récipient 42, le réser voir 45, le réservoir 37 et la conduite d'éva cuation 440, la vanne 38 est rouverte et ré glée dans une position telle crue le débit total d'eau dans la conduite 440 soit égal à envi ron 4,54 litres par minute lorsque l'eau est à environ 4 5 C ou 6,8 litres par minute lors qu'elle est à environ 18 5 C. Le niveau de l'eau est. ainsi établi dans le laveur 36, le sé parateur de soufre 45, le récipient 42 et le séparateur d'huile 37. Ensuite, les positions dans lesquelles les vannes 38 et 43 ont été ré glées sont marquées et les vannes sont fer mées.
On met ensuite le laveur à huile 46 en mesure de fonctionner. Ce laveur consiste en un réservoir vertical présentant deux cloi sons horizontales 460 et 461. La chambre 470 au-dessus de la cloison 460 comprend un ca puchon de barboteur 67 dont le bord infé rieur est encoché. Le capuchon 67 s'appuie sur l'extrémité supérieure d'un tube 68 s'éten dant vers le bas à travers la cloison 460 pour aboutir à un capuchon de barboteur 69 prévu au fond du réservoir. De l'huile légère (telle que l'huile de combustible N 1 ou 2) est intro duite dans la chambre supérieure 47 au moyen d'un entonnoir 48 comprenant une vanne 480. L'huile s'écoule à partir de la chambre 47 dans la chambre 470 au moyen d'un by-pass 490 qui comprend une vanne 49.
L'huile monte dans la chambre 470 jusqù'à ce qu'elle dépasse le bord supérieur du tube 68 dans lequel elle tombe pour s'accumuler au fond du réservoir 46 où elle forme une masse d'huile qui enveloppe le capuchon bar- boteur 69. Lorsque des quantités adéquates d'huile ont été ainsi formées autour des ca puchons barboteurs 67 et 69, la vanne 49 est, fermée et la chambre 47 est remplie, sur quoi l'amenée d'huile dans l'entonnoir est inter rompue et la vanne 480 fermée.
Ensuite, la vanne 49 est ouverte et réglée dans une position telle que l'huile s'écoule à travers le by-pass 490 à une vitesse d'environ soixante gouttes par minute, ce qui peut être contrôlé à travers un regard 50 monté sur le by-pass. Un tube 471 débouche à travers la cloison 461 et s'étend presque jusqu'au som met de la chambre 47. L'huile est fournie à la vitesse d'environ soixante gouttes par mi nute aussi longtemps que le générateur fonc tionne. Tandis que les imités de lavage et de puri fication sont mises en ordre@de service, comme décrit ci-dessus, la chauffage de la chambre de combustion est poursuivi jusqu'à ce que la température atteigne 420 ou 485 C envi ron.
Ensuite, le robinet 51 et la vanne 20 sont ouverts pour admettre de l'eau dans la chau- dïère 21-21f. Lorsque l'eau s'écoule dudit robinet, celui-ci et la vanne 20 sont fermés et le robinet purgeur 52 est ouvert. Ce robinet 52 reste ouvert jusqu'à ce que la température dans la chambre de combustion atteigne 900 C environ, moment auquel ledit robinet 52 est fermé et la vanne 20 est réglée pour laisser passer un débit d'eau égal à la moitié de celui de l'huile débitée par la pompe 26 pour la transformation en gaz.
Dans le cas particulier du générateur re présenté et décrit, l'écoulement d'eau peut se faire à une vitesse de 0,56 litre par mi nute. Ensuite, tout excès d'eau dans les la veurs est éliminé et l'appareil est. vérifié aii point- de vite de l'étanchéité en admettant de l'air comprimé dans la conduite 57' com mandée par une vanne 570' jusqu'à ce que la pression dans le réservoir 3 monte à 900 g. Le débit d'eau de refroidissement et de lavage est ensuite établi par l'ouverture et. le ré glage des vannes 38, 43 et 44, les vannes 38 et 43 étant. ouvertes aux positions marquées, déjà déterminées pour l'écoulement requis.
