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La présente invention est un perfectionnement de l'invention faisant l'objet du brevet principal n 5530627 déposé le 21 décembre 19560 La demanderesse a actuellement découvert qu'on peut exécuter la mise en oeuvre du procédé décrit au brevet principal en deux phases, au liéu de trois phases comme mentionné anté- rieurement, En conséquence, on'traite en deux phases, conformément à un mode de mise en oeuvre général de la présente invention, une charge bitumineuse finement divisée, qui est normalement solide aux températures ordinaires, mais qui est ca- pable de se dilater par chauffage pour acquérir la plasticité.
Dans la première phase, on calcine la charge par détente" dans ladite gamme de températures et au sein atmosphère galeuse contenant de l'oxygène en une quantité telle qu'au moin 10 % de la matière combustible volatile dégagée ne soient pas consumés.
Dans la seconde phase du procédé, les particules dilatées produites au cours de la première phase sont séparées des produits gazeux et vaporisés, à une température qui n'est pas inférieure à celle à laquelle sensiblement tous les produits vaporisés de la première phase restent à l'état vaporisée Cette tem- pérature varie en fonction du type de la charge utilisée et elle doit être suffise ment élevée pour réduire au minimum la condensation des vapeurs sur les particu- les dilatées.
Il est essentiel que la température utilisée au cours de la seconde phase soit telle que la teneur en matière volatile des partioulies obtenues dans cette phase du procédé se monte à 12 % ou moins, comme défini ci-aprèso On obtient normalement ce résultat en chauffant suffisamment les particules au cours de la première phase (calcination par détente) pour qu'environ 12 % en poids au maxi- mum de la matière volatile restent sur les particules elles-mêmes, la matière volatile ---:restante étant sous forme de gaz brûlés ou non brûlés qu'on élimine au cours de la seconde phase ;
dans un variante, on peut mettre en oeuvre la seconde phase à une température suffisamment élevée non seulement pour chasser les produite gazeux et/ou vaporisés du courant de produit, mais encore pour maintenir la tem- pérature pendant la seconde phase à un niveau suffisamment élevé pour éliminer une quantité supplémentaire de matière volatile des particules elles-mêmes, afin de réduire la teneur en matière volatile dans les particules résultant de la seconde phase à environ 12 % en poids ou moinso
La demanderesse a également découvert que la densité apparente du charbon absorbant granuleux et dur, préparé comme il est décrit dans le brevet principal,doit être comprise entre 0,080 et 0,32 kg/dm3.
On a également découvert que le type de charbon désirable peut être obtenu au mieux quand on maintient la température de calcination par déten- te, aucours de la première phase, à un niveau qui n'est pas inférieur, à 620 C et ne dépasse pas environ 1100 C, cette température variant en fonction de la di- mension de la charge et du type du produit bitumineux utilisé.
La demanderesse a constaté que, si les particules dilatées provenant de la première et de la seconde phase du procédé ont une teneur en matière volatile d'environ 12 % ou moins, conformément à la présente description, un tel charbon constitue un absorbant absolument sûr pour un explosif à l'oxygène liquide., Un traitement ultérieur du produit provenant de la seconde phase par calcination au cours d'une troisième phase, comme décrit dans le brevet principal, réduit encore la teneur en matière volatile des particules au cas où certains utilisateurs con- sidèrent comme essentielle une teneur faible des particules en matière volatile.
Le procédé en deux phases, conforme à la présente invention, donne des rendements et une qualité du produit (c'est-à-dire une densité apparente plus faible) sensi- blement supérieurs à ceux qu'on peut obtenir, par exemple, dans un procédé à une seule phase, dans lequel on cherche à obtenir en une seule phase aussi bien la dilatation des particules de charbon qu'une teneur relativement faible en matière volatile.En outre, le procédé conforme à l'invention de production de charbon absorbant, rend possible une dilatation contrôlée des particules bitumineuses au cours de la première phase et un réglage de la teneur en matière volatile des par- ticules dilatées et calcinées obtenues au cours de la deuxième phaseo
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--'En ce qui concerne la préparation du charbon absorbant,
conformément au procédé de l'invention, la demanderesse a constaté qu'on obtient des résultats particulièrement favorables quand on maintient la teneur en humidité de la ma- tière première à un niveau inférieur à 5 % en poidsUn excès d'humidité contenu dans la matière 'bitumineuse introduite dans l'appareil dans lequel on exécute la calcination par détente nécessite une vaporisation de l'eau jusqu'à une tempé- rature supérieure à 620 ou à toute température utilisée dans le réacteur, ce qui réduit fortement l'allure de l'élévation de température des particules bitumineu- ses.
