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Les charbons dits maigres ou quart-gras, c'est-à-dire ceux dont 1' indice M.V. de matières volatiles (calculé par la méthode AFNOR est au maximum égal à 13% présentent l'avantage de brûler sans émettre de fumées susceptibles d'encrasser les installations de chauffage;: ce qui en fait des combustibles appré- ciés.
Les fines de ces charbons peuvent être agglomérées par des liants appropriés pour donner des agglomérés, mais pour que ceux-ci présentent les mêmes qualités que ces charbons, il faut évidemmentque le liant ne produise pas lui-même, au cours de sa combustion, des fumées qui viendraient dévaloriser le combustible.
Les brais de houille ou de pétrole, les bitumes et les asphaltes qui possèdent des propriétés agglomérantes très avantageuses, ne peuvent donc convenir à la préparation d'agglomérés brûlant sans fumées que si l'on fait subir à ceux- ci un traitement complémentaire plus ou moins compliqué et onéreux, tel que celui décrit dans le brevet belge du demandeur n 512.197 du 16 juin 1952.
Les liants constitués par des corps renfermant une certaine propor- tion d'oxygène et d'hydrogène tels que l'amidon , les alginates, les sulfolignies, les mélasses, la dextrine, les boues d'extraits tannants brûlent, il est vrai, sans produire de fumées tout en permettant d'obtenir des agglomérés d'une résis- tance mécanique tout à fait satisfaisante.
Toutefois, ces liants présentent l'inconvénient capital d'être solu- bles ou peptisables dans l'eau même à la température ambiante, de sorte que les agglomérés préparés avec eux, lorsqu'ils sont soumis aux intempéries perdent rapidement toute cohésion, ce qui les rend inutilisables.
Pour profiter des propriétés avantageuses de ces agglomérants quant à la production de fumées, on est donc conduit à faire subir également à l'agglo- méré obtenu, un traitement complémentaire, destiné ici non pas à en éliminer les constituants fumigènes, mais seulement à le rendre insensible à l'eau tout en conservant sa résistance aux effets mécaniques.
Ce traitement peut consister en une pyrogénation du liant ne laissant subsister dans l'aggloméré que des matières peu solubles dans l'eau, tout en lais- sant subsister les propriétés mécaniques suffisantes pour conserver la résistance mécanique de l'aggloméré.
Néanmoins, si l'on chauffe progressivement un aggloméré dont le liant est constitué par l'un ou l'autre des corps oxygénés ci-dessus mentionnés, jusqu'à ce qu'il ne reste Plus de ce liant qu'un résidu solide peu soluble dans l'eau, une grande partie du liant initial aura été volatilisée. Il en résulte que, pour garder à l'aggloméré une résistance mécanique convenable, il faudra introduire dans le mélange destiné à l'agglomération une quantité importante de liant dont un fort pourcentage sera éliminé en pure perte au cours de la carboni- sation. On constate d'ailleurs qu'une pyrogénation effectuée dans ces conditions, s'accompagne d'une émission abondante de vapeurs,provenant de la décomposition du liant.
En outre, la résistance à l'humidité des agglomérés ainsi traités, bien que supérieure à celle des agglomérés non traités, n'est pas complète.
Enfin, la durée de ce traitement nécessite l'emploi d'un appareillage volumineux par rapport au poids des agglomérés traités.
L'étude systématique de la pyrogénation des liants organiques du type cité ci-dessus, a montré que, de même que pour la pyrogénation des houilles, la nature et la quantité des produits de la pyrogénation variaient avec la tempé- rature finale de pyrogénation et avec la durée totale de celle-ci.
Ces phénomènes, aisément observables sur les liants pyrogénés consi- dérés seuls, se compliquent d'ailleurs lorsque le liant se trouve dispersé dans
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la masse d'un aggloméré de sorte que pour obtenir un aggloméré présentant à la fois une résistance complète à l'action de l'eau et une résistance mécanique éle. vée, la' pyrogénation doit être effectuée dans des conditons bien déterminées en fonction de la nature du liant, celle du charbon de base et les dimensions des agglomérés.
Le procédé qui constitue l'objet de la présente invention, consiste principalement à porter l'aggloméré dans un temps très court, del'ordre de quel- ques minutes, à une température qui atteindra 600 à 800 dans les couches périphé riques et 300 au moins à coeur.