Pour commencer la production de gaz, la vanne principale 53 est ouverte, l'interrup teur 33 est. fermé pour faire démarrer la pompe à huile, et la vanne 54 est. ouverte jus qu'à ce que l'indicateur de débit 28 indique le débit d'huile désiré, 1,136 litre/min. pour le générateur représenté. Du gaz est immé diatement formé et déplace tout l'air dans l'appareil. Avec la chambre à catalyseur remplie d'hématite fraîchement préparée, le gaz a une teneur élevée en C02 et N2 pour les cinq à dix premières minutes, et. ce gaz peut être éliminé en fermant. temporairement la vanne 53 et en ouvrant le robinet. 530. Le gaz lâché à travers le robinet. 530 peut être brûlé.
Au bout de dix minutes environ, le robinet 530 est fermé et la vanne principale 53 est ouverte, permettant au gaz de se ren dre aux endroits désirés de consommation.
La transformation de l'huile en gaz est effectuée en une fraction de seconde par une série de réactions physiques et chimiques. Par exemple, lorsque de l'huile combustible N 2 est injectée (en 29) dans l'hématite chaude, elle est premièrement volatilisée et ensuite dé composée par le processus connu de cracking en des composés plus légers ou plus volatils et en carbone.
Le carbone n'est pas plus tôt formé qu'll réagit soit avec le minerai, soit avec la vapeur surchauffée in jectée (en 25) pour former du CO ou du CO et H2 selon les types de réactions suivantes:
EMI0006.0018
(a) <SEP> 3Fe203 <SEP> + <SEP> C <SEP> 2 <SEP> Fe30, <SEP> + <SEP> CO
<tb> (b) <SEP> Fe304 <SEP> + <SEP> C <SEP> 3 <SEP> FeO <SEP> + <SEP> CO
<tb> (c) <SEP> H20 <SEP> + <SEP> C <SEP> 112 <SEP> + <SEP> CO
<tb> (d) <SEP> 3Fe0 <SEP> -E- <SEP> H20 <SEP> <U>-</U><B>></B> <SEP> Fe3O4 <SEP> + <SEP> H2 La réaction (a) n'apparaît que lorsque le catalyseur est frais.
Les surfaces des mor ceaux d'hématite (Fe203) qui forment. le ca talyseur sont alors réduites en magnétite (Fe304), sur quoi la seule réaction (b) peut apparaître, une telle réaction (b) ne se fai sant que sur les surfaces de morceaux de mi nerai. Ces transformations et réactions don nent un mélange de gaz fixes composés de CO et de H2 phis des vapeurs composées d'eau et d'huiles légères.
Alors que ces mé langes montent à travers le minerai chaud, une partie des huiles légères subissent, en passant à travers les tubes .surchauffés 55, une décomposition par la chaleur dont il ré sulte principalement fine formation d'hydro carbures non saturés connus sous le nom d'oléfines, tandis que les autres huiles légères réagissent. avec le minerai et l'eau pour for mer du CHq, H2 et CO. Si le gaz n'est. pas refroidi rapidement, les oléfines tendent à se pol@-mériser formant des composés aroma tiques et du H2.
De plus, si le générateur fonctionne à son maximum de capacité et en particulier à des températures voisines de 8I5 C, un peu de vapeur d'huile s'échappe non transformée avec le gaz traversant les tubes surchauffés 55 à une vitesse élevée.
Dans la chambre 5 les gaz avec clé l'eau et des vapeurs d'huile quittent la masse de minerai à une température comprise entre environ 700 à 815 C et passent à travers Lin conduit 57 dans le réfrigérateur et laveur 36. Au sommet de ce dispositif laveur, de l'eau froide venant d'Lin collecteur 58 est pulvéri sée à travers des orifices 580 dans le gaz qui est ainsi refroidi. Le gaz circule vers le bas à travers un tube 59, dans un capuchon de barbotage 60, à partir du fond duquel le gaz monte et forme des bulles à travers tune co lonne d'eau 600 montant. légèrement au-des sus du bord inférieur de l'entrée du conduit 360 de trop-plein.