Pour obtenir ce résultat, on doit souvent brûler du combustible supplémen- taire dans l'appareil, étant donné que l'excès d'humidité dans les particules réduit la température pendant l'opération jusqu'à un point auquel on n'obtient , pas les résultats désirés.
Dans un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, on soumet à la calcination par détente.du charbon bitumineux finement divisé ayant une teneur en matière volatile comprise entre environ 15 % et environ 20% en l'entraînant dans un courant d'air et en l'introduisant au sommet d'un réacteur vertical.
On introduit de l'air secondaire dans ce réacteur pour obtenir une teneur totale en oxygène comprise entre 0,137 m3/kg et environ 0,217 m3/kg et pour obtenir dans le réacteur une température comprise entre environ 730 C et environ 900 Co Le temps de séjour des particules dans le réacteur peut varier depuis une fraction de secon- de jusqu'à mps ne dépassant pas environ trois secondes. La'produit solide dilaté provenant de la première phase est séparé ensuite'des produits gazeux, dans un collecteur à cyclone fonctionnant à une température qui n'est pas inférieure à celle à laquelle sensiblement tous les produits vaporisés restent dans cet état.
En maintenant le collecteur à cyclone (deuxième phase) à une température su- périeure au point de condensation u au point de rosée des produits vaposisés chassés des particules au cours de la première phase, il devient possible de sé- parer ces produits et d'obtenir un produit solide ayant une teneur en matière volatile d'environ 12 % ou moins, produit qui est hautement utile comme absor- bant dans les explosifs au charbon contenant de l'oxygène liquideo Le charbon absorbant finement divisé, granuleux et dur ainsi obtenu est ensuite emballé dans des sachets de toile et saturé d'oxygène liquide pour produire une composition ex- plosive sure mais efficace.
Pour mieux faire comprendre ce mode de mise en -oeuvre de l'invention, on indique ci-après des exemples non limitatifs dans lesquels on broie tout d'abord différentes matières bitumineuses en particules ayant des dimensions appropriées et contenant un taux d'humidité réglé, après quoi on traite les matières broyées dans un appareil du type décrit dans le brevet principale On sature ensuite l'o- xygène le charbon absorbant obtenu et on le fait détoner dans des conditions réglées qui permettent la mesure des différentes caractéristiques explosives qui sont également indiquées dans le brevet principal.
A ce sujet, il convient de no- ter qu'on a actuellement découvert que la "résistance aux chocs à faible vitesse" des compositions conformes à l'invention atteint, dans ce cas, 10245 kgm ou plus.
EXEMPLE
On broie un échantillon de charbon bitumineux ayant une teneur en matière volatile de 16,75% et une teneur en cendres de 4,3 %, de manière que 75% du produit aient une dimension inférieure à 0,074 mm On chauffe au préalable le réacteur de la première phase jusqu'à une température de 747 C, en brûlant les gaz fournis par une pompe à gaz à des birûleurs auxiliaires montés dans le réac- teur. On introduit ensuite un courant du charbon dans ce réacteur et on effectue le traitement comme décrit dans le mode de réalis ation préféré précité.
Le débit de charge est de 53 kg/heure. La température maximum pendant la première phase est de 878 C. La température minimum pendant la seconde phase est de 429 Co On obtient un charbon absorbant dur et granuleux avec un rendement de 58%, par rapport au poids sec de la charge introduite dans la première phase. Ce charbon a une teneur en cendres de 5,0 %, une teneur en natière volatile de 9,7% et une densité apparen- te de 0,115 kg/dm . Les essais d'absorption de l'oxygène montrent que le rapport
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initial oxygène; carbone est de 4,5, et que le temps de rétention de l'oxygène est de 20 minutes.
