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PROCEDE .DE .TRAITEMENT THERMIQUE ¯DE CHARBON PULVERULENT.OU DE MATIERES
ANALOGUES.
La présente invention est relative an traitement de matières pul- vérulentes ou en grains fins par des agents gazeux ou sous forme de vapeurs et elle concerne, plus particulièrement, le traitement thermique de telles matières par des gaz chauds, dans le but de provoquer des réactions d'un genre quelconque à l'intérieur de la matière solide à traiter ou à chauffer, ou aussi des réac- tions, notamment de réactions endothermiques, entre la matière solide et les gaz.
Comme exemple d'un traitement thermique pour lequel on peut ap- pliquer particulièrement la présente invention, on citera la distillation à basse température ou le dégazage de,charbons bitumineux, avec obtention de composantes volatiles de charbon sous forme de gaz de chauffage de qualité et de goudron.
Un tel traitement thermique peut aussi être appliqué, par exem- ple, dans la cuisson du calcaire dans le but de produire de la chaux (oxyde de calcium) ,
On mentionnera aussi, comme exemple d'exécution de réactions en- tre agents solides et gazeux, la réduction des oxydes de fer (minerai) par des gaz réducteurs dans le but d'obtenir du fer élémentaire (éponge de fer).
Dans ce qui suit, on expliquera plus spécialement l'invention dans son application à la distillation à basse température du charbon.
Le dégazage ou la distillation à basse température du charbon est souvent utilisé pour-tirer les composantes volatiles de valeur du charbon, avant sa combustion sous les chaudières à vapeur ou dans d'autres foyers, ou bien pour produire une matière amaigrissante que l'on mélange, aux charbons ri- ches en bitume ou aux charbons gonflants, avant la cokéfaction pour obtenir un coke solide.
Diverses installations ont déjà été proposées pour la distilla- tion à basse température et le dégazage de charbon pulvérulent ou en grains fins.
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La plupart des procédés connus utilisent un four rotatif constitué par un cylin- dre s'étendant en longueur, faiblement incliné, de telle sorte que le charbon brut amené à l'extrémité supérieure se déplace, par la rotation du tambour tu- bulaire, progressivement jusqu'à l'extrémité inférieure et ce en contre-courant avec des gaz chauds. On a préconisé aussi la même installation pour ce qu'on appelle l'oxydation de combustibles bitumineux, où l'on chauffe le charbon dans un courant d'oxygène ou d'air, de telle sorte que le charbon absorbe l'oxygène en provoquant la décomposition du bitume qu'il contient. De cette manière, on obtient une matière amaigrissante, qui ne s'agglomère pas et peut être ajoutée aux charbons gonflants avant la cokéfaction pour produire du coke solide.
Le four tubulaire tournant ordinaire, même s'il est pourvu de garnitures appropriées, présente l'inconvénient que la surface de contact entre le charbon et la phase gazeuse est relativement petite. Par suite la transmis- sion de chaleur des gaz chauds au charbon se fait mal. Un autre inconvénient réside dans le fait qu'il n'y a en pratique pas de possibilité de chauffer le four tournant par l'extérieur. Bien plus, on doit transmettre à la matière so- lide la chaleur nécessaire au traitement thermique, exclusivement par l'inter- médiaire de gaz chauds.
L'invention a donc pour objet un nouveau moyen pour le traitement en particulier le traitement thermique des matières solides pulvérulentes ou en grains fins.
L'invention est principalement caractérisée en ce qu'on insuffle la matière solide à traiter tangentiellement ou presque tangentiellement, éven- tuellement avec une certaine inclinaison par rapport à l'axe longitudinal dans un four fixe, sensiblement cylindrique, par exemple à l'aide de gaz chauds;. de telle manière que le mélange de charbon finement pulvérisé et de gaz se déplace le long de la paroi du four, de préférence selon un courant sensiblement héli- coïdal.
Le progrès important obtenu par cette méthode de travail fonda- mentale peut s'expliquer de la manière suivante
Au point de vue de la transmission de chaleur des gaz chauds à la matière solide finement divisée, un. certain mouvement relatif sur une grande surface entre les deux agents a une importance décisive. Si l'on déplace le mélange de matière solide finement divisée et de gaz chauds le long d'une paroi fixe, le mouvement des corps solides dans le mélange se trouve retardé plus fortement que le mouvement des gaz porteurs et, par suite, il se produit un mou- vement relatif de très grande importance entre les corps solides et l'atmosphè- re gazeuse.
L'utilisation d'un four à tambour fixe a, en outre, l'avantage que l'on peut chauffer de l'extérieur l'espace où s'effectue le traitement.
On obtient ainsi un chauffage beaucoup plus rapide et beaucoup plus poussé du charbon finement divisé que dans un four tubulaire tournant usuel ne fonction- nant qu' avec un chauffage intérieur.
On peut alors, à l'aide d'une composition convenable des gaz, obtenir que le charbon entrant dans la chambre de réaction, qui travaille à un degré de température élevé, s'oxyde facilement à la surface des petits grains de charbon élémentaires. Ceci empêche un collage entre elles des parti- cules de charbon dans la zone d'entrée du four.
