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"NOUVEAU PROCEDE PERFECTIONNE POUR L'ACTIVATION
DES LITIERES CARBONEES PAR LES GAZ"
Il est de pratique courante de traiter des matières carbonées diverses à l'aide de gaz dits activants, en vue de transformer lesdites matières en charbon actif,c'est-à- dire en charbon doué d'un grand pouvoir d'absorption pour les gaz ou d'un grand pouvoir décoloranto
Les matières carbonées utilisées à cet effet peuvent être des substances crues telles que bois ou déchets de matières végétales ou animales quelconques,tourbe,
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lignite, anthracite, etc...ou ces mêmes substances ayant subi une carbonisation plus ou moins complète. Elles'peuvent être additionnées ou non de substances chimiques favorisant l'activation et être agglomérées par des moyens divers.
Les gaz activants peuvent être constitués par de l'oxygène, de la vapeur d'eau, du gaz carbonique, du chlore, du gaz chlorhy- drique employés seuls ou en mélange, dilués dans certains cas par des fumées des gaz de carbonisation, etc...
Dans tous les procédés en usage, on obtient l'ac- tivation en admettant les gaz activants sus-mentionnés sur la matière carbonée convenablement divisée, en fragments ou en agglo mérés.
Cette matière est portée à haute température, la température la plusfavorable à l'activation dépendant d'ailleurs de la nature des gaz activants et de leur mode d'utilisation.
Pour la mise en oeuvre de l'activation par les gaz, il a été proposé de nombreux procédés, basés sur les trois principales modalités de fonctionnement rappelées ci-dessous :
1.- La matière carbonée est enfermée dans des cornues chauffées extérieurement à la température optimum pour l'ac- tivation. On introduit de plus à l'intérieur de ces dernières des gaz activants, par des orifices appropriés. Les gaz acti- vants, qui dans ce cas ne sont pas en mélange avec les gaz de chauffage extérieur des cornues, permettent, notamment dans le cas d'emploi de vapeur d'eau ou de gaz carbonique, de pro- duire par réaction sur la matière carbonée des gaz de cornues, dits gaz d'activation, parfaitement combustibles et utilisa- bles éventuellement pour le chauffage.
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L'inconvénient d'un tel procédé réside/dans la difficulté de chauffer efficacement et très uniformément la matière carbonée à la température précise nécessaire pour l'activation. En effet, la matière carbonée, dans son état normal d'emploi, est généralement très mauvaise conductrice de la chaleur ; de plus, les parois de la cornue (nécessai- rement épaisses pour l'obtention d'une étanchéité et d'une solidité suffisantes) sont un obstacle à la transmission rapide des calories.
La difficulté de chauffage est d'ailleurs d'autant plus grande que les réactions des gaz activants (comme la vapeur d'eau et l'acide carbonique), sur la matière carbonée, lesquelles présentent une analogie avec les réac,tions de la fabrication du gaz à l'eau, sont fortement endothermiques et, dans ces conditions, il est pratiquement impossible de maintenir la même température au centre et sur les bords de la cornue.
Pour parer aux inconvénients ci-dessus mentionnés, on a parfois recours à des procédés de chauffage direct constituant la deuxième modalité de fonctionnement suivante
2.- La matière carbonée, enfermée dans des cornues, est chauffée de façon interne et de différentes manières, notamment par des courants électriques ou plus communément par l'introduction de gaz de chauffage, tels que fumées de combustion au sein de la masse carbonée.
Les dits gaz de chauffage peuvent provoquer, par leur simple action, l'activation des matières carbonées ou bien pour accélérer leur action, être mélangés avec des gaz activants tels que vapeur d'eau, gaz carbonique, etc...
Les gaz de chauffage activants sont introduits dans les cornues par des ouvertures appropriéeso Ils se transforment, par leur passage au travers des matières carbonées, en gaz
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d'activation plus ou moins réducteurs, mais/ces gaz ne peuvent pas être employés à la combustion dans des condi- tions avantageuses, du fait de leur dilution dans l'azote des fumées de combustion. D'autre part, il est rarement possible de maintenir la matière carbonée à une température suffisante, par le seul passage de gaz chauffants et acti- vants au travers de la masse. On a donc souvent recours à un chauffage supplémentaire par l'extérieur des cornues, ceci constituant la troisième modalité de fonctionnement suivante :
3. - La matière carbonée est enfermée dans des cornues chauffées extérieurement par des gaz de combustion.
