Brevet FR2468638A1 — publié le 19810508

La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif pour rendre étanche à une pression élevée la partie du côté de l'entraînement d'une- chambre de préparation et d'hydrogénation par l'hydrogène du charbon en hydrocarbures, la chambre étant constituée d'un cylindre creux dans lequel des éléments tournants se déplacent, le cas échéant,axiale- ment. Le procédé suivant l'invention et le dispo- sitif pour obtenir une étanchéité à une pression éle- vée trouvent application à la transformation de matiè- res hydrocarbonées, par exemple de charbon polymérisé par l'hydrogène, avec formation d'hydrocarbures et de liquidesd'hydrocarburEs, qui peuvent être transformés en carburant ou en combustible ou qui peuvent servir de matières premières chimiques. Lorsque,lors de l'hydrogénation par l'hydro- gène du charbon en hydrocarbures, on souhaite utiliser des particules de charbon sèches qui sont chauffées en lit fluidisé à l'aide de l'hydrogène ou qui sont portées à la température d'hydrogénation séparément dans un dis- positif de chauffage préalable, il est nécessaire de mettre en oeuvre en tout cas une pression élevée dans les chambres d'hydrogénation pour réaliser la transfor- mation. Au brevet nord américain 3 030 297, on fait état d'une pression allant jusqu'à 400 bars. Afin de pouvoir établir dans les chambres d'hydrogénation une pression si élevée, il faut prendre un grand nombre de mesures. C'est ainsi qu'il est indispensable que l'extrémité,se trouvant du côté de l'entraînement, d'un élément de frottement pour le charbon$sous forme de poudre ou mis sous forme de pâte à l'aide d'une huile utilisée à cet effetsoit rendu étanche vis-à-vis de surpressions pouvant atteindre 500 bars. L'invention vise un procédé ainsi qu'un - 2468638 dispositif pour rendre étanche à une pression élevée la partie se trouvant du côté de l'entratnement d'une chambre de préparation pour l'hydrogénation par l'hy- drogène du charbon en hydrocarbures,qui ne présente aucune sorte de phénomène d'usure et qui peut fonc- tionner sans entretien. L'invention vise aussi un système d'é- tanchéité qui peut fonctionner même à des températures allant jusqu'à 5oo0C et qui est très facile à fabri- quer, tout en garantissant une sécurité de fonctionne- ment très élevée en empêchant la sortie de produits d'hydrogénation se trouvant sous une pression très éle- vee. Le procédé suivant l'invention est caracté- risé en ce qu'il consiste à forcer continuellement le charbon de chargement ou autre matière semblable utili- sable pour l'hydrogénation, sous forme pâteuse, d'un réservoir sous pression dans la zone d'étanchéité, du côté de l'entraînement, d'une chambre de préparation ou d'hydrogénation ou d'un réacteur ou autre appareil- lage semblable dans lequel se déplacent axialement des éléments tournants, à établir à l'aide du charbon de chargement ainsi forcé une pression plus élevée dans la zone d'étanchéité que dans la chambre à rendre é- tanche, à maintenir constamment la pression plus éle-. vée dans la zone d'étanchéité et à presser continuel- lement le charbon de chargement chargé pour réaliser la fonction d'étanchéité dans la chambre se trouvant sous une pression plus basse. De préférence: - il consiste à mesurer la pression dans la zone d'é- tanchéité et dans la chambre de préparation et d'hydrogé- nation et, par alimentation de la zone d'étanchéité en charbon plastifié sous pression, à régler la pres- sion dans cette zone à une valeur constamment plus élevée que dans la chambre de préparation et d'hydrogéna- tion. - il consiste à ajouter au charbon de chargement dans le réservoir un additif augmentant la fonction d'étan- chéité. - il consiste à utiliser au lieu du charbon de charge- ment, des hydrocarbures sous forme pâteuse, par exemple du chloroprène, du polyéthylène et autre ou des mé- langes de ces matières avec le charbon de chargement. - il consiste à retourner au réservoir la partie du charbon de chargement en excès qui sort par l'extré- mité se trouvant du côté de l'entraînement de la zone d'étanchéité. Un tel procédé a l'avantage que la fonction d'étanchéité est conservée sans limitation, même à des températures élevées. Grâce à l'alimentation constante en milieu d'étanchéité sous-la forme de charbon de chargement ou de matériaux ayant des propriétés sembla- bles, on obtient une étanchéité sans cesse renouvelée sans avoir à s'accommoder des phénomènes d'usure connus jusqu'ici et auxquels on ne pouvait échapper, et des