Brevet FR2470989A1 — publié le 19810612

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour surveiller la pression lors de l'hydrogénation par l'hydrogène du charbon en hydro- carbures.,suivant lequel on charge le charbon sous for- me de poudre ou de morceaux dans une chambre de pré- paration, on le comprime et on le plastifie en le ré- chauffant par frottement, puis on charge le charbon plastifié dans une chambre d'hydrogénationonalimen- te en hydrogène eton hydrogène sous une pression al- lant jusqu'à 500 bars environ et à une température allant jusqu'à 5000C environ, puis on envoie les pro- duits d'hydrogénation dans un séparateur à chaud. Un dispositif pour mettre en oeuvre le procé- dé de surveillance de la pression d'hydrogénation sur une installation d'hydrogénation par l'hydrogène du charbon en hydrocarbures se compose d'une chambre de préparation cylindrique dans laquelle tourne un élé- ment de frottement et d'une chambre d'hydrogénation cylindrique raccordée à la première et munie d'un ro- tor équipé d'ailes de mélangeage ainsi que de buses de mélange statique qui traversent la paroi de la chambre d'hydrogénation et qui sont destinées à la projection de l'hydrogène. On ne connatt pas de procédé ou de dispositif de surveillance de la pression dans une installation qui se compose d'une chambre de préparation et d'une chambre d'hydrogénation disposées dans une enveloppe. Comme l'hydrogénation s'effectue sous une pression gazeuse allant jusqu'à 500 bars environ et à une température allant jusqu'à 5000C environ, il faut prendre soin que la pression des gaz qui règne dans la chambre d'hydrogénation ne puisse pas s'é- tendre dans la chambre de préparation en amont et de là dans la trémie de chargement et au delà. Une tel- le propagation de la pression entratnerait des risques considérables pour les équipements en amont et pour le personnel de service. L'invention vise un procédé ainsi qu'un dis- positif de surveillance de la pression lors de l'hy- drogénation par l'hydrogène du charbon en hydrocar- bures qui assure qu'un équipement se composant d'une chambre de préparation et d'une chambre d'hydrogéna- tion disposées dans une enveloppe travaille d'une manière fiable et sûre à tout égard en dépit des pressions et températures très élevées nécessaires au processus d'hydrogénation. Il est notamment par- ticulièrement important que la pression très élevée, nécessaire à l'hydrogénation qui s'effectue dans la chambre d'hydrogénation,ne puisse pas se propager ou s'établir dans les équipements de machines qui y sont raccordés. Suivant l'invention, le procédé consiste à mesurer la pression dans la chambre d'hydrogéna- tion et à l'extrémité de la chambre de préparation tournée vers la chambre d'hydrogénation et à les égaliser à l'aide d'un appareil de commande, et, lorsque la pression à l'extrémité de la-chambre de préparation tournée vers la chambre d'hydrogénation s'abaisse en dessous de la pression dans la chambre d'hydrogénation, à fermer par l'appareil de commande l'ouverture d'amenée du charbon plastifié dans la chambre d'hydrogénation et à faire cesser le mouve- ment d'amenée dans la chambre de préparation. Le dispositif suivant l'invention est carac- térisé en ce que que la partie tournée vers l'en- trée du cylindre de la chambre d'hydrogénation s'é- largit à la manière d'un cône, sur le rotor'à l'en- droit de la partie s'élargissant à la manière d'un cône est prévue une partie de diamètre plus petit s'élargissant de manière conique, le rotor est muni d'un vérin hydraulique pouvant coulisser axialement et relié à un appareil de commande et dans la chambre d'hydrogénation et à l'extrémité tournée vers la chambre d'hydrogénation de la chambre de préparation sont pré- vus des manomètres reliés à l'appareil de commande et l'appareil de commande est relié au dis- positif d'entraînement. En mesurant de manière permanente la pression dans la chambre d'hydrogénation et à l'extrémité, tournée du côté de la chambre d'hydrogénation, de la chambre de préparation, on est sûr à l'aide de l'appareil de commande,qui est relié aixmanomètresque si la pression s'abaisse à.l'extrémité, tournée du côté de la chambre d'hydrogénation, de la chambre de préparation, en dessous de la pression qui règne dans la chambre d'hydrogénation, l'ouverture d'amenée dans la chambre d'hydrogénation se ferme immédiatement. En même temps cesse tout