La chambre de réaction peut avoir la forme d'un cylindre vertical, horizontal ou incliné, ou une autre forme analogue. Le mouvement recherché des matières solides sensiblement en hélice peut être effectivement obtenu même si la chambre de réaction a son axe horizontal.
A l'extrémité de sortie du four est disposé un réservoir, de pré- férence refroidi par eau, dans lequel se rassemble, au moins en partie, la ma- tière venant du traitement thermique. Les particules les plus fines de la ma- tière traitée s'échappent avec les composantes gazeuses à peu près au milieu du four. Il en résulte que l'on peut avantageusement donner à la chambre de réaction sensiblement la forme de ce qu'on appelle un séparateur de poussière (cyclone).
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On sépare à l'état sec, par décharges électriques, du mélange à extraire, gaz-poussières, la matière solide à une température d'environ 5000.
Après cela on conduit le gaz à une installation usuelle de condensation pour obtenir le goudron et d'autres huiles d'hydrocarbures. Selon la valeur de la quantité d'air introduite avec le charbon dans la chambre de réaction on peut obtenir un gaz qui, après épuration et refroidissement, peut être sans difficul- té utilisé à l'éclairage ou au chauffage dans les réseaux urbains.
Les parois de la chambre de réaction cylindrique, que l'on peut aussi considérer comme un four tubulaire fixe, peuvent consister en acier réfrac- taire, mais avantageusement aussi en matière céramique.
Une autre caractéristique importante de l'invention consiste à introduire les gaz chauds dans la chambre de réaction, avantageusement de forme tubulaire, servant au traitement de la matière solide, en plusieurs points sur la longueur de ladite chambre, tangentiellement ou à peu près tangentiellement.
Cette disposition assure le mouvement hélicoïdal désiré des agents même dans des chambres de réaction assez longues et améliore le développement des réactions cherchées et l'échange de chaleur.
Selon l'invention on prévoit dans les parois du four tubulaire des canaux de chauffage pour le chauffage indirect de la chambre de réaction.
D'autres caractéristiques et d'autres applications importantes de l'invention ressortiront de la description qui va suivre en regard des des- sins annexés, donnés à titre d'exemple, et représentant diverses formes de réalisation d'un dispositif établi pour le traitement thermique de matières pul- vérulentes,, particulièrement de charbon en poussière ou fin.
Sur ces dessins, La fig. 1 est une vue en coupe verticale du dispositif.
La fig. 2 est une vue en coupe longitudinale suivant II-II de la fig= 1.
La fig. 3 est une vue en coupe transversale suivant. III-III de la fige 1.
La fig. 4 est une vue en coupe suivant IV-IV de la fig. 1.
La fig. 5 est une vue en coupe suivant V-V de la fig. 1.
La fig. 6 est une vue en coupe d'une autre forme d'exécution de l'invention.
Le dispositif représenté sur le dessin comprend une chambre de réaction 1 de forme tubulaire, dont l'axe longitudinal présente une certaine inclinaison, par exemple de 8 à 10 . Cette chambre de réaction 1 est fermée à l'une de ses extrémités et s'ouvre en 2 à l'autre extrémité, par élargissement progressif, dans une chambre 3.
La chambre de réaction 1 et la chambre 3¯ sont formées par une maçonnerie réfractaire ± établie, à l'aide d'une matière appropriée mauvaise conductrice de la chaleur, dans une enveloppe 5 en tôle d'acier ou matière ana- logue, de préférence étanche aux gaz. Dans les parois de la chambre de réaction 1 sont disposés des canaux 6¯qui, à la partie inférieure, se prolongent par d'au- tres canaux 7 perpendiculaires dans lesquels débouchent les tuyères à gaz 8 et les conduits 9¯ d'amenée de l'air comburant. Dans les canaux 7 brûlent les agents de chauffage et par les canaux 6 s'échappent, vers le haut, les gaz de combustion produits, qui viennent rencontrer la paroi 10 de la chambre de réaction 1 et lui cèdent leur chaleur sensible.
Les gaz d'échappement gagnent ensuite, par l'ouverture 11, un canal collecteur 12 relié au carneau de tirage'13.
La chambre de réaction 1 est, comme visible particulièrement à la fig. 1, en forme d'un double cône tronqué. A son extrémité fermée, qui est placée dans une partie rétrécie 14 de l'enveloppe, débouche'le tuyau 15 d'amenée de la matière solide à traiter, par exemple du charbon bitumineux en grains fins ou pulvérulent.
Le canal d'amenée 15 est, comme le montre la fig. 3, sensiblement tangentiel à la chambre de réaction 1. Il est toutefois avantageux de le dis- poser, dans une certaine mesure, obliquement par rapport à l'axe du four, de telle sorte que les gaz entrant par ce canal dans la chambre de réaction 1
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traversent cette chambre selon un mouvement sensiblement hélicoïdal jusqu'à l'extrémité ouverte 2.
La matière solide à traiter est introduite dans le tuyau d'ame- née 15 par le conduit 16;elle vient, par exemple, d'une trémie non représentée.