Elle est également soumise à un chauffage interne avec introduction de gaz activants mélangés ou non à des fumées de combustion. Les gaz activants introduits dans les cornues peuvent dans certains cas être de même composition que les gaz servant au chauffage extérieur des dites cornues. Dans d'autres cas ces gaz peuvent être mélangés et admis sur la matière carbonée par des orifices appropriés ou même par tout ou partie de la surface des cornues elles-mêmes qui présentent dans ce cas une certaine perméabilité.
Il va sans dire qu'il subsiste toujours dans cette troisième modalité l'inconvénient que les gaz de cornues ou d'activation étant dilués par des gaz inertes ne peuvent pas être avantageusement utilisés à la combust ion.
La présente invention, qui est un perfection- nement s'appliquant aux deux dernières modalités de pro- duction de charbon actif par les gaz à l'exclusion de la première, a pour effet de permettre l'accélération des réactions d'activation par un emploi judicieux et de façon décrite ci-dessous des gaz de chauffage et des gaz
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activants, ces derniers produisant des gaz d'activation à haut pouvoir calorifiquep
Elle s'applique à l'activation de matières car- bonées quelconques telles que bois ou déchets de matières végétales ou animales quelconques, tourbe, lignite, anthra- cite, etc.., ou des mêmes substances après traitement de carbonisation, agglomération, imprégnation, lavage, etc...
au moyen de gaz activants quelconques, notamment d'oxygène, de vapeur d'eau, de gaz carbonique, employés seuls ou en mélange avec du chlore, du gaz chlorhydrique etc.., mais dans tous les cas, dans des proportions telles qu'ils donnent naissance après réaction sur le charbon en activa- tion à des gaz combustibles présentant un pouvoir calorifique assez élevé pour être économiquement utilisables, l'opéra- tion étant conduite dans des fours quelconques pouvant être classés dans les deuxième et troisième catégories ci-dessus mentionnées.
L'objet de la présente invention est un mode nouveau de fonctionnement de ces fours d'activation, dans lequel on réalise une alternance des phases de chauffage et d'activation, chacune de cesdeux opérations ayant lieu isolément avec des gaz de compositions différentes appro- priées aux deux buts recherchés.
Dans une première phase dite phase de chauffage, le four et (ou) les cornues contenant la matière carbonée sont traversés par des gaz de combustion, ou résidus de la combustion puis on fait succéder à cette phase de chauf- fage une admission, soit dans le même sens, soit dans tout autre sens, à travers le four et (où) les cornues, de gaz activants tels que vapeur d'eau, gaz carbonique, etc...
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Cette opération constitue la seconde phase du. phase d'activation pendant laquelle la matière carbonée se refroidit légèrement par suite de l'endothermicité des réactions d'activation. Lorsque la température de la matière carbonée s'est suffisamment abaissée pour que les réactions d'activation n'aient plus lieu dans des conditions satisfaisantes, on arrête la phase d'activa- tion pour reprendre une phase de chauffage. La matière carbonée pendant la durée du séjour dans le four ou les cornues, laquelle durée est déterminée par le degré d'ac- tivité à atteindre, est ainsi soumise à une série de phases alternées de chauffage et d'activation.
D'après l'invention, les fumées sortant du four ou des cornues pendant la période de chauffage, peuvent être additionnées, s'il y a lieu, de petites quantités d'air pour réaliser une combustion totale des éléments combustibles qu'elles contiennent par suite de l'action réductrice des matières carbonées, après quoi on récupère la chaleur sensible de ces fumées en les utilisant soit au préchauffage des gaz activants pour un autre four ou pour le même four, soit à la production de vapeur, etc...
Toujours d'après l'invention, les gaz d'activa- tion produits pendant la période d'activation et qui sont nécessairement à haut pouvoir calorifique, étant donné que les gaz activants peuvent être employés à l'état pur, peuvent servir directement par leur combustion au chauffage d'un autre four ou du même four.
A simple titre d'exemple, on indique ci-dessous schématiquement un mode de réalisation de l'invention.
Le dessin ci-joint représente un schéma de F ensemble d'un four d'activé ion. Il comprend un foyer F
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relié directement au laboratoire L du four, contenant intérieurement tout dispositif approprié pour recevoir la matière carbonée. Ce-,le-ci est chargée à la partie supé- rieure du four à l'aide d'une trémie T, et le charbon actif obtenu est déchargée à la partie inférieure d'une manière continue ou discontinue par D. Les cornues, chambres ou récipients intérieurs peuvent être munis de parois présen- tant des ouvertures appropriées ou de parois poreuses.
Ces dispositifs intérieurs doivent permettre un chauffage rég- lier et un accès facile des gaz activants.,
On admet dans le foyer F des gaz combustibles pour le chauffage par une conduite a, l'air de combustion par une conduite b, et des gaz activants par une conduite c, les trois conduites a, b, c étant munies chacune d'une vanne.