Les essais exécutés sur des explosifs préparés en immer- geant le charbon dans de l'oxygène liquide montrent que l'explosif a une résis- tance aux chocs à faible vitesse de plus de 1271 kgmo Dans des essais exécu- tées en espace semi-confiné, la détonation ne se produit pas quand on utilise un orifice de 6,35 mm de diamètre.La vitesse de détonation de l'explosif est de 4800 mètres/seconde.
EXEMPLE 20
On broie un échantillon de charbon bitumineux (qualité n 6)ayant une teneur en matière volatile de 37 % en poids et une teneur en cendres de 3%, de façon que 49% du produit aient une dimension inférieure à 0,074 mm, et on le traite comme dans l'exemple 1. La température dans le réacteur de la première 3 phase est de 793 Co Le produit résultant a une densité apparente de 0,109 kg/dm , une teneur en matière volatile de 12 % et une teneur en cendres de 5,5%.Les es- sais d'absorption de l'oxygène montrent que le charbon possède un rapport initial oxygène;carbone de 4,1 et un temps de rétention de l'oxygène de 18 minutes.
Des essais exécutés avec l' explosif préparé par immersion du charbon dans de l'oxygè- ne liquide montrent que l'explosif a une résistance aux chocs à vitesse faible qui dépasse 1310 kgm. Dans des essais de Qombustion exécutés en espace semi- confiné, la détonation ne se produit pas quand on utilise un orifice de 6,35 mm de diamètre.La vitesse de détonation de l'explosif est de 4200 mètres secondes.
EXEMPLE 30
A titre de comparaison, on soumet aux essaix précités le charbon préparé à partir d'écoroes de bois et couramment utilisé pour des explosif s à 1' oxygène liquide après un traitement chimique pour le rendre ininflammable.Quand on utilise un échantillon qui n'est pas ignifugé, on constate que.sa densité appa- rente est de 0,192 kg/dm3 et sa teneur en cendres de 1,9 %. Les essais d'aborp- tion de l'oxygène indiquent que le rapport initial oxygénée carbone est de 3,5 et le temps de rétention de l'oxygène de 12 minuteso Un essai de résistance aux chocs à faible vitesse effectué avec un explosif à l'oxygène liquide préparé avec ce charbon donne des explosions à 127 kgm.
La combustion dans un espacesemi- confiné fait détoner l'explosif quand on,utilise un orifice de 6,35 mm, mais non pas avec un orifice de 15987 mm de diamètre. La vitesse de détonation est de 6000 mètres/seconde.
Pour mieux faire comprendre la mise en oeuvre de l'invention, on men- tionnera que les températures des réacteurs indiqués dans les différents exemples sont les températures atmosphériques apparentes et non les températures des par- ticules et qu'on les mesure au moyen de thermocouples disposés à l'intérieur des réacteurs à travers des cavités scellées en matière céramique prévues dans les parois des réacteurs.
Il est également bien entendu qu'on peut utiliser des produits bitumineux autres que ceux qui sont mentionnés dans les exemples ci-avant peur produire le charbon absorbant utilisé conformément à l'invention, pourvu que ces produits soient capables de se dilater par chauffage pour devenir plastiques.On peut également utiliser d'autres types habituels de réacteurs, à condition que ils assurent la température et les conditions atmosphériques mentionnées ci-avant.
On peut,, par exemple, remplacer le réacteur vertical mentionné précédemment par une unité de fluidification thermique, un four rotatif chauffé de l'extérieur ou un four à soles multiples de type connu, par exemple un four Herrschoff, dans lequel les particules de charbon s'écoulent progressivement vers le bas à travers l'unité et sont soumises à l'action de gaz chauds. Il est également entendu que le charbon absorbant utilisé conformément à l'invention peut être classé (ou. broyé et classé) par des procédés à sec ou au mouillé, afin de régulariser les caractéristiques d' absorption de 1'oxygénée
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The present invention is an improvement of the invention which is the subject of main patent No. 5530627 filed on December 21, 19560 The Applicant has now discovered that the implementation of the process described in the main patent can be carried out in two phases, at the link As previously mentioned, therefore, in accordance with a general embodiment of the present invention, a finely divided bituminous filler, which is normally solid at ordinary temperatures, but which is solid at ordinary temperatures, is treated in two phases as previously mentioned. able to expand upon heating to acquire plasticity.