Dans le tuyau 15 la.matière solide finement divisée est entraînée par un courant de gaz arrivant, par exemple, par le conduit 17 et elle est insufflée en jet dans la chambre de réaction 1.
De préférence, on amène par le tube 17 de l'air, éventuellement de l'air préchauffé, et par la tuyère 18 qui débouche dans le tuyau 15, un gaz combustible approprié, par exemple du gaz d'éclairage. On maintient la tempé- rature dans le tuyau 15 à une valeur telle que, soit déjà dans ledit tuyau, soit seulement après sortie de ce tuyau, le gaz brûle -avec l'air. Si on laisse, à l'intérieur du tuyau 15, se produire déjà une combustion ou une combustion par- tielle:, on obtient certains avantages. On peut, par exemple, dans le cas où l'on traite du charbon bitumineux, l'oxyder superficiellement en le mettant en contact avec de l'oxygène (air) chauffé à haute température.
Le charbon bitu- mineux perd ainsi son pouvoir d'agglomération totalement ou partiellement, ce qui facilite le traitement subséquent dans la chambre de réaction ou un traite- ment analogue.
Le mouvement hélicoïdal de la matière solide finement divisée et du support gazeux, qui est insufflé en même temps qu'elle ou séparément dans la chambre de réaction 1, est caractéristique de l'invention. Il agit de telle manière que la matière solide se trouve transportée le long de la paroi chauffée de la chambre de réaction, prograssivement de l'extrémité fermée de cette cham- bre à l'extrémité ouverte 2, et qu'il se produit un mouvement relatif entre cette matière solide et le support gazeux, ce qui améliore considérablement la trans- mission de chaleur de ce dernier à la matière solide.
Dans le but d'obtenir un mouvement hélicoïdal, ou en fait, une masse gazeuse cylindrique creuse dans la chambre de réaction 1, on peut former, dans la zone moyenne neutre de cette chambre, par exemple, une deuxième colonne de gaz d'échappement, et à cet effet, on fait déboucher, dans une partie rétré- cie 19 de la chambre de réaction 1., éventuellement tangentiellement, une tuyère 20, par laquelle on introduit, le cas échéant, un gaz combustible ou un autre gaz convenable.
Le combustible finement divisé, après qu'il a été chauffé dans la chambre de réaction 1 à la température désirée, passe dans la chambre de séparation 2 où la plus grande partie de la matière solide en grains fina se sépare du support gazeux et se rassemble en 21. L'ouverture de sortie 21 est pourvue d'un organe de fermeture approprié, non représenté sur le dessin.
Le gaz porteur débarrassé d'une grande partie de la matière soli@ de s'échappe par le canal 22 et passe ensuite dans le cyclone 23, à la partie inférieure duquel se rassemble la poussière séparée, qui sort par l'ouverture , tandis que le gaz chaud, libéré en principe de la poussière, s'échappe en 25.
Si le dispositif est utilisé pour la distillation à basse tempé- rature de charbon, il s'ééhappe en 25 un gaz combustible de qualité qui contient des particules de goudron. Ce gaz de distillation à basse température est con- duit à une installation, non représentée, servant à en extraire les huiles d'hy- drocarbures ou produits analogues qu'il renferme. Le gaz de distillation à basse température peut ensuite être utilisé au chauffage de la chambre de réac- tion 1 ou comme support gazeux dans le cycle des opérations.
En dehors de son utilisation pour la distillation à basse tempé- rature de charbon bitumineux, le dispositif peut aussi servir avantageusement,, par exemple; à ce qu'on appelle la décarburation du carbonate de calcium ou à d'autres usages. Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 6, la chambre de réaction, formée, par exemple, par un corps tubulaire légèrement conique 60, est disposée dans un espace de chauffage 61 en maçonnerie réfractaire 62. Dans un élargissement latéral 63 de cet espace débouche un brûleur 64 à air et gaz.
Les gaz d'échappement chauds peuvent, par des ouvertures 65 pratiquées dans la
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paroi 60 de la chambre de réaction, entrer dans celle-ci effectivement dans -une direction sensiblement tangentielle.. Comme visible sur la@fig. 6, une série' d'ouvertures 65 est répartie sur la lôngueur du tube de réaction 60. La matière solide à traiter est insufflée par le canal 66 qui débouche obliquement et tan- gentiellement dans l'extrémité étroite de la chambre de réaction.
Le dispositif représenté à la fig. 6 donne naissance à un mouvé- ment hélicoïdal particulièrement intense des agents dans la chambre de réaction.
REVENDICATIONS. l - Procédé de traitement thermique de matières solides pulvéru- lentes par des agents gazeux ou sous forme de vapeur, caractérisé en ce que l'agent gazeux ou sous forme de vapeur se déplace dans une chambre de traitement ayant, en section transversale, une forme sensiblement cylindrique, de telle manière que la matière solide introduite dans cette chambre soit entraînée, par le courant de l'agent gazeux ou sous forme de vapeur, le long des parois de la- dite chambre de traitement selon une direction sensiblement uniforme et que ce- pendant la matière solide et le gaz reçoivent des vitesses différentes.