La pyrogénation ainsi réalisée s'accompagne d'une émission de fumées, bien moindres qu'avec un chauffage progressif à 300 et l'on a constaté que ce chauffage rapide augmente le poids de résidu fixe obten à partif d'un poids donnd de liant et par suite améliore la résistance mécanique de l'aggloméré.
D'autre part, la pyrogénation des vapeurs du liant dans les couches périphériques portées à haute température confère à l'aggloméré une structure et des propriétés particulières.
L'examen d'une coupe en lumière réfléchie d'un boulet de 20 à 50 gr. montre l'existence d'une couche périphérique épaisse d'environ 5 à 10 mm, de structure homogène et compacte tandis que la structure de la partie centrale est nettement différente, ayant subi une transformation beaucoup moins poussée.
L'aggloméré obtenu par le procédé suivant l'invention constitue en fait une sorte de dragée dont la partie externe dure et compacte lui confère une excellente résistance mécanique et qui, dans son ensemble est complètement in- sensible à l'action de l'eau.
Enfin, la brève durée du traitement permet de traiter des tonnages importants d'agglomérés dans un appareillage relativement peu volumineux.
Les températures et les durées mentionnées ci-dessus peuvent éven- tuellement être modifiées par l'introduction dans le liant de catalyseurs suscep- tibles d'accélérer sa transformation à une température donnée; il est ainsi possible d'opérer soit à des températures plus basses, soit dans des temps plus courts, soit les deux à la fois. Ces catalyseurs peuvent être constitués à titre d'éxemple, par des acides non volatils tels que l'acide borique ou l'acide phos- phorique, inclus dans l'aggloméré avant pyrogénation.
Leur intervention facultative ne modifie aucunement la caractéris- tique essentielle du procédé qui est de produire la transformation pyrogénée du liant dans un temps très court, ceci ayant pour but d'augmenter la vitesse de pénétration de la chaleur dans chaque aggloméré en vue d'obtenir les effets cher- chés : insensibilité à l'eau, résistance élevée, économie de liant par le proces- sus tel qu'il a été décrit.
Pour obtenir la rapidité d'échauffement nécessaire, on peut procéder à la pyrogénation dans des fours à chauffage indirect, c'est-à-dire par l'inter- médiaire d'un fluide chauffant, spécialement étudiés pour permettre un transfert de chaleur considérable dans un temps très court.
On peut faire passer les agglomérés dans un four tunnel ou à voûte rayonnante. On peut également utiliser un chauffage par un thermophore gazeux, tel que des fumées exemptes d'oxygène, ou liquide, tel que des métaux fondus, ou un solide fluidisé mis en contact avec les agglomérés.
EXEMPLE l,- On prépare un mélange de 90 parties de charbon maigre, indice de MV. - 12 %, granulométrie de 0 à 3 mm, avec 10 parties d'un sirop obte- nu par hydrolyse alcaline de sciure de bois et renfermant 85 % de matière sèche.
Ce mélange est transformé en boulets d'un poids unitaire de 20 g. au moyen d'une presse à boulets de type classique.
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A ce stade du traitement les boulets possèdent une résistance méca- nique suffisante pour supporter la manutention.
Les boulets crus sont alors entrainés par un transporteur dans un four tunnel dont la voûte radiante est portée à 950 tandis qu'une atmosphère de gaz exempts d'oxygène empêche toute inflammation des boulets. La durée de translation dans le four peut varier de 1 à 5 minutes. Le tableau ci-dessous donne les tempé- ratures relevées en fonction du temps à la surface et au centre d'un des boulets.
Température
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<tb> Temps <SEP> Périphérie <SEP> Centre
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<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> minute <SEP> 550 <SEP> 50
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<tb> 2 <SEP> " <SEP> 610 <SEP> 150
<tb>
<tb> 3 <SEP> " <SEP> 6300 <SEP> 220
<tb>
<tb> 4 <SEP> " <SEP> 635 <SEP> 300
<tb>
<tb> 5 <SEP> " <SEP> 650 <SEP> 3700
<tb>
A la sortie du four, les boulets sont instantanément refroidis à une température de l'ordre de 200 par une pulvérisation d'eau.
