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Description

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LE TRAITEMENT DE MATIERES SOLIDES FINEMENT DIVISEES.

L'invention concerne le traitement de matières solides finement divisées, en particulier un procédé et un dispositif permettant de traiter de fagon continue et à haute température des matières solides de ce genre, principalement de matières contenant du charbon, sans modifier les caractéristiques de leur surface.

Beaucoup de matières solides finement divisées, telles que la suie, le poussier de charbon, le coke, les oxydes métalliques, etc ... , nécessitent, pour des applications déterminées, une modification des caractéristiques de surface du produit fabrique ou extrait primitivement. Par exemple, le noir de fumée contient, à la surface des diverses particules, des composants volatils en proportion de 7 à 8 % du poids de noir de fumée.La phas grande martie de ces matières volatiles doit être éliminée par calcination, si le noir de fumée doit servir, par exemple, à la fabrication de l'encre de Chine. Pour d'autres applications, par exemple pour produire des surfaces actives, il est utile d'augmenter la proportion de composants volatils.

Dans le cas de l'oxyde d'aluminium, obtenu par hydrolyse du chlorure d'aluminium, il est souvent souhaitable de débarrasser, par calcination, les particules d'oxyde d'aluminium de l'acide chlorhydrique adsorbé. On pourrait augmenter à volonté le nombre de ces exemples.

On connaît déjà des procédés d'activation et de désactivation, mais les procédés connus à ce jour ne sont pas satisfaisants, en particulier pour le traitement des matières indiquées plus haut.

L'invention a pour objet un procédé continu et un dispositif d'activation ou de désactivation des matières solides finement divisées, qui sont véhiculées par des gaz, à température élevée, dans la zone de traitemento

Par le procédé suivant l'invention, on obtient l'activation ou la désactivation d'une matière donnée, grâce à des modifications-simples et faciles à réaliser-des conditions de travail.

Suivant l'invention, on brûle un mélange de matières combustibles et d'air à l'une des extrémités d'une chambre de réaction allongée, qui est pourvue d'un conduit à fumée à l'autre extrémité, et, dans un courant de gaz inertes, on amène les matières solides finement divisées que l'on veut traiter, à un point situé entre les deux extrémités de la chambre de combustion et hors de la flamme. Les gaz de combustion à haute température entrainent la matière solide, qui reste en suspension dans ces gaz jusqu'à ce que le traitement désiré sois terminé. On refroidit alors brusquement le mélange de gaz et de solide, et l'on sépare le solide du gaz.

On peut avantageusement utiliser une partie des gaz ainsi séparés, pour amener dans le four, de la matière solide-non encore traitée. Cette opération a pour résultat d'activer ou de désactiver la matière solide, suivant qu'il ya, dans la flamme, un excès ou un manque d'oxygène.

On va décrire ci-après, à titre d'exemple, un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'inventions
Sur le dessin annexé, on a représenté un chéma de circulation caractérisant le procédé, avec une coupe longitudinale d'un four dans lequel on réalise l'une des étapes du procédé..

Le four 10 est une chambre thermiquement isolée, de forme allongée ayant une section de préférence circulaire. Un ou plusieurs brûleurs à mazout 12 sont disposés d'un côté du four. Dans le four 10 sont disposées une ou plusieurs garnitures ordinairement en brique 14 pour arrêter la flamme,et un étranglement arrondi 16. Bien que cet étranglement puisse aussi être supprimé, il est avantageux de le prévoir, afin de produire une sorte de tube Venturi, pour des raisons qui seront exposées plus loin. Une série d'ouvertures radiales 18 sont disposées dans la paroi du four 10, et de préférence à l'endroit le plus étroit de l'étranglement 16. Les ouvertures 18 sont reliées, par des tuyaux, à un distributeur circulaire 20.

Le four 10 est pourvu, du côté de la sortie, d'un conduit à fumées 22 relativement long, de préférence calorifugé pour réduire les pertes de chaleur, Ce conduit à fumées aboutit au radiateur 24, d'où part la dérivation 26 conduisant à un ou plusieurs séparateurs à cyclone 28.

Le cyclone 28 est muni, au sommet du cône, du tuyau usuel d'évacuation de matières 30, qui, par l'intermédiaire d'une poignée de commande 31, conduit à une vis d'Archimède ou directement au réservoir ou à un autre récipient, non représenté.

La conduite à gaz 32, va de la tête du cyclone à la soupape 34, par laquelle, suivant les bèsoins, on peut évacuer les gaz en excès par la conduite 36, ou conduire les- gaz vers la conduite de refroidissement 38, ou vers la conduite de retour 40, ,
La matière a traiter, provenant du reservoir 42, est amenée, par l'intermédiaire de la conduite 44, dans la conduite de retour des gaz 40. Le ventilateur 46 assure la circulation dans le système.