Par cette action combinée de refroidissement et de lavage, la plus grande partie des vapeurs d'eau et d'huile sont condensées et l'huile sous forme de gout telettes s'échappe avec l'eau de refroidisse ment à travers le conduit de trop-plein 360. Dans ce dispositif laveur 36 quelques compo sés de soufre et autres composés solubles dans l'eau sont. séparés du gaz. La température de l'eau dans le trop-plein provenant de ce dis positif de lavage est maintenue au-dessous de 50 C environ. Si la température s'élève au- dessus de cette valeur, le débit d'eau est aug menté par le réglage de la vanne 38.
Si pour maintenir la température de l'eau à la valeur désirée le débit est augmenté à un degré au quel l'eau monte au-dessus du niveau 62,. la vanne 63 de décharge disposée au fond du dispositif laveur est. ouverte jusqu'à ce que l'eau atteigne le niveau normal, après quoi cette vanne 63 est fermée et la vanne 44 est de nouveau réglée. La propreté du gaz est vé rifiée en ouvrant tin robinet 64 prévu au som met du dispositif laveur 36. Le gaz s'échap pant est'alluuné et une flamme est maintenue ayant une forme allongée semblable à celle d'une chandelle.
Le gaz quittant le dispositif laveur 36 à. une température d'environ 38 à 50 C emporte avec lui un peu d'huile et d'eau, du brouil lard et une partie du soufre, principalement sous forme. de H2S (gaz acide). Pour éliminer ces impuretés, le gaz est amené à travers un second dispositif laveur 45 qui est pratique ment semblable au premier dispositif laveur, mais de dimensions légèrement phis petites.
Lorsque le gaz pénètre dans ce dispositif la veur par um conduit 361, il est lavé avec de l'eau de chaux diluée provenant du réservoir 42, cette eau de chaux étant introduite à tra vers une buse de pulvérisation 65 au sommet d'un tube 66 dirigé vers le bas. Au fond du dispositif laveur, le gaz est forcé- à travers un capuchon barboteur 61 submergé et, comme la température du gaz est maintenant bien au- dessous de 33 C, les vapeurs d'hiûle et d'eau sont condensées. L'eau de chaux élimine éga lement H,S et quelques autres gaz acides présents, tels que le C02.
L'eau de chaux peut être très diluée, car l'eau ayant un<B>pH</B> de 8 est suffisante pour l'élimination de<B>90</B> % dru H2S dans le gaz, en - supposant évidem ment qu'une quantité suffisante d'eau de chaux est fournie.
Le gaz produit à. partir de certaines huiles contient' quelques composés - organiques de poids moléculaire élevé en suspension mo léculaire qui ne sont pas éliminés par lavage du gaz avec de l'eau ou des solutions aqueuses. Pour éliminer ces composés caoutchouteux, on fait passer le gaz du dispositif laveur 45 à travers un conduit 451 dans le- double dispo sitif laveur à huile 46.
Dans ce dernier dis positif, le gaz est obligé de barboter vers le bas à travers une, masse d'huile légère se trou vant dans la chambre 470 et de là il pénètre dans le capuchon. barboteur 67. formant un jet qui est transporté avec, le gaz descendant dans le tube 68 et dans le second capuchon barboteur 69. Le gaz barbote vers le haut à travers la masse d'huile se trouvant au fond du dispositif laveur 46, se séparant ainsi de l'huile. De cette manière, pratiquement tous les composés organiques en suspension dans le gaz sont retenus et sont dissous dans l'huile qui, lorsque le procédé continue, monte dans le dispositif laveur et déborde dans la con duite 462 pour passer dans le réservoir 37.