arrêts de montage et de démontage de nouveaux systèmes d'étanchéité qui en résultaient. Il est bon de mesurer la pression dans la -zone d'étanchéité et de la maintenir par réglage cons- tamment à une valeur plus élevée que celle qui règne dans la chambre de préparation ou d'hydrogénation. Il est aussi possible de mélanger au charbon de chargement contenu dans le réservoir un additif aug- mentant la fonction d'étanchéité qui peut être hydrogé- née sans nuire au processus d'hydrogénation. Au lieu du charbon de chargement, on peut aussi faire appel à des hydrocarbures sous forme pâteuse ou plastique, par exemple à du chloroprène, à du polyéthylène ou à des hydrocarbures semblables.ainsi qu'à des mélanges de ces substances au charbon de chargement. Comme la partie du charbon de chargement sortant par l'extrémité se trouvant du côté de l'en- traInement de la zone d'étanchéité est retournée au réservoir et est retournée par pompage à nouveau sous pression dans la première gorge annulaire, on réduit dans une certaine mesure la consommation de charbon de chargement. L'invention vise également un dispositif pour rendre étanche à une pression élevée une chambre de préparation et d'hydrogénation,formée d'un cylin- dre creuxdans lequel se déplace axialement un élément tournantet ayant une zone d'étanchéité se trouvant du côté de l'entraînement de l'élément, caractérisé par un obstacle conique formé sur la partietdu côté de l'entraInementd'un élément de frottement à côté de l'ouverture de chargement du charbon dans la chambre de préparation,avec formation d'un intervalle annu- laire conique s'amincissant du côté de la chambre de préparation, par une première chambre annulaire formée par une gorge hémicirculaire ménagée dans l'élément de frottement, raccordée du côté de l'entraînement à l'obstacle, la première chambre annulaire communiquant à l'aide d'un conduit d'alimentation avec un compres- seur ou une vis de compression qui communique avec un réservoir. Pour augmenter l'effet d'étanchéité, il peut être avantageuxsuivant une variante,que sur l'extrémité,se trouvant du côté de l'entrainement,d'un élément tournant se raccorde à partir de la première chambre annulaire un filetage d'arrêt, un obstacle cylindrique ayant à peu près le diamètre du cylindre creux et une seconde chambre annulaire et qu'un canal d'évacuation metsla seconde chambre annulaire en com- munication avec le réservoir. De préférence, l'intervalle annulaire se rétrécissant coniquement ou cylindriqueise trouvant du côté de la chambre de préparation, a une plus grande dimension que l'intervalle annulaire se trou- vant du côté de l'entraînement. En donnant à la lar- geur de l'espace annulairese rétrécissant coniquement du côté de la chambre et formé par l'obstacle conique et le cylindre coniquepune dimension plus grande que celle de la largeur de l'espace annulaire formé entre l'obstacle cylindrique se trouvant du côté de l'entrai- nement et le cylindre creux, on est sûr que la pression obtenue,lorsque l'on presse le charbon de chargement dans la chambre annulaires'exerce en direction de la chambre et que le charbon de chargement est transporté dans la chambre de préparation et d'hydrogénation. De préférence - des canaux de modération de la température dans la zone d'étanchéité sont disposés dans le cylindre. - la première chambre annulaire affecte la forme d'une gorge hémicirculaire ménagée dans l'extrémité se trou- vant du côté de l'entraînement du cylindre. - la seconde chambre annulaire affecte la forme d'une gorge hémicirculaire ménagée dans l'extrémité se trou- vant du côté de l'entraînement du cylindre. - l'intervalle annulaire se rétrécissant coniquement et se trouvant du côté de la chambre de préparation est formé par un fraisage conique du cylindre. Aux dessins annexéssdonnés uniquement à titre' d'exemple: La figure 1 est une vue en coupe longitudina- le d'une installation pour l'hydrogénation par l'hydro- gène du charbon en hydrocarbures. La figure 2 représente un mode de réalisa- tion dans lequel des gorges annulaires sont ménagées dans un élément de frottement, et La figure 3 représente une variante dans laquelle des gorges annulaires sont ménagées dans un cylindre. 