EXEMPLE 2 :On, prépare un mélange de 92 parties de charbon maigre, d'undice de M.V égal ou inférieur à 13 %, granulométrie 0 à 3 mm, avec 8 parties de mélasse de sucrerie d'une teneur en matière sèche de 80 %, et on le moule en boulets ovoïdes d'un poids unitaire de 50 g au moyen d'une.presse à boulets de type classique.
Les ovoïdes crus sont introduits en continu dans une enceinte cylin- drique verticale garnie de réfractaire dans laquelle circulent de bas en haut à grande vitesse des gaz exempts d'oxygène, portés à une température de 850 et provenant d'un brûleur à gaz.
Le débit de gaz chaud est réglé de telle sorte qu'au bout de 6 minutes la température des boulets atteint 790 dans la partie superficielle et 350 au centre quand le boulet atteint le bas de l'enceinte.
Le tableau ci-dess-ms donne les températures relevées en fonction du temps à la surface et au centre d'un ovoïde.
Température
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<tb> Temps <SEP> Périphérie <SEP> Centre
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<tb> 1 <SEP> minute <SEP> 620 <SEP> 80
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<tb> 3 <SEP> " <SEP> 720 <SEP> 200
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<tb> 5 <SEP> 7800 <SEP> 2950
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<tb> 6 <SEP> " <SEP> 790 <SEP> 350
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Les ovoïdes sont extraits en continu et refroidis vers 200 par une pulvérisation d'eau.
EXEMPLE 3. - On prépare un mélange de 92 parties de charbon maigre, indice de M.V. maximum 13 % granulométrie de 0 à 3 mm, avec 8 parties d'un empois constitué en empâtant de la farine avec de l'eau bouillante, et on le mou- le en boulets de 50 g. au moyen d'une presse à boulets de type classique.
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Ces boulets crus sont introduits en continu dans une enceinte cylindr que verticale garnie de réfractaire dans laquelle on déverse en même temps du sa- ble porté à 800 dans un four à chauffage en lit fluidisé. Le poids du sable est de 6 à 8 fois celui des boulets introduits. Le mélange de sable et de boulets des cend dans l'enceinte, la durée du trajet étant de 6 minutes. En bas de l'appareil une grille sépare le sable, qui est renvoyé au four de chauffage, d'avec les boulets qui sont aussitôt refroidis.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de fabrication de combustibles agglomérés brûlant sans fumée, à partir de charbons maigres à faible indice de matières volatiles et de
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liants organiques contenant de l'oxygène tels que: lessives sulfitiques iésiduai-j res de la fabrication de la pâte à papier, algiates, dextrine, mélasses hydrol sats de sciure de bois, boues d'extraits tannants, etc.... caractérisé en ce que les agglomérés préalablement fabriqués par les procédés usuels sont soumis à un traitement thermique consistant à porter rapidement leur surface à une températu- re de 600 à 800 et à maintenir cette température le temps suffisant pour que le centre des agglomérés atteigne 300 à 350 après quoi les agglomérés sont rapide- ment refroidis.
2. Procédé suivant 1, caractérisé en ce que les agglomérés ayant un poids de 20 à 50 gr. , la durée totale du traitement est de 5 à 10 minutes.
3. Procédé suivant 1 et 2, caractérisé en ce que le traitement s'effe tue dans des fours à chauffage indirect dans lesquels les agglomérés circulent de façon continue.
4. Procédé suivant 1 à 3, caractérisé en ce que l'on ajoute à l'ag- glomérant des acides non volatils tels que les acides borique ou phosphorique agi sant comme catalyseur.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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So-called lean or quarter-fat coals, that is to say those whose MV index of volatile matter (calculated by the AFNOR method is at most equal to 13% have the advantage of burning without emitting fumes likely to '' foul heating systems ;: making them popular fuels.
The fines of these coals can be agglomerated by suitable binders to give agglomerates, but for these to have the same qualities as these coals, it is obviously necessary that the binder does not itself produce, during its combustion, fumes which would devalue the fuel.
Coal or petroleum pitches, bitumens and asphalts which have very advantageous agglomerating properties, can therefore not be suitable for the preparation of agglomerates burning without smoke unless they are subjected to an additional treatment more or less complicated and expensive, such as that described in the Belgian patent of the applicant n 512,197 of June 16, 1952.