Dans ce réservoir, l'écoulement des liquides est très lent avec l'eau éliminée à partir du fond au moyen de la conduite 440, comme déjà décrit. Les huiles ayant toutes une den sité plus faible que celle de l'eau montent à la surface dans le réservoir 37 et en mainte nant le niveau d'eau dans ce réservoir bien au-dessus de la sortie d'eau, les huiles s'ac cumulent dans la moitié supérieure de la chambre, d'où elles sont périodiquement extraites à travers tune conduite 59 comman dée par un robinet 590.
L'huile éliminée à travers la conduite 59 est ramenée au réser voir d'alimentation d'huile pour être réintro- duite dans le générateur. Le procédé permet d'obtenir pratiquement 100 % dans la trans formation d'huile en gaz.
Le gaz propre s'élevant du fond du dis positif laveur 46 circule à travers une con duite 463 dans le réservoir de réception 3, de là, il est débité aux différents endroits de consommation sous la commande de la vanne 53.
Il ressort de ce qui précède que le fonc tionnement du générateur et des dispositifs de refroidissement et de purification du gaz est pratiquement automatique aussi long temps que les débits d'eau et d'huile, tels que réglés au début du cycle, sont maintenus. Cependant, la quantité de gaz qui peut être utilement consommée, soit pour des usages industriels ou domestiques, varie non seule ment de jour en jour, mais également pour différentes périodes d'un -même jour; il est, par conséquent, très désirable de ne produire que la quantité de gaz utile à la consomma tion.
Puisque la proportion d'huile et d'eau injectée dans le générateur peut varier sans influencer le procédé, c'est-à-dire aussi long temps qu'une certaine proportion minimum d'eau est fournie, la vitesse de production du gaz peut être modifiée en réglant l'huile injectée. Lorsque la consommation de gaz est constante pour plusieurs heures et. peut être prévue d'avance, un réglage grossier de la vitesse d'écoulement d'eau et d'huile peut être réalisé au moyen des indicateurs de débit prévus, mais un tel réglage ne tient pas compte des petites variations inévitables du vol-Lime de gaz consommé par rapport au vo lume produit.
Il est désirable que le gaz soit. fourni à une pression constante qui, pour la plupart des usages commerciaux, varie de 35 à 140 n par em2 environ.
Pour satisfaire cette exigence, on a prévu d'utiliser un interrupteur électrique particu lièrement efficace pour le réglage de la pres sion, cet interrupteur étant représenté fixé au réservoir de gaz 3 à la fig. 1. Une coupe ver ticale par le milieu de cet interrupteur est représentée à plus grande échelle à la fig. 5.
L'interrupteur 34 comprend un tube de verre 74 en<B>U</B> à paroi épaisse. Ce tube a un diamètre intérieur d'environ 12,7 et 63,5 mm de long, mesuré à partir de l'intérieur de la boucle du<B>U.</B> Une des branches du<B>U</B> est plus grande que l'autre et présente un coude à 90 à sa partie supérieure, ce coude étant muni d'un collier de caoutchouc 75 fixé et serré dans un orifice ménagé dans la paroi latérale du réservoir 3, comme indiqué à la fig. 1. Le tube est supporté et protégé par une plaque de protection 76 en acier fixée à la paroi du réservoir 3.
La branche plus longue du<B>U</B> est graduée en centimètres et millimètres à partir d'une ligne située à environ 8 mm au- dessus de la boucle, sur 5 cm. Du mercure est placé dans le tube ati niveau indiqué en 90 à la fig. 5, qui correspond au niveau de 25 mm sur la graduation de la paroi du tube.
Au sommet de la branche la plus courte du<B>U</B> sont prévus des contacts électriques 77 et 81. Le contact 77 comprend un anneau formé à partir d'un tube de cuivre ou de laiton ayant un diamètre légèrement plus grand que le diamètre extérieur du tube en U. Le bord supérieur de l'anneau est aplati et meulé de façon à former un siège plat et le corps de l'anneau est fendu longitudinale ment. Un manchon de caoutchouc 78 est fixé sur la surface intérieure de l'anneau; un fil conducteur électrique 770 est soudé à l'an neau, et une collerette de serrage 79 fixe l'en semble de l'anneau dans la position verticale désirée sur la branche la plus courte du tube en U.