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 sensible à la pression, dans une trémie 1 de chargement. Le char- bon parvient par un sas 3 à roue cellulaire et par l'ou- verture 18 de chargement à la chambre 4 de préparation. Dans celle-ci est disposé un élément 6 de frottement tournant entraîné par le dispositif d'entraînement et par l'engrenage 10. L'élément 6 de frottement se poursuit en direc- tion de la chambre 9 d'hydrogénation sous la forme d'un rotor 8 muwtd'ailes 11. Des buses 12 statiques de mélange traversent la paroi 13 latérale cylindrique de la chambre d'hydro- génation à des distances uniformes radialement et axia- lement et viennent en direction de l'axe du rotor 8. Les buses 12 statiques de mélange peuvent être fermées par des clapets anti-retour non représentés. Les buses 12 statiques de mélange communiquent en outre avec un sys- tème 15 d'amenée d'hydrogènetqui peut être alimenté en hydrogène 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 l'élément 6 de frottement et est soumis à un mouvement donnant beaucoup de chaleur de frottement. Le mouvement qui donne beau- coup de chaleur de frottement et qui donne une compression plastifie le charbon, de sorte que celui-ci pénètre dans la chambre 9 d'hydrogénation alors qu'il est en phase plas- tique. Dans la chambre 9 d'hydrogénation, le charbon plastique est soumis à un mélange et à un tourbillonnement intensifs par les ailes Il de mélange ménagées sur le rotor 8 et par les buses 12 statiques de mélange. En même temps, on projette dans la chambre 9 d'hydrogénation de l'hydrogène par les buses 12, ce qui fait commencer et accélère la réaction d'hydrogénation exothermique. Pour effectuer la réaction d'hydrogénation, il est nécessaire d'avoir une température allant jus- qu'à 450 C,ainsi qu'une pression allant jusqu'à 400 bars dans la chambre d'hydrogénation. La pression est établie croissante dans la direction de la chambre 9 d'hydrogénation grâce à l'élément 6 tournant de frot- tement. Dans la trémie et dans la zone d'amenée de l'élément de frottement règne une pression de 350 bars environ,qui augmente jusqu'à 450 bars environ suivant la direction de la chambre d'hydrogénationo Il faut prendre des mesures pour éviter que la pression régnant dans la chambre 4 de préparation s'étende et s'établisse dans la direction de l'engre- nage et du dispositif d'entraînement 100 Le procédé suivant l'invention pour obtenir l'étanchéité peut être effectué par exemple grâce au dispositif décrit ci-après, sans être limité à un tel dispositifo Du charbon de chargement, par exemple broyé et mélangé à de l'huile, est forcé continuellementi-t la figure 2 d'un réservoir 20, pouvant être rempli en- suite par l'intermédiaire d'un canal 21 d'alimentation sous pression, pouvant être obtenu par un compresseur 42 raccordé au réservoir, dans une première gorge 22 anlulaire. De là.le charbon chargé parvient par l'in- termédiaire d'un filetage 23 de transport disposé sur l'é1lément 6 de frottement dans un intervalle 24 annu- laire conique se rétrécissant et se trouvant du c8té de la chambre de préparationo Grâce au fait que l'intervalle 24 annulaire soit conique ou cylindrique dans la direction de la chambre 4 de préparation, on obtient la possibilité d'établir et de maintenir une pression plus élevée jusqu'à l'extrémité, se trouvant du côté de la cham- bre de préparation, de l'intervalle 24 annulaire. En outre, grâce à l'agencement conique de l'intervalle annulaire, tout celui-ci est empli d'une manière uni- forme sur le pourtour de charbon de chargement. Comme la pression réglée à partir du com- presseur 42 par le conduit 21 d'alimentation est plus élevée que celle qui règne dans le chambre 4 de prépa- ration, le charbon plastique est poussé et passe l'obs- taole 25 conique pour parvenir dans la chambre 4 de préparation. Comme,en outrela pression dans la zone d'é- tanchéité est constamment plus élevée que celle qui rè- gne dans la chambre 4 de préparation, on obtient une alimentation continue de charbon de chargement par l'intermédiaire de l'obstacle conique 24 dans la cham- bre 4 de préparation. On assure ainsi que le côté, se trouvant du côté de l'entra5nement, de l'élément 6 de frottement qui tourne, soit rendu absolument étanche vis à vis de son engrenage et de son palier de réaction, compte tenu de la pression très élevée qui règne dans la chambre de préparation. On peut encore améliorer l'étanchéité en pré- voyant une deuxième gorge 26 annulaire qui communique également par un conduit 27 avec le réservoir 20. A partir de la première gorge 22 annulaire, il est prévu du côté de l'entraînement, outre cette gorge, un filetage 28 d'arrêt,provoquant un transport en retour,auquel se raccorde une partie 29 cylindrique. Le charbon pâteux de chargement qui, sous l'effet de la