The binders constituted by bodies containing a certain proportion of oxygen and hydrogen such as starch, alginates, sulfolignies, molasses, dextrin, sludge from tanning extracts burn, it is true, without produce fumes while making it possible to obtain agglomerates of completely satisfactory mechanical strength.
However, these binders have the capital drawback of being soluble or peptizable in water even at ambient temperature, so that the agglomerates prepared with them, when subjected to weathering rapidly lose all cohesion, which makes them unusable.
To take advantage of the advantageous properties of these agglomerants with regard to the production of fumes, it is therefore necessary to also subject the agglomerate obtained, an additional treatment, intended here not to eliminate the smoke-generating constituents, but only to the. make it insensitive to water while retaining its resistance to mechanical effects.
This treatment may consist of pyrogenation of the binder leaving only material which is not very soluble in water in the agglomerate, while leaving sufficient mechanical properties to maintain the mechanical strength of the agglomerate.
However, if an agglomerate is gradually heated, the binder of which consists of one or other of the oxygenates mentioned above, until all that remains of this binder is a little solid residue. soluble in water, a large part of the initial binder will have been volatilized. As a result, in order to keep the agglomerate a suitable mechanical strength, it will be necessary to introduce into the mixture intended for the agglomeration a large quantity of binder, a large percentage of which will be eliminated in pure loss during the carbonization. It is also noted that pyrogenation carried out under these conditions is accompanied by an abundant emission of vapors, originating from the decomposition of the binder.
Further, the moisture resistance of the agglomerates thus treated, although superior to that of the untreated agglomerates, is not complete.
Finally, the duration of this treatment requires the use of a large apparatus relative to the weight of the treated agglomerates.
The systematic study of the pyrogenation of organic binders of the type cited above has shown that, as with the pyrogenation of coal, the nature and quantity of the products of the pyrogenation vary with the final pyrogenation temperature and with the total duration thereof.
These phenomena, easily observable on pyrogenic binders considered alone, are moreover complicated when the binder is dispersed in
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the mass of an agglomerate so that to obtain an agglomerate having both complete resistance to the action of water and high mechanical resistance. Vee, the 'pyrogenation must be carried out under well-defined conditions depending on the nature of the binder, that of the base carbon and the dimensions of the agglomerates.
The process which constitutes the object of the present invention consists mainly in bringing the agglomerate in a very short time, of the order of a few minutes, to a temperature which will reach 600 to 800 in the peripheral layers and 300 in the outer layers. less at heart.
The pyrogenation thus carried out is accompanied by an emission of fumes, much less than with a gradual heating to 300 and it has been observed that this rapid heating increases the weight of fixed residue obtained apart from a given weight of binder. and therefore improves the mechanical strength of the chipboard.
On the other hand, the pyrogenation of the vapors of the binder in the peripheral layers brought to high temperature gives the agglomerate a particular structure and properties.
Examination of a section in reflected light of a 20 to 50 gr. shows the existence of a peripheral layer about 5 to 10 mm thick, with a homogeneous and compact structure, while the structure of the central part is clearly different, having undergone a much less extensive transformation.
The agglomerate obtained by the process according to the invention in fact constitutes a kind of dragee, the hard and compact outer part of which gives it excellent mechanical resistance and which, as a whole, is completely insensitive to the action of water. .
Finally, the short duration of the treatment makes it possible to treat large tonnages of agglomerates in a relatively compact apparatus.
The temperatures and times mentioned above can optionally be modified by the introduction into the binder of catalysts capable of accelerating its transformation at a given temperature; it is thus possible to operate either at lower temperatures, or in shorter times, or both at the same time. These catalysts can be constituted, by way of example, of non-volatile acids such as boric acid or phosphoric acid, included in the agglomerate before pyrogenation.
Their optional intervention in no way modifies the essential characteristic of the process, which is to produce the pyrogenic transformation of the binder in a very short time, this having the aim of increasing the rate of penetration of heat into each agglomerate in order to obtain the desired effects: insensitivity to water, high resistance, economy of binder by the process as described.
To obtain the necessary rapidity of heating, pyrogenation can be carried out in furnaces with indirect heating, that is to say by the intermediary of a heating fluid, specially designed to allow a considerable transfer of heat. in a very short time.
The agglomerates can be passed through a tunnel or radiant vault furnace. It is also possible to use heating with a gaseous thermophore, such as fumes free of oxygen, or liquid, such as molten metals, or a fluidized solid brought into contact with the agglomerates.