Les gaz sortant du laboratoire L peuvent être envoyés vers la cheminée par une conduite d, ou bien vers des appareils d'utilisation des chaleurs perdues par une conduite e, ou bion encore à un gazomètre par une conduite f les trois conduites d, e, f étant également munies chacune d'une vanne.
Le fonctionnement du four en marche normale est le suivant
Pendant la phase de chauffage, on admet les gaz combustibles par a et l'air de combustion par b, la conduite à étant ferméeoCes gaz brûlent dans le foyer F et les gaz en combustion ou les fumées de combustion tra- versent le laboratoire du four L où ils réchauffent les cornues par chauffage externe et(ou)interne. Les fumées sortant du laboratoire L se rendent alors, soit par la conduite 1 à la cheminée, soit par vers des appareils de récupération des chaleurs perdueso Pendant cette phase la vanne 1 est fermée.
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Lorsque le chauffage est considéré comme suffisant, on arrêté la phase de chauffage en fermant les val-mes des conduites % et b et on envoie, par exemple, de la vapeur d'eau, de préférence surchauffée à haute température, par la conduite c. Cette vapeur continue à se surchauffer en traversant le foyer F puis pénètre dans le laboratoire L du four, où elle vient au contact de la matière carbonée par des voies analogues à celles ayant servi à l'introduc- tion des gaz de chauffage d'après l'une des deux dernières modalités exposées précédemment.
Les gaz provenant des réactions d'activation et constitués par de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone avec un peu de gaz carbonique sont seulement dilués dans un peu de vapeur d'eau sans azote ; les conduites d et e étant obstruées, ces gaz sont amenés par la conduite f dans un gazomètre où on les emmagasine pour différents usages et en particulier pour le chauffage du four lors de la phase de chauffage suivante.
Lorsqu'on estime que la chute de température est suffisante dans le laboratoire L du four, on arrête la phase d'activation pour reprendre une phase de chauffage, cette alternance de phases étant sans cesse reproduite.
La présente invention n'est naturellement pas limitée au four schématique décrit et nu mode de fonction- nement ci-dessus défini, mais s'étend à tous les modes de fonctionnement dans lesquels la matière carbonée est sou- mise alternativement à des gaz chauffants et activants.
Il est également possible, sans sortir du cadre de l'invention, de grouper ensemble plusieurs fours d'activation du type ci-dessus en utilisant les gaz combustibles obtenus pendant les phases d'activation dans certains fours pour la combustion dans certains autres
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fours, lors des phases de chauffage de ces 'damiers.
Il a déjà été décrit de soumettre une matière carbonée généralement du coke, à des phases alternées de chauffage et de traitement à la vapeur dans le but de produire un gaz riche dit "gaz à l'eau", mais dans tous ces procédés, le chauffage s'effectue aux dépens du coke lui-même dont une partie est brûlée à chaque phase de chauffage grâce à une admission d'air dans la masse en réalisant ainsi le chauffage de ce qui n'est pas brûlé.
En outre, dans ces procédés, on ne recherche aucune production de charbon actif, et toute la matière carbonée se trouve entièrement consommée dans les appa- reils de traitement
On a également décrit de soumettre dans des fours d'activation des matières carbonées à une succession de traitements tels que préchauffage, distillation, activa- tion, calcination finale, etc..., mais dans tous ces pro- cédés la matière carbonée ne subissait qu'une seule fois, au cours de son passage dans le four, cette suite de trai- tements, alors que dans le cas de la présente invention, elle est soumise pendant toute la durée de son séjour dans le four à des phases alternées de chauffage et d'activation.
On a aussi décrit diutiliser dans des cornues tubulaires des phases alternées de chauffage et d'activation dans le but d'activer desmatières carbonées en suspension dans les gaz , mais dans ce procédé le chauffage n'intéres- sait que les parois de la cornue qui ne contenait pendant la dnrée des périodes de réchauffage aucune matière carbonée, alors que dans le procédé objet de la présente invention c'est la matière carbonée elle-même qui subit pendant son séjour dans le four une alternance de phases de chauffage et d'activation.
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"NEW PERFECTED PROCESS FOR ACTIVATION
BEDS CARBONATED BY GAS "
It is common practice to treat various carbonaceous materials with the aid of so-called activating gases, with a view to transforming said materials into activated carbon, that is to say into carbon endowed with a great absorption power for them. gas or of great decolorizing power
The carbonaceous materials used for this purpose can be raw substances such as wood or waste of any vegetable or animal matter, peat,
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lignite, anthracite, etc ... or these same substances having undergone a more or less complete carbonization. They may or may not be added with chemical substances promoting activation and be agglomerated by various means.