mouvement d'amenée dans la chambre de préparation afin d'éviter une élévation inadmissible de la pression à l'extrémité, tournée vers la chambre d'hydrogénation, de la chambre de préparation. Si par exemple le manomètre dans la chambre d'hydrogénation indique une pression de 400 bars et si la pression à l'extrémité, tournée vers la cham- bre d'hydrogénation, de la chambre de préparation, ne s'élève qu'à 390 bars, l'appareil de commande fer- me immédiatement l'ouverture d'amenée permettant d'a- limenter la chambre d'hydrogénation. On évite ainsi que la pression dans la chambre d'hydrogénation puis- se transmettre à la chambre de préparation et avoir des conséquences nuisibles sur l'alimentation en charbon de la chambre de préparation et que de telles conséquences puissent se produire aux endroits de la chambre de préparation et de la trémie de charge- ment qui ne sont pas étanches à un degré aussi élevé. La pression qui règne dans la chambre d'hydro- génation est surtout une pression de gazzprovoquée par le processus d'hydrogénation et par l'envoi de l'hy- drogène dans cette chambre d'hydrogénation. Suivant un mode d'exécution préféré auquel l'invention n'est pas limitée, la chambre d'hydrogéna- tion est fermée par le fait que la partie, du côté de l'entrée, du cylindre constituant la chambre d'hy- drogénation, est en forme de cône et est munie d'un rotor qui, à cet endroit, présente également une partie de plus petit-diamètre s'élargissant coniquement dans la même direction et par le fait que l'on déplace axialement le rotor en direction de la chambre de préparation. Les deux surfaces coniques du cylindre formant la chambre d'hydrogénation et du rotor sont pressées l'une contre l'autre par le déplacement axial du ro- tor, ce qui procure une étanchéité absolue de la chambre d'hydrogénation par rapport à la chambre de préparation. Comme l'élément de frottement qui tourne dans la chambre de préparation presse le charbon plastifié vers la chambre d'hydrogénation, il s'applique sur cet élément de frottement et donc sur le rotor qui en est solidaire une réaction axiale notable qui doit être absorbée par un palier de réaction conformé en conséquence. la réaction est due surtout à la contre- pression provenant de la chambre d'hydrogénation ainsi qu'à l'effet de transport de l'élément de frottement dans la direction de la chambre d'hydrogénation. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins schématiques annexés, donnés uniquement à titre d'exemple La figure 1 est une vue en coupe longitudina- le d'une installation d'hydrogénation par l'hydrogène du charbon en hydrocarbures. La figure 2 est une vue à plus grande échelle de la partie conique du rotor et des faces cylindri- ques qui la limitent, et La figure 3 représente un mode de réalisation d'un vérin hydraulique pour le déplacement axial du rotor ou de l'élément de frottement. Du charbon sec à hydrogéner,en poudre ou en morceaux,est chargé par une ouverture de chargement, qui peut être fermée à l'aide d'une vanne 2 sensible à la pression,dans une trémie 1 de chargement. Le charbon parvient par un sas 3 à roue cellulaire et par l'ouverture 18 de chargement, à la chambre 4 de préparation. Dans celle-ci est disposé un élé- ment 6 de frottement tournant,entratné par un dispo- sitif d'entraînement 10. Sur cet élément 6 sont ménagées des nervures 7 de frottement permettant d'obtenir une compression et de la chaleur par frot- tement. L'élément 6 de frottement se prolonge en direction de la chambre 9 d'hydrogénation sous la forme d'un rotor 8 sur lequel sont ménagées des ailes 11. Des buses 12 statiques de mélange traversent la paroi 13 latéralecylindrique de la chambre d'hy- drogénation à des distances uniformes radialement et axialement et viennent en direction de l'axe du ro- tor 8. Dans les buses 12 statiques de mélange pour la projection de l'hydrogène sont ménagés des canaux qui peuvent être fermés à l'aide de clapets anti- retour non représentés. Les buses 12 statiques de mé- lange communiquent en outre avec un système 15 d'a- menée d'hydrogène, lequel peut être alimenté en hy- 2470989- drogène par une source d'hydrogène et par un compres- seur 16. Le charbon chargé dans la chambre 4 de prépara- tion à l'aide du sas 3 est comprimé par les nervures 7 ménagées sur l'élément 6 de frottement et est sou- mis à un mouvement donnant beaucoup de chaleur de frottement, ce qui