Un flotteur 80 formé par un tube de verre de 10 mm de diamètre extérieure, fermé à son extrémité inférieure, est monté libre ment à l'intérieur de l'extrémité ouverte de la branche courte du tube en U. La longueur du flotteur 80 est d'an moins 38 mm et l'ex trémité ouverte de ce flotteur forme un goulot et est fermée au moyen d'un bouchon 83 en une matière isolante électriquement.
Le contact 81 comprend un anneau formé clans un tube de cuivre et présentant une extrémité supérieure fermée au moyen d'un disque de cuivre 82 soudé au bord de l'an neau. Cet organe de contact 81 est fixé au flotteur au moyen d'une vis 84 traversant le couvercle 82 et se vissant dans le bouchon 83. La vis 84 constitue une borne destinée à être reliée par un conducteur électrique 810 à l'or gane de contact 81. Ce contact 81 s'appuie normalement à son bord inférieur sur un siège formé sur le bord supérieur de l'an neau 77, comme représenté à la fig: 5. Un capot de protection 85 en une matière isolante est placé sur les organes de contact assemblés, capot pouvant également être en métal revêtu d'une matière isolante.
Aussi longtemps que la pression dans le réservoir 3 reste au-des sous de celle désirée, le flotteur 80 reste sta tionnaire avec les anneaux de cuivre 77 et 81. en contact, fermant, par l'intermédiaire des conducteurs 810 et 770 qui sont reliés à l'interrupteur 33, le circuit électrique d'exci tation du moteur 260 de la pompe à huile. S'il y a une baisse dans la quantité de gaz consommée, la pression dans le réservoir 3 augmente, polissant le niveau du mercure clans le bras long du tube en U vers le bas et sou levant le niveau du mercure sous le flotteur.
Ce flotteur se soulève avec le mercure et rompt le circuit du moteur 260 de la pompe à huile, interrompant ainsi l'écoulement d'huile jusqu'au moment où davantage de gaz est consommé et où la pression dans le réser voir 3 diminue. Cette commande est bien adaptée au procédé puisque le générateur con tinue à produire du gaz pendant plusieurs minutes après que l'arrivée d'huile est coupée et que du gaz est immédiatement produit lorsque l'écoulement d'huile dans le généra teur est rétabli. Ce retard ou diminution gra duelle dans la production de gaz après que l'arrivée d'huile a été coupée augmente les intervalles entre l'arrêt et le démarrage du moteur.
Il est évident qu'en réglant la posi tion verticale à laquelle l'ensemble 77-85 est serré sur la branche phis courte du tube en<B>U,</B> l'appareil peut répondre automatique ment à n'importe quelle pression de sortie choisie.
La composition, le poids spécifique -et le pouvoir calorifique du gaz produit varient quelque peu selon le type d'huile utilisée et la température à laquelle le générateur fonc tionne. Avec un catalyseur en bon état dans le générateur fonctionnant à une tempéra ture de 815 environ, le gaz aura un poids spécifique d'environ 0,7 et Lui pouvoir calo rifique d'environ 8500 Cal/m3. Avec le géné rateur fonctionnant à environ 870 à 900 C, le gaz contiendra un pourcentage élevé de H2 et de CO qui abaissera le pouvoir calorifique du gaz, mais augmentera le volume de celui-ci produit à partir d'une quantité donnée d'huile.
En introduisant de nouveau de l'air à. travers la vanne 570', le pouvoir calorifique du gaz peut être abaisse à toute valeur dé sirée, tandis que le poids spécifique et la quantité de gaz produite augmentent de fa çon correspondante du fait de la formation de CO et de la dilution avec N2.
En général, le volume de gaz produit à partir d'Lln volume donné d'huile varie de 0,8 à 1,6 m3/litre d'huile, selon le type d'huile utilisée et le pouvoir calorifique du gaz pro duit. Avec certaines huiles qui donnent beau coup de résidus lors de la distillation, telle que de l'huile N 6 ou Bunker C , il est. pré férable d'injecter 1m peu d'air continuelle ment à travers la conduite<B>57',</B> air qui circule vers le haut à partir du récipient. 13 pour empêcher la. formation de coke au fond du générateur.