EXAMPLE 1 A mixture of 90 parts of lean charcoal, MV number is prepared. - 12%, grain size from 0 to 3 mm, with 10 parts of a syrup obtained by alkaline hydrolysis of sawdust and containing 85% of dry matter.
This mixture is transformed into balls with a unit weight of 20 g. by means of a conventional type ball press.
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At this stage of the treatment, the balls have sufficient mechanical strength to withstand handling.
The raw balls are then entrained by a conveyor in a tunnel oven whose radiant vault is brought to 950 while an atmosphere of oxygen-free gases prevents any ignition of the balls. The translation time in the oven can vary from 1 to 5 minutes. The table below gives the temperatures recorded as a function of time at the surface and at the center of one of the balls.
Temperature
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<tb> Time <SEP> Periphery <SEP> Center
<tb>
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<tb> 1 <SEP> minute <SEP> 550 <SEP> 50
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<tb> 2 <SEP> "<SEP> 610 <SEP> 150
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<tb> 3 <SEP> "<SEP> 6300 <SEP> 220
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<tb> 4 <SEP> "<SEP> 635 <SEP> 300
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<tb> 5 <SEP> "<SEP> 650 <SEP> 3700
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On leaving the oven, the balls are instantly cooled to a temperature of the order of 200 by spraying with water.
EXAMPLE 2 A mixture of 92 parts of lean charcoal, with an MV value equal to or less than 13%, grain size 0 to 3 mm, is prepared with 8 parts of sugar molasses with a dry matter content of 80% , and molded into ovoid balls with a unit weight of 50 g by means of a ball press of conventional type.
The raw ovoids are continuously introduced into a vertical cylindrical chamber lined with refractory in which oxygen-free gases circulate from the bottom to the top at high speed, brought to a temperature of 850 and coming from a gas burner.
The flow of hot gas is adjusted so that after 6 minutes the temperature of the balls reaches 790 in the surface part and 350 in the center when the ball reaches the bottom of the enclosure.
The table below gives the temperatures recorded as a function of time at the surface and at the center of an ovoid.
Temperature
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<tb> Time <SEP> Periphery <SEP> Center
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<tb> 1 <SEP> minute <SEP> 620 <SEP> 80
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<tb> 2 <SEP> "<SEP> 700 <SEP> 1500
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<tb> 4 <SEP> "<SEP> 7500 <SEP> 240
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<tb> 5 <SEP> 7800 <SEP> 2950
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<tb>
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<tb> 6 <SEP> "<SEP> 790 <SEP> 350
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The ovoids are continuously extracted and cooled to around 200 by spraying with water.
EXAMPLE 3 A mixture of 92 parts of lean charcoal, maximum MV index 13% particle size from 0 to 3 mm, is prepared with 8 parts of a paste formed by pastry flour with boiling water, and the mold into 50 g balls. by means of a conventional type ball press.
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These raw balls are continuously introduced into a cylindrical vertical chamber lined with refractory, into which sand brought to 800 is at the same time poured into a heating furnace in a fluidized bed. The weight of the sand is 6 to 8 times that of the balls introduced. The mixture of sand and ash balls in the enclosure, the duration of the journey being 6 minutes. At the bottom of the apparatus a grid separates the sand, which is returned to the heating furnace, from the balls which are immediately cooled.
CLAIMS.
1. A process for the production of agglomerated fuels burning smokelessly, from lean coals with low volatile matter index and
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organic binders containing oxygen such as: sulphite lyesides from the manufacture of paper pulp, algiates, dextrin, sawdust hydrolysis molasses, tanning extract sludge, etc ... characterized by that the agglomerates previously produced by the usual processes are subjected to a heat treatment consisting in rapidly bringing their surface to a temperature of 600 to 800 and in maintaining this temperature sufficient time for the center of the agglomerates to reach 300 to 350 afterwards whereby the agglomerates are rapidly cooled.
2. Method according to 1, characterized in that the agglomerates having a weight of 20 to 50 gr. , the total treatment time is 5 to 10 minutes.
3. Method according to 1 and 2, characterized in that the treatment is carried out in indirect heating furnaces in which the agglomerates circulate continuously.
4. Process according to 1 to 3, characterized in that non-volatile acids such as boric or phosphoric acids acting as catalyst are added to the binder.
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