provoque la plastification du char- bon. Le charbon plastifié est envoyé dans la chambre 9 d'hydrogénation. Dans celle-ci le charbon plastique est soumis à un mélange et à un tourbillonnement intensif par les ailes 11 de mélange ménagées sur le rotor 8 et par les buses 12 statiques de mélange. En même temps,on projette dans la chambre d'hydrogénation de l'hydrogène par les buses 12, ce qui fait commencer et accélère la réaction d'hydrogénation exothermique. Pour effec- tuer la réaction d'hydrogénation, il est nécessaire d'avoir une température allant jusqu'à 5000C environ ainsi qu'une pression allant jusqu'à 500 bars environ dans la chambre 9 d'hydrogénation. La pression est é- tablie croissante dans la direction de la chambre 9 d'hydrogénation grâce à l'élément 6 tournant de frot- tement. Dans la chambre 4 de préparation, il peut dé- jà y avoir une pression allant jusqu'à 500 bars. La pression s'élève encore dans la chambre 9 d'hydrogéna- tion en raison de l'injection de l'hydrogène. La pro- jection d'hydrogène cesse automatiquement lorsque l'on atteint une pression prescrite. Il faut prendre des mesures pour éviter que la pression régnant dans la chambre 4 de préparation s'é- tende au dispositif d'entraînement 10. Pour obtenir à cet égard une étanchéité sûre, on fait passer dans une première gorge 22 annulaire, qui communique par un conduit 21 avec un réservoir 20, du charbon chargé, broyé et mélangé à de l'huile qui se trouve sous une pression plus élevée que celle qui règne dans la chambre 4 de préparation. Le réservoir est mis sous pression par le compresseur 24, si bien que le charbon de chargement parvient, par l'in- termédiaire du conduit 21, dans la première gorge 22 annulaire et de là par un intervalle très étroit mé- nagé entre l'extrémité, tournée du côté du dispositif d'entraînement, de l'élément 6 de frottement et la paroi latérale cylindrique qui l'entoure, dans la chambre 4 de préparation. Le charbon chargé mis sous pression dans la première gorge 22 annulaire est sous une pression plus élevée que celle qui règne dans la chambre 4 de préparation. On obtient ainsi un sys- tème d'étanchéité parfait. Le charbon chargé qui est pressé non dans la direction de la chambre de préparation, mais du côté du dispositif d'entraînement, parvient dans une se- conde gorge 23 annulaire et de là est retourné au réservoir 20. La partie 25 tournée vers la chambre d'hydro- génation de la chambre 4 de préparation est équipée d'un manomètre 27 qui est relié à un appareil 28 de commande. La chambre 9 d'hydrogénation est également équipée d'un manomètre 27a qui est relié à l'appareil 28 de commande. L'appareil 28 de commande agit sur une électro- vanne 29, laquelle communique avec une source 30 hy- draulique sous pression. La source 30 communique par un conduit 31 avec un vérin 32 hydraulique. La figure 2 représente la partie 39 conique du rotor 8 qui coopère avec la partie 38 s'élargissant coniquement de la face latérale 13 cylindrique. Quand par exemple le rotor 8 ayant la partie 39 s'élargissant coniquement est déplacé vers le cylindre 13 ou vers la face 38 conique, la chambre 9 d'hydrogénation est bien fermée par rapport à la chambre 4 de préparation. La figure 3 représente l'extrémité, tournée du côté du dispositif d'entraînement, de l'élément 6 de frottement. L'élément 6 de frottement s'appuie axialement sur une pièce 34 recevant la pression dont il est solidaire en rotation et qui est solidaire aussi en rotation du chemin de roulement 36 d'un pa- lier de réaction à roulement à billes. Le chemin de roulement 37 est solidaire en rotation du piston 33 annulaire du cylindre 32. Des garnitures permettent d'obtenir une bonne étanchéité du cylindre 32. Les produits d'hydrogénation liquides,solides et gazeux sont acheminés de la chambre 9 d'hydrogéna- tion à un séparateur à chaud, lequel est fermé par des clapets anti-retour. On règle le clapet anti-retour fermant la chambre 4 d'hydrogénation par rapport au séparateur à chaud, de manière à ce qu'il s'ouvre en cas de dé- passement d'une pression prescrite dans la chambre 9 d'hydrogénationde manière à pouvoir évacuer les produits d'hydrogénation en vue de leur traitement ultérieur dans le séparateur à chaud. On décrit ci-dessous le mode de fonctionnement d'un dispositif pour exécuter le procédé de surveil- lance de la pression d'hydrogénation. Par le manomètre 27 de la chambre 4 de