In the first phase, the charge is calcined by expansion "in said temperature range and within a scabby atmosphere containing oxygen in an amount such that at least 10% of the volatile combustible material given off is not consumed.
In the second phase of the process, the expanded particles produced in the first phase are separated from the gaseous products and vaporized, at a temperature not lower than that at which substantially all of the vaporized products of the first phase remain at 1. Vaporized state This temperature will vary depending on the type of filler used and should be high enough to minimize condensation of the vapors on the expanded particles.
It is essential that the temperature used in the second phase is such that the volatile matter content of the particles obtained in this phase of the process is 12% or less, as defined below. This result is normally obtained by heating sufficiently particles during the first phase (expansion calcination) so that at most about 12% by weight of the volatile matter remains on the particles themselves, the remaining volatile matter being in gas form burnt or unburnt which is eliminated during the second phase;
alternatively, the second phase can be carried out at a temperature high enough not only to remove the gaseous and / or vaporized products from the product stream, but also to maintain the temperature during the second phase at a sufficiently high level. to remove additional volatile matter from the particles themselves, to reduce the volatile matter content in the particles resulting from the second phase to about 12% by weight or less
The Applicant has also discovered that the bulk density of the granular and hard absorbent carbon, prepared as described in the main patent, must be between 0.080 and 0.32 kg / dm3.
It has also been found that the desirable charcoal type can best be obtained when the expansion calcination temperature is maintained during the first phase at a level not lower than 620 C and not exceeding. approximately 1100 ° C., this temperature varying according to the size of the load and the type of bituminous product used.
The Applicant has found that, if the expanded particles from the first and second phase of the process have a volatile matter content of about 12% or less, according to the present description, such carbon constitutes an absolutely safe absorbent for a liquid oxygen explosive., Subsequent treatment of the product from the second phase by calcination in a third phase, as described in the main patent, further reduces the volatile matter content of the particles in case some users consider as essential a low content of the particles in volatile matter.
The two-phase process according to the present invention gives yields and product quality (i.e. lower bulk density) significantly higher than obtainable, for example, in a single-phase process, in which it is sought to obtain in a single phase both the expansion of the carbon particles and a relatively low content of volatile matter. In addition, the process according to the invention for the production of absorbent carbon , makes possible a controlled expansion of the bituminous particles during the first phase and an adjustment of the volatile matter content of the expanded and calcined particles obtained during the second phase.
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- 'As regards the preparation of the absorbent charcoal,
in accordance with the process of the invention, the Applicant has observed that particularly favorable results are obtained when the moisture content of the raw material is maintained at a level below 5% by weight. An excess of moisture contained in the material The bituminous material introduced into the apparatus in which the expansion calcination is carried out requires vaporization of the water up to a temperature above 620 or at any temperature used in the reactor, which greatly reduces the rate of the liquid. temperature rise of bituminous particles.
To achieve this result, often additional fuel must be burned in the apparatus, as excess moisture in the particles reduces the temperature during operation to a point at which it is not achieved. the desired results.
In a preferred embodiment of the invention, finely divided bituminous coal having a volatile matter content of between about 15% and about 20% is subjected to relaxation calcination by entraining it in a stream of air and introducing it to the top of a vertical reactor.
Secondary air is introduced into this reactor to obtain a total oxygen content of between 0.137 m3 / kg and approximately 0.217 m3 / kg and to obtain in the reactor a temperature of between approximately 730 C and approximately 900 Co. Particles in the reactor can vary from a fraction of a second to mps of no more than about three seconds. The expanded solid product from the first phase is then separated from the gaseous products in a cyclone collector operating at a temperature not lower than that at which substantially all of the vaporized products remain in this state.
By keeping the cyclone collector (second phase) at a temperature above the dew point u the dew point of the vaporized products expelled from the particles during the first phase, it becomes possible to separate these products and to obtain a solid product having a volatile content of about 12% or less which is highly useful as an absorber in coal explosives containing liquid oxygen. The finely divided, granular and hard absorbent carbon thus obtained is then wrapped in canvas bags and saturated with liquid oxygen to produce a safe but effective explosive composition.