Le radiateur 24 peut être refroidi, soit par de l'eau, soit par des gaz de combustion remis en circuit. Si l'on emploie de l'eau, on l'amène à la tour sous forme de pulvérisation. Pour le refroidissement par gaz, on prévoit un échangeur de chaleur 48 et un. ventilateur 50 auxquels on amène le gaz par la conduite 38. Les gaz refroidis sont insufflés dans le radiateur 24 par le procédé usuel.

La marche des opérations est la suivante
La matière à traiter, qui peut être de la suie, provient du réservoir 42 et arrive dans la conduite à gaz 40. La suie entraînée par le gaz passe par le tuyau distributeur 20 et les ouvertures 18, et arrive dans le four 10. Les ouvertures 18 peuvent déboucher dans le four dans le sens radial ou dans le sens tangentiel, suivant qu'il y a lieu ou non d'imprimer à la matière un mouvement tourbillonnant. Les produits de com-

bustion de la flamme des brûleurs 12, qui peut naturellement être alimentée par du gaz naturel, du mazout, des gaz résiduels du procédé etc..,, entra!- fient la suie hors du four par le conduit à fumées 22 et la conduisent aux dispositif s refroidisseur et collecteur décrits plus haut.

S'il y a lieu d'activer la suie, on utilise une flamme riche en oxygène, et la zone de réaction est maintenue à une température d'envi- ron 400 à 450 . Une petite partie de la suie brûlera naturellement, mais la majeure partie contiendra, suivant la quantité d'air en excès, une"pro- portion de composants volatils accrue dans une proportion atteignant 20%.

Si par contre il y a lieu de désactiver ou de calciner la suie, on fournit à la matière brûlée dans le brûleur une quantité d'air insuffisante, ne pouvant donner une combustion complète, et, dans l'atmosphère chaude, maintenue au-dessus de 3150 et de préférence au-dessus de 5950, on débarrasse la suie de ses composants volatils.

Le degré d'activation ou de désactivation est déterminé au premier chef par le temps de contact entre la suie et les gaz de combustion chauds, à une température donnée. Par suite, le conduit à fumées 22 doit avoir une longueur suffisante pour que la réaction de la suie avec les gaz chauds puisse se faire complètement. Ensuite, on arrête la réaction par refroidissement brusque dans la radiateur 24.

On sépare la suie traitée des gaz de combustion dans des récipients collecteurs appropriés, tels que cyclones (comme sur la figure), filtres à sac, humidifieurs etc.... On emploie les gaz pour amener dans le four de la suie non traitée, et éventuellement pour refroidir les gaz de combustion dans le radiateur 24, Mais comme il y a toujours, dans le procédé, un excédent de produits de combustion, l'excédent est évacué dans l'atmosphère ou conduit vers d'autres utilisations.

Si l'on utilise les gaz de combustion comme agent de refroi- dissement, il faut les refroidir eux-mêmes suffisamment pour que - dans le cas où l'on emploie des filtres à sac - le premier refroidissement dans le radiateur 24 puisse se faire à 230 ou en-dessous. Pour cela, on conduit une quantité suffisante de gaz, du séparateur 28 par la conduite 38 vers un échangeur de chaleur 48. Un radiateur à air, constitué par des tubes baignés par l'air, suffit tout à fait. Dans le cadre de l'invention le procédé, de même que le dispositif, peut subir bien des modifications, par exemple on peut faire pénétrer dans le four, par les ouvertures 18, la matière charbonneuse seule sans addition de gaz inertes.

Eventuellement, on peut aussi amener des gaz inertes dans le four, à l'extrémité où se trouvent les brûleurs. Les gaz .de combustion remis en circuit (gaz résiduels) peuvent couvrir au moins une partie des combustibles nécessaires pour la mise en oeuvre du procédé.