The activating gases can be constituted by oxygen, water vapor, carbon dioxide, chlorine, hydrochloric gas used alone or as a mixture, diluted in certain cases by fumes from carbonization gases, etc. ...
In all the processes in use, the activation is obtained by admitting the aforementioned activating gases on the carbonaceous material suitably divided, in fragments or in agglomerates.
This material is brought to high temperature, the most favorable temperature for activation depending moreover on the nature of the activating gases and their mode of use.
For the implementation of activation by gases, many methods have been proposed, based on the three main operating modes recalled below:
1.- The carbonaceous material is enclosed in retorts heated externally to the optimum temperature for activation. In addition, activating gases are introduced inside the latter through appropriate orifices. The activating gases, which in this case are not mixed with the external heating gases of the retorts, make it possible, in particular in the case of the use of water vapor or carbon dioxide, to produce by reaction on the carbonaceous matter of the retort gases, called activation gases, perfectly combustible and possibly usable for heating.
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The disadvantage of such a process resides in the difficulty of heating the carbonaceous material efficiently and very uniformly to the precise temperature necessary for activation. Indeed, the carbonaceous material, in its normal state of use, is generally very poor conductor of heat; moreover, the walls of the retort (necessarily thick in order to obtain sufficient sealing and solidity) are an obstacle to the rapid transmission of heat.
The difficulty of heating is moreover all the greater as the reactions of activating gases (such as water vapor and carbonic acid), on the carbonaceous material, which present an analogy with the reactions of manufacture from gas to water, are highly endothermic and, under these conditions, it is practically impossible to maintain the same temperature in the center and at the edges of the retort.
To overcome the above-mentioned drawbacks, use is sometimes made of direct heating processes constituting the second following operating mode
2.- The carbonaceous material, locked in retorts, is heated internally and in different ways, in particular by electric currents or more commonly by the introduction of heating gases, such as combustion fumes within the carbonaceous mass. .
Said heating gases can cause, by their simple action, the activation of carbonaceous materials or to accelerate their action, be mixed with activating gases such as water vapor, carbon dioxide, etc.
The activating heating gases are introduced into the retorts through appropriate openings o They are transformed, by their passage through carbonaceous materials, into gas
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more or less reducing activation, but these gases cannot be used for combustion under advantageous conditions, due to their dilution in the nitrogen of the combustion fumes. On the other hand, it is seldom possible to maintain the carbonaceous material at a sufficient temperature, by the only passage of heating and activating gases through the mass. Additional heating is therefore often used from the outside of the retorts, this constituting the third following operating mode:
3. - The carbonaceous material is enclosed in retorts heated externally by combustion gases.
It is also subjected to internal heating with the introduction of activating gases mixed or not with combustion fumes. The activating gases introduced into the retorts may in certain cases be of the same composition as the gases used for the external heating of said retorts. In other cases, these gases can be mixed and admitted to the carbonaceous material through appropriate orifices or even through all or part of the surface of the retorts themselves, which in this case have a certain permeability.
It goes without saying that in this third modality there always remains the drawback that the retort or activation gases being diluted by inert gases cannot be advantageously used for combustion.
The present invention, which is an improvement applying to the last two methods of producing activated carbon by gases to the exclusion of the first, has the effect of allowing the acceleration of the activation reactions by a gas. judicious use and in the manner described below of heating gases and gases
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activators, the latter producing activation gases with high calorific value
It applies to the activation of any carbon materials such as wood or waste of any vegetable or animal matter, peat, lignite, anthracite, etc., or the same substances after treatment of carbonization, agglomeration, impregnation. , washing, etc ...
by means of any activating gases, in particular oxygen, water vapor, carbon dioxide, employed alone or as a mixture with chlorine, hydrochloric gas, etc., but in all cases in proportions such that they give rise after reaction on the activated carbon to combustible gases having a calorific value high enough to be economically usable, the operation being carried out in any furnaces which may be classified in the second and third categories above mentioned.
The object of the present invention is a new mode of operation of these activation furnaces, in which an alternation of the heating and activation phases is carried out, each of these two operations taking place in isolation with gases of different appropriate compositions. required for the two purposes sought.
In a first phase, known as the heating phase, the furnace and (or) the retorts containing the carbonaceous material are crossed by combustion gases, or combustion residues, then this heating phase is followed by an inlet, either in the same direction, or in any other direction, through the furnace and (where) the retorts, activating gases such as water vapor, carbon dioxide, etc ...
