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"PROCEDE DE FABRICATION D'ENGRAIS A TENEUR D'ALCALI ET D'ACIDE PHOSPHORIQUE , SOLUBLES DANS LES CITRATES ".
Le procédé suivant le brevet français N 816.693 concerne la fabrication d'engrais à teneur d'alcali et d'acide phosphori- que,solubles dans les citrates,par le convertissement de matières à teneur de phosphate tricaloique au moyen de sulfate alcalin et de carbone. Le convertissement est réalisé par le fait que les matières à teneur de phosphate tricalcique sont traitées en mé- lange avec du carbone à pouvoir réactif comme du charbon de Bols ou du semi-coke de lignite, à une température aussi basse que possible, c'est à dire,en dessous d'environ 900 0.11 en résulte un produit contenant de l'oxyde de calcium et un phosphate sul- furé de calcium et d'alcali,dans lequel le soufre semble être
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adjoint partiellement au phosphore,
de sorte qu'on peut le con- sidérer comme fixé à la manière du thiophosphate de sodium. Par la basse température de convertissement, stuée entre environ 760 et 850 C, on évite la formation de sulfure de calcium,qui possède, comme on le sait,la propriété désagréable de former, l'air humide et avec l'anhydride carbonique, de l'hydrogène sulfuré. L'alcali est employé utilement sous forme de sels à te- fleur d'eau') par exemple en utilisant du sulfate de sodium (sel de Glauber) ou du sulfate de potassium à teneur d'eau.
Dans ce procédé, s'est montré utile en qualité d'agent ré- ducteut,le lignite brut finement divisé et réparti,surtout des poussières de fumée de lignite recueillies dans les épurateurs à gaz,électriques, ou autres, et il a été trouvé en outre que l'addition. d'alcali est dosée le olus avantageusement de manière, à ce que le rapport du phosphate tricalcique et du sulfate d'al- cali,présents dans le mélange,soit d'environ 1 mol. :1,8 à 2 mol.
Avec)ces nrocédés il y a danger que les gaz de cheminée du four contiennent des quantités d'une importance inadmissible d'anhydride sulfureux, qui peuvent se former par exemple par la décomposition du sulfate d'alcali. L'invention a pour but d'évi- ter dans les procédés décrits plus haut, la formation de gaz de cheminée de cette espèce.
Elle consiste, en ce que nour la réalisation de ces procédés, le mélange de matières à teneur de phosphate tricalcique avec le charbon réducteur est traité dans un four tubulaire rotatif de manière à réaliser dans la parti(supérieure du four, dans une atmosphère neutre,le chauffage du mélange jusqu'. la tempé- rature de réduction et dans la partie médiane du four la réduc- tion dans une atmosphère réductrice,cette réduction étant suivie d'un refroidissement du nroduit dans la partie inférieure du four au moyen de gaz neutres ou réducteurs,utilement jusqu'à des températures auxquelles l'air ne provoque plus une oxydation de la matière convertie.
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Dans le procédé suivant l'invention on peut utiliser par exemple un four tubulaire rotatif connu en soi,garni de tuyères ou de brûleurs répartis suivant sa longueur et utile- )ou les brûleurs/ 'ment aussi suivant son pourtour. Par les tuyères sont introduits dans le four un gaz combustible et de l'air de combustion.De plus, du gaz combustible entre dans la partie inférieure du four,,. par exemple par des amenées prévues dans sa paroi d'extrémité inférieure,-en quantités telles que le produit sortant du four possède des températures situées en dessous de 300 ,utilement en dessous de 17000.Ce gaz passe par le four en contre-courant par rapport à la matière en traitement et s'échauffe en..'même- temps' par la chaleur. qu'il prend à la dite matière.
Il arrive dans la zone de réduction approximativement à la température de réduction. La chaleur nécessaire est produite dans la zone de réduction par plusieurs flammes de chauffage brûlant dans le four, disposées à des distances appropriées les unes des autres et alimentées par combustion incomplète de gaz arrivant de la zone de refroidissement ou de gaz fraîchement introduits seu- lement dans la zone de réduction par des tuyères ou brûleurs.
C'est donc un gaz combustible qui arrive,de lazone de réduction, dans la partie supérieure du four, dans laquelle il est brûlé en vue de porter le mélange à la température de réduction. Vu que la quantité de ohaleur nécessaire dans la partie supérieure du four est assez considérable,on introduit ici également en plusieurs endroits encore des gaz de chauffage que l'on brûle avec une flamme neutre ou oxydante.
Pour favoriser autant qupossible l'échange thermique en- tre le gaz de chauffage et la charge,surtout dans les parties supérieure et inférieure du four,on prévoit dans ces parties du four des organes de brassage,au moyen desquels la matière est déversée toujours à nouveau dans le milieu gazeux à l'inté- rieur du four. Les organes de brassage réalisent en même temps un bon mélange des matières à teneur de phosphate tricalcique, de l'alcali et du charbon réducteur. Pour cette raison il est utile de garnir aussi la zone de réduction d'organes de brassa-
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ge.