pression produite par le compresseur 42, parvient par l'intermédiaire du conduit 21 dans la gorge 22 annulaire, et doit s'écouler dans l'extrémité se trouvant du côté de l'entraînement du cylindre 5, est transporté en sens inverse par le filetage 28 dans la gorge 22 annulaire. Si le transport en retour n'est pas complet, le charbon de chargement sous pression pénètre par l'intermédiaire de l'intervalle 30 annulai- re et,en passant par la partie 29 cylindrique,dans la deuxième gorge 26 annulaire. De là,le charbon de char- gement retourne par le conduit 27 au réservoir 20$o il est à nouveau mis sous pression à l'aide du compres- seur 42 et est renvoyé par le conduit 21 dans la pre- mière gorge 22 annulaire. A côté de la deuxième gorge annulaire, il est prévu encore un autre filetage 31 d'arrêt provoquant un transport en retour pour assurer d'une manière cer- taine que du charbon de chargement ne pénètre pas dans le palier de réactionse trouvant du côté de l'entrai- nement,de l'élément de frottement et pour pouvoir éta- blir dans les chambres 4 et 9 la pression nécessaire à l'hydrogénation. La variante illustrée à la figure 3 se dis- tingue de celle de la figure 2 essentiellement en ce que les gorges annulaires n'ont pas été ménagées à l'extrémité se trouvant du côté de l'engrenage de l'é- lément 6 de frottement, mais à l'extrémité se trouvant du côW Él 'engrenage du cylindre 5. Le charbon de chargementmis sous pression dans cette variante à l'aide d'une vis 34 de compressionpar- vient dans la première gorge 32 annulaire ménagée dans le cylindre 5. De là,le charbon de chargement est for- cé dans un intervalle 35 annulaire conique faisant suite à la gorge 32 annulaire du côté de la chambre de prépa- ration et arrive ensuiteen passant par l'intervalle 36 annulaire,dans la chambre 4 de préparation. Dans le cylindre 5 on peut ménager,en outre, du côté de l'entrainementune deuxième gorge 33 annu- laire qui reçoit éventuellement le charbon pâteux pas- sant dans l'intervalle 37 annulaire. Le charbon arrivant dans l'intervalle 33 annulaire retourne par un conduit 27 au réservoir 20 et de là est retourné à l'aide de la -vis 34 de compression dans la première gorge 32 annulaire en passant par le conduit 21. Dans ce dispositif d'étanchéité aussi, la pression dans la première gorge 32 annulaire est plus élevée que celle qui règne dans la chambre de préparation. On établit ces pressions par un manomètre 38, qui détecte la pression dans la gorge 32 annulaire.et par un manomètre 39,qui détecte la pression dans la chambre 4 de préparation. On compare les deux pressions à l'aide d'un appareil 40 de commande et suivant la valeur obtenue, on commande la pression obtenue par le compresseur 42 de manière à ce que la pression dans les premières gorges 22 ou 32 annulaires soit plus élevée que celle qui règne dans la chambre 4 de préparation. On assure ainsi d'une part le maintien à une valeur constante de la pression dans la chambre 4 de préparation et d'autre part l'impos- sibilité pour du charbon de chargement de pénétrer à l'extrémité,se trouvant du côté de l'engrenagede l'élé- ment de frottement et du palier de réaction qui y est prévu et de l'entraînement. Pour éviter que,par exemple la température du cylindre 5 se transmette à l'entraînement, on prévoit des canaux 41 sinueux de modération de la température, qui sont alimentés en circuit fermé par un système de modération de température non représenté et qui servent de dispositifs de chauffage au démarrage ou de dispo- sitifs de refroidissement lors du fonctionnement ulté- rieur. Lorsque l'on met en oeuvre une vis 34 de com- pression pour l'établissement de la pression dans les premières gorges 22 ou 32 annulaires, l'appareil 40 de il commande règle la vitesse de rotation de la vis 34 et ainsi la pression dans les gorges 22 et 32 annulaires, de manière à ce qu'il y règne une pression constamment plus élevée que celle qui règne dans la chambre 4 de préparation. Les conduits 21 à 27 ainsi que le réservoir et le compresseur 42 o la vis 34 de compression peuvent aussi, en variante, être disposés au-dessus de la zone d'étanchéité se trouvant du côté de lventraIne- ment de l'élément 6. Un tel agencement a l'avantage de faciliter notamment l'alimentation en charbon de char- gement des gorges 22 et 32 annulaires. REVENDICATIONS 1) Procédé pour rendre étanche à une pression élevée la partie du côté de l'entraînement d'une chambre de préparation et d'hydrogénation par l'hydrogène du charbon en hydrocarbures, la