To better understand this mode of implementation of the invention, non-limiting examples are given below in which various bituminous materials are firstly ground into particles having appropriate dimensions and containing a regulated humidity level. , after which the ground materials are treated in an apparatus of the type described in the main patent. The absorbent carbon obtained is then saturated with oxygen and it is detonated under controlled conditions which allow the measurement of the various explosive characteristics which are also indicated in the main patent.
In this connection, it should be noted that it has now been found that the "low speed impact resistance" of the compositions according to the invention reaches, in this case, 10245 kgm or more.
EXAMPLE
A sample of bituminous coal having a volatile matter content of 16.75% and an ash content of 4.3% is ground so that 75% of the product has a dimension of less than 0.074 mm. The reactor is preheated to the first phase up to a temperature of 747 C, by burning the gases supplied by a gas pump to auxiliary burners mounted in the reactor. A stream of coal is then introduced into this reactor and the treatment is carried out as described in the aforementioned preferred embodiment.
The charge rate is 53 kg / hour. The maximum temperature during the first phase is 878 C. The minimum temperature during the second phase is 429 Co A hard and granular absorbent carbon is obtained with a yield of 58%, relative to the dry weight of the load introduced into the first phase. This carbon has an ash content of 5.0%, a volatile matter content of 9.7% and a bulk density of 0.115 kg / dm. Oxygen absorption tests show that the ratio
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initial oxygen; carbon is 4.5, and the oxygen retention time is 20 minutes.
Tests carried out on explosives prepared by immersing coal in liquid oxygen show that the explosive has a low velocity impact resistance of more than 1271 kgmo In tests carried out in semi-confined space , detonation does not occur when using a 6.35 mm orifice. The detonation speed of the explosive is 4800 meters / second.
EXAMPLE 20
A sample of bituminous coal (grade 6) having a volatile content of 37% by weight and an ash content of 3% is ground so that 49% of the product has a dimension of less than 0.074 mm, and it is crushed. treat as in Example 1. The temperature in the reactor of the first 3 phase is 793 Co The resulting product has a bulk density of 0.109 kg / dm, a volatile content of 12% and an ash content of 5. , 5%. Oxygen uptake tests show that charcoal has an initial oxygen: carbon ratio of 4.1 and an oxygen retention time of 18 minutes.
Tests carried out with the explosive prepared by immersing the coal in liquid oxygen show that the explosive has a low velocity impact resistance which exceeds 1310 kgm. In combustion tests performed in a semi-confined space, detonation does not occur when using a 6.35 mm orifice. The detonation speed of the explosive is 4200 meters seconds.
EXAMPLE 30
By way of comparison, the charcoal prepared from wood bark and commonly used for explosives with liquid oxygen is subjected to the aforementioned tests after chemical treatment to make it non-flammable. not flame retardant, it was found that its bulk density was 0.192 kg / dm3 and its ash content was 1.9%. Oxygen absorption tests indicate that the initial oxygen-carbon ratio is 3.5 and the oxygen retention time is 12 minutes. A low speed impact resistance test performed with an explosive at l liquid oxygen prepared with this coal gives explosions at 127 kgm.
Combustion in a semi-confined space detonates the explosive when using a 6.35 mm orifice, but not with a 15987 mm diameter orifice. The detonation speed is 6000 meters / second.
To better understand the implementation of the invention, it will be mentioned that the temperatures of the reactors indicated in the various examples are the apparent atmospheric temperatures and not the temperatures of the particles and that they are measured by means of thermocouples. arranged inside the reactors through sealed ceramic cavities provided in the walls of the reactors.
It is also of course understood that bituminous products other than those mentioned in the above examples can be used to produce the absorbent carbon used in accordance with the invention, provided that these products are capable of expanding on heating to become Other usual types of reactors can also be used, provided that they ensure the temperature and atmospheric conditions mentioned above.
For example, the vertical reactor mentioned above can be replaced by a thermal fluidization unit, a rotary kiln heated from the outside or a multi-hearth kiln of known type, for example a Herrschoff kiln, in which the carbon particles gradually flow downward through the unit and are subjected to the action of hot gases. It is also understood that the absorbent charcoal used in accordance with the invention can be graded (or. Crushed and graded) by dry or wet processes, in order to regulate the oxygen absorption characteristics.