Avec des huiles donnant peu ou pas de résidus, il est nécessaire de n'intro duire que suffisamment d'air dans le réci pient 13 pour égaliser la pression .de gaz dans le générateur. Ceci empêche les vapeurs d'eau et d'huile de traverser la masse du catalyseur 6 pour passer dans le récipient. 13.
Si des vapeurs peuvent pénétrer dans le récipient 13, elles se condensent, créant ainsi un vide partiel qui provoque une continua tion de l'écoulement non désiré.
Comme il a déjà été mentionné, le minerai dans la chambre 5 agit comme catalyseur pour empêcher la formation de carbone et a un grand pouvoir d'autogénération pourvu qu'un excès de vapeur (ou un peut d'air) soit employé et que la température du minerai soit- élevée au-dessus de 700 C dans toutes les parties de la chambre 5. D'autre part, si la température augmente au-dessus de 920 C, l'oxyde sur la surface des morceaux de mi nerai peut être réduit en fer métallique qui provoque l'agglomération (frittage) desdits morceaux, en particulier si l'on ajoute trop d'air avec une huile riche en résidus.
Ce der nier état est évité en limitant l'action de la température dans la chambre de combustion. Le minerai, qui est. lui mauvais conducteur de la chaleur et qui est continuellement. re froidi par l'huile injectée, est maintenu à une température entre<B>815</B> et 843 C au sommet de la chambre à catalyseur et à une valeur encore phis basse au-dessous du point auquel l'huile est. injectée. A une température au-des sous de 760 C, le minerai ne réagit pas avec le carbone et l'huile n'est pas suffisamment craquée pour former des gaz fixes.
Des dif ficultés dues à cela sont évitées en confor mant la chambre de telle manière qu'elle pré sente un diamètre allant en diminuant pro gressivement du sommet au fond et en pré- chauffant la vapeur injectée à une tempéra ture voisine de celle régnant. dans la chambre de combustion. En fonctionnant aux tempé ratures plus élevées et en utilisant -une huile à haute teneur en soufre, le minerai tend à absorber du soufre formant du FeS sur la surface des morceaux, mais ce sulfure est retransformé en oxyde. par réaction avec l'air ou l'eau aux températures élevées de fonc tionnement.
Il est prévu des moyens pour déplacer le minerai à travers la chambre à catalyseur à partir du réservoir 12 au sommet chi généra teur vers le récipient. 13, comice précaution contre tons les facteurs qui tendent à dimi nuer l'efficacité du catalyseur à l'oxyde de fer. Ce mouvement est obtenu par un pous soir 70 qui est déplacé en avant et en arrière d'une distance de 5 à 8 cm par un levier oscillant 72. Chaque course du levier pousse <B>1300</B> à 1850 g de minerai dans le récipient 13. Huit à dix courses dut poussoir par heure sont suffisantes.
L'air introduit par la conduite 57' dans le récipient 13 tend à empêcher les vapeurs de circuler vers le bas à partir de la chambre à catalyseur et sert à régénérer ou à rendre de nouveau actif le catalyseur déchargé dans le récipient 13, de sorte que ce catalyseur peut être réutilisé en le retournant au som met de la colonne.
En considérant le rendement global du générateur, les réactions ayant. lieu dans la chambre à catalyseur sont à la fois exother miques et endothermiques, ces dernières dé passant légèrement les premières. La source principale d'absorption de chaleur dans la chambre à catalyseur est. celle requise pour évaporer l'huile injectée qui, ajoutée à. la chaleur absorbée par les réactions chimiques, s'élève à environ 340 kgcal/kg d'huile iii jec- tée. Les autres pertes de chaleur sont- pro duites par la chaleur des gaz formés et. des produits. de combustion qui s'échappent à, tra vers le carneau 73.