chambre étant constituée d'un cylindre creux dans lequel se déplacent axialement des éléments tournants, caractérisé en ce qu'il con- siste à forcer continuellement le charbon de chargement ou autre matière semblable utilisable pour l'hydrogéna- tion, sous forme pâteuse, d'un réservoir sous pression dans la zone d'étanchéité, du côté de l'entraînement, d'une chambre de préparation ou d'hydrogénation ou d'un réacteur ou autre appareillage semblable dans lequel se déplacent axialement des éléments.tournants, à établir à l'aide du charbon de chargement ainsi forcé une pres- sion plus élevée dans la zone d'étanchéité que dans la chambre à rendre étanche, à maintenir constamment la pression plus élevée dans la zone d'étanchéité et à presser continuellement le charbon de chargement chargé pour réaliser la fonction dtétanchéité dans la chambre se trouvant "sous une pression plus basse. 2) Procédé suivant la revendication 1,caracté- risé en ce qu'il consiste à mesurer la pression dans la zone d'étanchéité et dans la chambre de préparation et d'hydrogénation et, par alimentation de la zone d'é- tanchéité en charbon plastifié sous pression,à régler la pression dans cette zone à une valeur constamment. plus élevée que dans la chambre de préparation et d'hydro- génation. 3) Procédé suivant la revendication 1,carac- térisé en ce qu'il consiste à ajouter au charbon de chargement dans le réservoir un additif augmentant la fonction d'étanchéité. 4) Procédé suivant la revendication 1,carac- térisé en ce qu'il consiste à utiliser au lieu du char- bon de chargement, des hydrocarbures sous forme pâteuse, par exemple du chloroprène, du polyéthylène et autres ou des mélanges de ces matières avec le charbon de char- gement. 5) Procédé suivant la revendication Icarac- térisé en ce qu'il consiste à retourner au réservoir la partie du charbon de chargement en excès qui sort par lVextrémité,se trouvant du côté de l'entraînement, de la zone d'étanchéité. 6) Dispositif pour rendre étanche à une pres- sion élevée une chambre de préparation et d'hydrogéna- tion,formée d'un cylindre creuxgdans lequel se dé- place axialement un élément tournant,et ayant une zone d'étanchéité se trouvant du côté de l'entraînement de l'élément, caractérisé par un obstacle (25) conique formé sur la partie,du côté de l'entrainement,d'un élé- ment (6) de frottement à côté de l'ouverture (18) de chargement du charbon dans la chambre (4) de préparation avec formation d'un intervalle (24) annulaire conique s'amincissant du côté de la chambre de préparation, par une première chambre (22) annulaire, formee par une gorge hémicirculaire ménagée dans l'élément (6) de frot- tement, raccordée du côté de l'entraînement à l'obstacle (25), la première chambre (22) annulaire communiquant à l'aide d'un conduit (21) d'alimentation avec un com- presseur (42) ou une vis (34) de compression qui commu- nique avec un réservoir (20). 7) Dispositif suivant la revendication 6,carac- térisé en ce que sur l'extrémité se trouvant du côté de l'entraînement d'un élément tournant se raccorde à partir de la première chambre (22) annulaire un filetage (28) d'arrêt, un obstacle (29) cylindrique ayant à peu près le diamètre du cylindre creux et une seconde chambre (26) annulaire et un canal (27) d'évacuation met la seconde chambre (26) annulaire en communication avec le réservoir (20). 8) Dispositif suivant la revendication 6 carac- térisé en ce que l'intervalle (24, 35) annulaire se ré- trécissant coniquement ou cylindrique se trouvant du côté de la chambre de préparation, a une plus grande dimension que l'intervalle (30, 37) annulaire se trou- vant du côté de l'entraînement. 9) Dispositif suivant la revendication 6>carac- térisé en ce que des canaux (41) de modération de la température dans la zone d'étanchéité sont disposés dans le cylindre. ) Dispositif suivant la revendication 6)carac- térisé en ce que la première chambre annulaire affecte la forme d'une gorge hémicirculaire ménagée dans l'ex- trémité se trouvant du côté de l'entraînement du cylindre (5). 11) Dispositif suivant la revendication 6,carac- térisé en ce que la seconde chambre (33) annulaire af- fecte la forme d'une gorge hémicirculaire ménagée dans l'extrémité se trouvant du côté de l'entraXnement du cylindre (5). 12) Dispositif suivant la revendication 6,carac- térisé en ce que l'intervalle (35) annulairelse rétré- cissant coniquement et se trouvant du côté de la chambre de préparation)est formé par un fraisage conique du cy- lindre (5).