Claims

RESUME. EMI3.1

--....-------.....-- L'invention a pour objet un procédé de traitement de matières solides finement divisées, telles que matériaux contenant du carbone, - en particulier la suie-, oxydes métalliques, etc..., à températures élevées, caractérisé par les points suivants' considérés isolément ou en combinaison :

a) On introduit la matière à traiter dans la partie médiane d'une chambre de réaction thermiquement isolée et de forme allongée, dans laquelle on a prévu à une extrémité un orifice d'échappement, tandis qu'à l'autre extrémité l'on brûle un combustible,cette matière solide étant entrainée. par les gaz de combustion chauds et ainsi conduite, à travers le four, dans un conduit de sortie thermiquement isolé, puis refroidie avec les gaz de combustion et enfin séparée d'eux. b) La matière solide finement divisée est introduite dans la chambre de réaction au moyen d'un gaz inerte par rapport à elle.

c) Le combustible est brdlé au moyen d'une quantité d'oxygène insuffisante pour une combustion complète de sorte qu'il se constitue une <Desc/Clms Page number 4> atmosphère réductrice dans laquelle se débarrassent les matières volatiles se séparant de la matière solide finement divisée. d) Le combustible est brûlé au moyen d'un excédent de gaz oxygéné, de sorte qu'il se constitue une atmosphère oxydante, qui fournit, à la matière solide finement divisée, des matières volatiles. e) Les gaz de combustion, après avoir été séparés des matières solides, sont ramenés dans la chambre de réaction. f) Les gaz remis en circuit sont introduits, avec la matière solide finement divisée, dans le milieu de la chambre de combustion.

g) Les gaz remis en circuit sont introduits dans la chambre de réaction du coté où se trouvent les brûleurs, 2) Un procédé de traitement de la suie ayant pour but de modifier les caractéristiques de la surface de ses particules, caractérisé en ce que les particules sont transportées par un courant de gaz inerte à travers une zone de réaction allongée, et que la température du gaz inerte est maintenue au-dessus de 315 .

3) Un procédé de modification des caractéristiques de surface des matières solides finement divisées, caractérisé, en ce que dans une zone de combustion située à une extrémité d'une chambre de réaction allongée et thermiquement isolée -munie à son autre extrémité d'un orifice d'échappement -on brûle un combustible dans des conditions telles que les gaz de combustion chauds parcourent la chambre de réaction rapidement et avec turbulence, et en ce que les matières à traiter sont introduites dans ces gaz entre les extrémités, et sont entraînées par les gaz de combustion chauds jusqu'au moment où le temps decontact entre les gaz chauds et les matières solides finement divisées est devenu suffisant pour modifier les caracté- ristiques de surfaces des solides,

et enfin en ce que l'on refroidit le mélange gaz-solide et que l'on sépare les matières solides des gaz.

4)-Un dispositif pour le traitement des matières solides finement divisées, à température élevée caractérisé par les points suivants considérés isolément ou en combinaison : a) Il est constitué par une chambre '.de réaction allongée, thermiquement isolée, munie d'un brûleur à une extrémité, un orifice d'échappe-- ment à l'autre extrémité, un tube Venturi entre les extrémités, un briseflamme entre le brûleur et le tube Venturi, un certain nombre d'ouvertures dans les parois latérales de la chambre, de préférence dans la partie médiane du tube Venturi, (ces orifices étant réliés à des conduites d'alimentation), un conduit à fumée thermiquement isolé, a l'extrémité de sortie de la chambre de réaction,

des dispositifs permettant d'amener aux ouvertures des matières solides finement divisées, des dispositifs permettant de refroidir les matières sortant de la chambre de réaction, et des dispositfs permettant de séparer les matières solides des gaz d'échappement. b) Des dispositif s sont prévus pour ramener à la chambre de réaction les produits gazeux qui quittent la chambre de réaction. c) Les dispositifs de retour des gaz sont reliés aux ouvertures d'amenée des matières solides.

Page 1, ligne 4, lire ; "carbone" au lieu de "charbon" Page 2, ligne 4, lire lion brûle dans des conditions créant <Desc/Clms Page number 5> un mouvement de tourbillonnement un mélange" au lieu de :"on brûle un mélange" Page 2, ligne 37, lire ;"d'un tiroir rotatif 31" au lieu de :

"d'une poi- gnée de commande 31" Page 3, lignes 29 à 31, lire "pour que le premier refroidissement dans le radiateur 24 puisse se faire à 2300 ou à une température encore plus basse dans le cas où l'on emploie des filtres à sac." au lieu de "pour que - dans le cas où l'on emploiq des fil- tres à sac - le premier refroidissement dans le radiateur 24 puisse se faire à 230 ou en dessous." Page 3, lignes 50 et 51, lire s "étant ainsi en suspension dans les gaz..." au lieu de : "étant entraînée par les gaz....." Page 4, ligne 24, lire "en un point situé au delà de la zone de combustion et entre les extrémités de la chambre,"au lieu de : "entre les extrémités, N.R. datée du 8-12-53.

La demande de brevet déposée aux E.U.A. le 24 juillet 1952 aux noms de C.A. STOKES et R.E. DOBBIN a été repris au nom de la société GODFREY L. CABOT INC.