Dans de grandes instal lations, cette dernière chaleur peut être uti lisée pour préchauffer l'huile alors qu'elle est pompée vers le générateur et la perte prove- nant de radiations peut être réduite à un minimum en calorifugeant la chambre de combustion.
Ainsi, le rendement global, c'est- à-dire le pouvoir calorifique total de l'huile utilisée comparativement au pouvoir calorifi que total du gaz fourni, se situe à environ 80 % et plus pour le petit générateur décrit. et à 85 1/o pour des unités plus grandes.
Les liquides carbonés tels que les huiles combustibles dérivées du pétrole sont com posés principalement de résidus de distilla tion et de cracking , traitements qui sont répétés jusqu'à ce qu'on ne puisse plus re cueillir d'hydrocarbures légers du résidu. Lorsqu'un mélange de tels liquides stables à la chaleur est injecté dans la chambre à ca talyseur chauffée à une température au-des sus de 780 C, l'action initiale consiste à va poriser l'huile. Ce changement physique est instantanément suivi d'une action chimique clans laquelle les molécules d'hydrocar bure sont premièrement décomposées par réaction avec de l'oxygène provenant de l'oxyde catalyseur.
Cette réaction est tout d'abord limitée à l'oxygène disponible sur les surfaces de la masse du catalyseur, et on peut dire que sur quelques surfaces des morceaux formant la masse du catalyseur l'oxyde est ré duit d'un oxyde supérieur (riche en oxy gène) en un oxyde inférieur (moins riche en oxygène) avec possibilité de formation d'une faible quantité de métal. Avec la dé composition des molécules d'hydrocarbure ainsi commencée, une réaction de cracking suit immédiatement dans laquelle des molé cules de poids moléculaires plus faibles sont formées avec le dépôt. habituel de carbone. Ce carbone est converti en CO par réaction avec l'oxygène fourni par le catalyseur ou en CO et 112 par réaction de la vapeur d'eau four nie.
Finalement, les hydroçarbures ayant des poids moléculaires supérieurs à ceux de l'éthane et du butane sont soumis à une dé composition par la chaleur (pyrolyse) sans dépôt de carbone et des hydrocarbures non saturés ou oléfines sont formés.
En l'absence de gaz oxydants tels que de la vapeur d'eau, l'oxyde catalyseur serait déjà réduit à l'endroit où il devient inactif, mais avec de l'eau injectée sous forme de vapeur surchauffée comme décrit, l'oxyde inférieur sur les surfaces des morceaux de minerai est oxydé en un oxyde supérieur (et toute quan tité de métal si petite soit-elle est oxydée) et l'eau est réduite en H2. Toutes les réactions tendent à un équilibre qui dépend de la tem pérature et de la proportion de vapeur d'eau injectée.
Le catalyseur est formé d'une substance qui fournit de l'oxygène pour la décomposi tion d'hydrocarbure stable, comme décrit ci dessus. En présence de chaleur et d'un gaz oxydant tel que la vapeur, la substance du catalyseur est au moins partiellement régé nérée de l'état d'oxyde inférieur à l'état d'oxyde supérieur .
Quoique de l'hématite dure soit préférée comme substance formant le catalyseur, on peut utiliser d'autres oxydes de métaux ayant une valence au moins égale à deux, tels que du bioxyde de manganèse, de l'oxyde de ni ckel et des oxydes de chrome, de cobalt, de molybdène et de tungstène.
Par exemple, on a produit du .gaz en utilisant du bioxyde de manganèse comme catalyseur, mais il a été constaté que l'oxyde réduit est une poudre qui encrasse le générateur ou est emportée avec le gaz, ce qui rend nécessaire une opération supplémentaire pour le nettoyage du gaz en -vue d'éliminer cette poussière. De façon ana logue, les autres oxydes mentionnés présentent certaines difficulés en fonctionnement qui sont toutes évitées par l'utilisation de-l'héma- tite. Cependant, comme il est connu des gens du métier,
les difficultés mentionnées peu vent être surmontées en mettant la substance catalytique dans une forme appropriée.