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This operation constitutes the second phase of the. activation phase during which the carbonaceous material cools slightly as a result of the endothermicity of the activation reactions. When the temperature of the carbonaceous material has fallen sufficiently so that the activation reactions no longer take place under satisfactory conditions, the activation phase is stopped in order to resume a heating phase. The carbonaceous material during the period of stay in the furnace or retorts, which period is determined by the degree of activity to be achieved, is thus subjected to a series of alternating phases of heating and activation.
According to the invention, the fumes leaving the furnace or the retorts during the heating period can be added, if necessary, small quantities of air to achieve total combustion of the fuel elements they contain. as a result of the reducing action of the carbonaceous materials, after which the sensible heat of these fumes is recovered by using them either for preheating the activating gases for another oven or for the same oven, or for the production of steam, etc. .
Still according to the invention, the activation gases produced during the activation period and which are necessarily of high calorific value, since the activating gases can be used in the pure state, can be used directly by their combustion by heating another furnace or the same furnace.
By way of example, an embodiment of the invention is shown schematically below.
The attached drawing shows a schematic of an entire ion activation furnace. It includes a fireplace F
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connected directly to the laboratory L of the furnace, internally containing any suitable device for receiving the carbonaceous material. This is charged to the upper part of the furnace using a hopper T, and the activated carbon obtained is discharged to the lower part in a continuous or discontinuous manner by D. The retorts, inner chambers or receptacles may be provided with walls having suitable openings or with porous walls.
These interior devices must allow regular heating and easy access to the activating gases.,
Combustible gases are admitted into the hearth F for heating via a pipe a, the combustion air via a pipe b, and activating gases via a pipe c, the three pipes a, b, c each being provided with a valve.
The gases leaving the laboratory L can be sent to the chimney by a pipe d, or to devices for using the heat lost by a pipe e, or bion again to a gasometer by a pipe f the three pipes d, e, f each also being provided with a valve.
The operation of the oven in normal operation is as follows
During the heating phase, the combustible gases are admitted through a and the combustion air through b, the pipe a being closed o These gases burn in the hearth F and the combustion gases or the combustion fumes pass through the furnace laboratory Where they warm the retorts by external and (or) internal heating. The fumes leaving the laboratory L then go either through line 1 to the chimney, or through waste heat recovery devices o During this phase, valve 1 is closed.
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When the heating is considered sufficient, the heating phase is stopped by closing the valves of the pipes% and b and sending, for example, water vapor, preferably superheated at high temperature, through the pipe c . This vapor continues to superheat as it passes through the hearth F then enters the laboratory L of the furnace, where it comes into contact with the carbonaceous material by means similar to those used for the introduction of the heating gases according to one of the last two modalities explained above.
The gases resulting from the activation reactions and consisting of hydrogen and carbon monoxide with a little carbon dioxide are only diluted in a little water vapor without nitrogen; the pipes d and e being blocked, these gases are brought through the pipe f into a gasometer where they are stored for various uses and in particular for heating the furnace during the following heating phase.
When it is considered that the temperature drop is sufficient in the laboratory L of the furnace, the activation phase is stopped to resume a heating phase, this alternation of phases being constantly reproduced.
The present invention is of course not limited to the schematic furnace described and the operating mode defined above, but extends to all the operating modes in which the carbonaceous material is subjected alternately to heating gases and activating.
It is also possible, without departing from the scope of the invention, to group together several activation furnaces of the above type by using the combustible gases obtained during the activation phases in certain furnaces for combustion in certain others.
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ovens, during the heating phases of these 'checkerboards.
It has already been described to subject a carbonaceous material, generally coke, to alternating phases of heating and steam treatment in order to produce a rich gas known as "water gas", but in all these processes, the heating is carried out at the expense of the coke itself, a part of which is burnt during each heating phase by means of an air admission into the mass, thus heating what is not burned.
In addition, in these processes, no production of activated carbon is sought, and all the carbonaceous material is entirely consumed in the treatment apparatus.
It has also been described to subject carbonaceous materials in activation ovens to a succession of treatments such as preheating, distillation, activation, final calcination, etc ..., but in all these processes the carbonaceous material was not subjected. only once, during its passage through the oven, this series of treatments, whereas in the case of the present invention, it is subjected throughout its stay in the oven to alternating phases of heating and activation.
It has also been described to use in tubular retorts alternating phases of heating and activation for the purpose of activating carbonaceous matter suspended in the gases, but in this process the heating only involved the walls of the retort which. did not contain during the dnrée heating periods any carbonaceous material, whereas in the process object of the present invention it is the carbonaceous material itself which undergoes during its stay in the furnace an alternation of heating and activation phases .