Outre les organes de brassage on peut prévoir dans le four' des barrages annulaires également connus en soi,provoquant dans chaque nartiedu four l'accumulation de quantités de ma- tière les plus avantageuses à chaque endroit.
Le 'procédé suivant l'invention présente l'avantage que les gaz de cheminée sortant du four ne contiennent que seule- ment peu de grammes de SO2 par mètre cube, de sorte qu'après dépoussiérage on peut les laisser échapper directement dans l'atmosphère. De -olus le procédé suivant l'invention offre une économie thermique très avantageuse,car les gaz de chemi- née sortent du four à des températures relativement basses, si- tuées entre environ 300 et 400 .De ifléme, le produit sort du four à un état considérablement refroidi.
Donc,il se produit dans le fout un échange thermique très favorable entre les m a- tières enfournées et défournées , grâce auquel la consommation de chaleur demandée par le procédé est diminuée à un minimum.
Du fait il résulte simultanément une diminution des quantités de gaz à consommer,une diminution de formation de poussières de fumée etune augmentation du débit etdu rendement du four.
Lorsqu'on emploie en qualité d'agent convertisseur par exemple du sulfate de sodium ou un autre sel alcalin à teneur d'eau, il se produit da,ng la partie supérieure du four tout d'abord une élimination d'eau du sel.En même temps le sel fond.
Il en résulte un contact particulièrement intime entre les composantes de la charge comme les phosphates,la poussière de charbon et le sulfate de sodium,ce contact favorisant le con- vertissement et empêchant la formation de poussières dans cette -oartie du four. La formation de vapeur d'eau a en outre cette influence avantageuse que les poussières de fumée se formant dans les parties médiane et inférieure du four,sont précipitées en majeure partie déjà dans la partie supérieure du four.
Du fait les gaz sortant du four ne présentent que de faibles teneurs en poussières.
Dans le mode d'exécution de l'invention indiqué plus haut
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à titre d'exemple,l'apport de chaleur dans le nrocédé est effectué uniquement par la combustion de gaz de chauffage, tan- dis que le poussier de lignite ou analogue,contenu dans le m é- lange ne sert que d'agent réducteur. Or, il s'est montré que le chauffage au gaz peut être remplacé en partie par un phauf- fage au moyen de poussier de lignite ou d'autres combustibles solides. Ceci est réalisé particulièrement par le fait qu'on augmente la proportion de charbon réducteur dans le mélange.
Par une admission accrue d'air de combustion,surtout dans la partie supérieure du four et le cas échéant dans la zone de réduction, le poussier de combustible additionnellement introduit est brûlé, Du fait on obtient des avantages ultérieurs d'économie thermi- que, vu que de cette manière on a assez avec une quantité de chaleur moindre qu'en cas de chauffage exclusif au gaz:
Le dessin annexé sert à l'explication ultérieure de l'inven- tion:
Dans la figure I sont représentées une courbe de tempéra- ture et deux courbes ultérieures montrant le processus des réac- tions.
La figure 3 représente un four. tubulaire rotatif se prê- tant à la réalisation du procédé suivant l'invention;
Le mélange de phosphate, de sel alcalin et charbon réduc- teur,préparé à la main ou mécaniquement, est introduit au moyen d'un dispositif de chargement.par le tuyau 1 dans le four tubulai- re rotatif 2. Ce dernier est constitué par une enveloppe en fer 3 garnie d'un revêtement réfractaire 4, Par les barrages annulaires 5 l'intérieur du four est subdivisé en plusieurs com- partiments, Entre les barrages annulaires des compartiments distincts ou d'un certain nombre de ces derniers,sont prévus des organes de brassage 6, Le produit sort du four par les dispositifs de défournement 7.
Le gaz de chauffage passe d'une conduite d'amenée,par la tête distributrice 8, dans la conduite 9 fixée sur le four et tournant avec ce dernier .L'air entre,par la même tête distributrice,dans un tuyau IO tournant également avec le
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" la conduite h gaz ¯9,r.espectivenent de four. De ./, la conduite d'air 10.- il peut y avoir aussi plu-
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sieurs conduites à gaz et conduites d'ait,- fartent des tuyaux de branchement 11,respectivement 12 , aux brûleurs 13, dont le four représenté à la figure 2 en comporte par exemple dix.
Les tuyaux de branchement sont pourvus de robinets, ou soupapes ,14, permettant,- par le réglage des quantités de gaz et d'air admises aux brûleurs distincts, - de rendre 1'atmosphère du four soit neutre,soit oxydante,soit réductrice. Les gaz du four sont éva- cués par la tête.1,5 du four. Le four repose sur deux bagues de roulement 16 se mouvant sur les galets 11. La rotation du four est obtenue au moyen d'une couronne dentée 18 et d'un pignon¯19 actionné par un dispositif de commande non représenté.