pré- paration et 27a de la chambre 9 d'hydrogénation, on mesure en permanence les pressions et on les compare à l'aide de l'appareil 28 de commande. Si la pres- sion qui règne dans la chambre 4 de préparation s'a- baisse en dessous de celle qui règne dans la chambre 9 d'hydrogénation, l'appareil 28 de commande excite une électro-vanne 29 qui s'ouvre. Le liquide d'hy- drogénation qui se trouve sous une pression élevée dans le cylindre 32 est ainsi poussé par des conduits 31 et 40 vers la source 30 sous pression. Grâce à cela, le rotor 8 qui est solidaire en rotation de l'élément 6 de frottement est déplacé sans retard suivant la direction axiale vers le dis- positif d'entraînement 10 et les surfaces 38 et 39 coniques sont pressées l'une sur l'autre. En même temps on provoque,en débranchant l'appareil 23 de commande du dispositif d'entraînement 10, l'inter- ruption du transport du charbon de charge à la cham- bre 9 d'hydrogénation. Le mouvement axial du rotor 8 et de l'élé- ment 6 de frottement qui en est solidaire s'effec- tue lors d'une vidange,c'est-à-dire d'une abaissement de la pression dans le cylindre 32, automatiquementpar- ce que l'on obtient par l'élément 6 de frottement tournant un effet de convoyage axial et ainsi une réaction axiale élevée. L'élément de frottement 6 et le rotor 8 sont ainsi constamment sou- mis à une réaction très élevée qui doit être surmontée par la pression qui règne dans le cylindre 32. En cas de réduction de la pression par la commu- tation de l'électro-vanne 29, le rotor 8 et l'élément 6 de frottement viennent directement dans la position se trouvant du côté du dispositif d'entraînement et ferment ainsi l'ouverture d'alimentation annulaire don- nant accès à la chambre 9 d'hydrogénation, ce qui assu- re que la pression des gaz très élevée qui règne dans la chambre d'hydrogénation ne peut s'étendre à la cham- bre 4 de préparation et à la trémie 1 de chargement et y provoquer des dommages notables. REVENDICATIONS 1) Procédé pour surveiller la pression d'hydro- génation dans l'hydrogénationpwrl'hydrogène du char- bon en hydrocarbures,qui consiste à charger le char- bon sous forme de poudre ou de morceaux dans une cham- -bre de préparation, à le comprimer et à le plastifier en le réchauffant par frottement, puis à charger le charbon plastifié dans une chambre d'hydrogénation,à alimenter en hydrogène et à hydrogéner sous une pres- sion allant jusqu'à 500 bars environ et à une tempé- rature allant jusqu'à 500C environ, puis à envoyer les produits d'hydrogénation dans un séparateur à chaud, caractérisé en ce qu'ilconsiste à mesurer la pression dans la chambre d'hydrogénation et à l'ex- trémité de la chambre de préparation tournée vers la chambre d'hydrogénation et à les égaliser à l'ai- de d'un appareil de commande, et, lorsque la pression à l'extrémité de la chambre de préparation tournée vers la chambre d'hydrogénation s'abaisse en dessous de la pression dans la chambre d'hydrogénation, à fermer par l'appareil de commande l'ouverture d'ame- née du charbon plastifié dans la chambre d'hydrogéna- tion et à faire cesser le mouvement d'amenée dans la chambre de préparation. 2) Dispositif pour surveiller la pression d'hy- drogénation sur une installation d'hydrogénation par l'hydrogène du charbon en hydrocarbures, l'installa- tion se composant d'une chambre cylindrique de prépa- ration dans laquelle tourne un élément de frottement et d'une chambre d'hydrogénation cylindrique raccor- dée à la première et munie d'un rotor équipé d'ailes de mélange et de bus-es de mélange statique qui tra- versent la paroi de la chambre d'hydrogénation et qui sont destinées à la projection de l'hydrogène, caractérisé en ce que la partie (38) tournée vers Il l'entrée du cylindre (13) de la chambre (9) d'hydrogé- nation s'élargit à la manière d'un cône, sur le rotor (8) à l'endroit de la partie (38) s'élargissant à la manière d'un cône est prévue une partie (39) de dia- mètre plus petit s'élargissant de manière conique, le rotor (8) est muni d'un vérin (32) hydraulique pouvant coulisser axialement et relié à un appareil (28) de commande et dans la chambre (9) d'hydrogénation et à l'extrémité (25) tournée vers la chambre d'hydrogéna- tion de la chambre (4) de préparation sont prévus des manomètres (27, 27a) reliés à l'appa- reil (28) de commande et l'appareil (28) de commande est relié au dispositif d'entraînement (10).