Dans la figure I la longueur du four est représentée en abscisse, les points I,II,III,IV,V,VI,VII et VIII désignent les endroits de prise de température pour la détermination conti- nuelle des températures des gaz du four. Par a,b,c,d,e,f et g sont désignés des dispositifs, au .oyen desquels on peut préle- ver du four des échantillons durant la marche. Sur l'ordonnée gauche est indiquée la température en centigrades ainsi que le degré de convertissement,en pourcents d'acide phosphorique solu- ble dans les citrates,tandis que sur l'ordonnée droite est indi- quée en pourcents en poids la teneur du produit en soufre .
EXEMPLE D'EXECUTION:
Dans un four tubulaire rotatif de la construction repré- sentée dans la figure 2, de 14 m de longueur et de 1,4 m de dia- mètre dans l'enveloppe en tole de fer, qui était revétue d'une maçonnerie réfractaire en chamotte normale de 150 m/m d'épaisseur, fut traité un mélange qui contenait:
31,8% de phosphate 53,3% de sulfate de sodium
15,9% de poussier de lignite.
Le nhosphate avait la. conposition indiquée ci-dessous et il était moulu à la finesse usuelle dans la fabrication du su-
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pétphopphate: 3k, 9$o de P$05 50, 00 'o de Calo 5,67% de SiO2
3,42% de F L'analyse par tamisage donna:
Nombre de mailles
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paD IO m j,
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<tb> refus <SEP> sur <SEP> 18,5 <SEP> 7,2%
<tb>
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tt il 37,0 31,3% Il " 55,5 8,5% il Il 74,0 II,9,%
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<tb> le <SEP> reste
<tb>
<tb> passa <SEP> par <SEP> 103,6 <SEP> 41,1%
<tb>
Le sulfate de sodium contenait encore 2-4% d'humidité,
Le poussier de lignite avait une puissance calorifique minima de 5053 cal.-kil./kg à 12,38% d'humidité et 5,65% de cendres.
Le gaz de chauffage était du gaz de four à coke de la composition suivante :
50% de H2
26% de OH4
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3% de OnH2n 6% de 00 4% de CO2 12% de N2
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et avait une puissance calorifique minima de 4000 cal;-kil./m3 en chiffres ronds. On traita par heure 420 kg de charge avec 133 kg de phosphate, auxquels on ajouta encore 67 kg de produit de renvoi.
Les températures fûrent continuellement mesurées et on retira à des intervalles de 3 heures des échantillons qui fûrent examinés au point de vue:solubilité dans de l'acide citrique,solubilité dans les citrates et teneur en soufre @ du sulfure,
Les valeurs moyennes indiquées dans la figure I montrent que la température des gaz de cheminée,qui est à la sortie
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du four d'environ 220 , est d'abord abaissée jusqu'à 18000 par
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suite de la vaporisation de l'eau du sulfate de sodium.
Puis la température était soumise,par un réglage approprié des brûleurs, 8, un accroissement uniforme jusqu'à la zone de mesurage IV pour être ensuite maintenue à une hauteur à peu près égale jusqu'à l'endroit de mesurage VI, A partir de cet endroit la température tomba uniformément,dans .La partie inférieure du four qui ne fût plus chauffée,jusque la température d'entrée du ga dans l'extrémité inférieure du four. La température de sortie du produit était située entre 150 et 300 0. Avec cette conduite du four on atteint une solubilité de 94% dans les citrates et de 100% dans l'acide citrique.
On obtint par heure 181 kg de phosphate converti avec une teneur en soufre d'environ 8% et avec une consommation de gaz de 60 m3/heure, pour la combustion duquel on introduisit dans le four 330 m3 d'air. Dans le mètre cube de gaz de cheminée on constata 0,5 gr de soufre. Environ 1/3 du gaz nécessaire fût introduit dans le four par sa face d'extrémité inférieure. La composition des gaz de cheminée était comme suit :
15.-% de 0 O2
0,4% deO2
4,2% de 00
1,8% de H2
0,6% de CH4
Les chiffres montrent qu'on obtient avec le procédé suivant l'invention,avec un bon rendement du four et une faible consommation de combustible,un phosphate excellemment converti, sans avoir à craindre des préjudices ou détériorations nar les gaz de cheminée.
L'addition du produit de renvoi,- c'est à dire d'une partie du produit obtenu suivant l'invention,- à la charge, n'est pas indispensable.Elle a surtout pour but d'empêcher la formation de mottes et d'accrochages par la fusion du sulfate de sodium dans la. nartie supérieure d.u four et de rendre plus uniforme le -massage de la charge par le four.