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L'invention concerne un procédé et un dispositif d'élimination des matières entraînées d'un courant galeux, en particulier, d'un courant de gaz chaude Il se forme( au cours de diverses opérations chimi- ques et de traitement de matières, 'des courante gazeux qui contiennent-des matières solides et liquides entraînées, généralement sous forme de fines particules analogues à la poussière.
Divers moyens ont été proposés jusqu'à présent pour éliminer ces matières entraînées. Par exemple, on a employé des collecteurs de poussière en forme de sacs, de même que des dispositifs de précipitation électrostatiques On a eu aussi recours à des opérations d'épuration consistant à arroser ou à épurer le courant de gaz contenant des particules solides avec un agent liquide approprié entraînant les solides.
Ces divers types d'opérations et les installations n'ont pas donné satisfaction dans tous les cas* On rencontre souvent des difficultés dues à la température et à la nature corrosive du courant de gaz et des particules solides qu'il entraîne.
Le raffinage de l'aluminium par le procédé de distillation dit du sous-halogénure consiste à amener le métal contenant l'aluminium en contact avec un courant chauffé d'un trihalogénure d'aluminium gazeux, généralement le tri- chlorure d'aluminium à une température égale ou supérieure 1 1200 C Une réaction a lieu entre l'aluminium du métal le contenant et le trihalogénure d'aluminium gazeux en formant le monohalogénure , par exemple le monochlorure d'aluminium gazeux.
On refroidit le monchalogénure d'aluminium ainsi obtenu en mélange avec le trihalogénure n'ayant pas réagi pour décomposer le monohalogénure d'aluminium en formant de
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l'aluminium métallique et du trihalogénure d'aluminium* La. réaction de décomposition a lieu dans un récipient dans lequel la température du monohalogénure d'aluminium gazeux N'abaisse d'environ 1200 à environ 700-800*0. On recueille le trihalogénure d'aluminium gazeux sortant de ce récipient et on le recycle en contact avec un supplément de métal contenant de l'aluminium, pour former le monohalogénure d'aluminium.
Il est avantageux de traiter les gaz sortant du récipient pour en éliminer les particules solides éventuel- lement entraînées. les gaz sortant du récipient de décom- position ont généralement la composition suivantes 90% en volume environ de trichlorure d'aluminium gazeux, 10% en volume environ d'hydrogène. Ces gaz contiennent une très faible proportion de particules solides entraînées, ' telles que l'aluminium formé par la décomposition du monoha- logénure d'aluminium, le chlorure de calcium, le chlorure de magnésium et d'autres chlorures, outre l'alumine, le carbure d'aluminium et d'autres particules solides.
La température des gaz sortant du récipient de décomposition est inférieure à 700 C et supérieure au point de volatilisation du triohlo- rure d'aluminium et est comprise par exemple entre 250 et 350 C La température des gaz sortant de ce récipient exerce une influence sur la proportion et l'état physique des impuretés.
Un des objets de l'invention consiste dans un procé. et un dispositif perfectionnés destinée en particulier à éliminer les particules entraînées des courants de gaz à température relativement élevée et éventuellement corrosifs, tels que le chlorure d'aluminium et d'autres gaz sortant du récipient de décomposition qui sert à l'opération de distil- lation du sous-halogénure par laquelle on recueille l'aluminl
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dans un métal en contenant.
Suivant le procédé de l'invention, les particules entraînée:, dans un courant de gaz en sont éliminée* en les amenant en contact avec une masse, en mouvement de haut en bas, d'une matière inerte, solide, sous forme de particules.
On fait passer le courant de gaz à travers la masse de matière, en mouvement de haut en bas, dans une zone de contact et la masse de particules solides entraîne avec elle, en sortant de la zone de contact, les tinte particules recueillies dans le courant de gaz* Le gaz étant introduit dans la masse en mouvement de haut en bas de la matière filtrante, la traverse d'abord de préférence de haut en bas, puis de bas en haut, en passant par une portion supérieure annulaire de cette masse .
La surface de la matière filtrante au point où le courant de gaz y arrive a la forme d'un cône concave dont l'angle au sommet est sensiblement égal à l'angle du talus d'éboulement de la matière filtrante d'environ 40 .Un racloir mécanique contribue à assurer l'écoulement uniforme de la matière filtrante à partir de l'extrémité inférieure de la charge annulaire. De plus, le racloir mécanique agite et secoue la matière filtrante de la surface conique en mettant à découvert de nouvelles surfaces des diverses particules et désagrège les amas qui se forment du fait de l'action de filtration exercée par la matière. L'action d'agitation exercée par le racloir a tendance Prendre la surface conique moins profonde.
La matière filtrante servant à l'opération de filtra- tion peut consister en n'importe quelle matière inerte ou sensiblement inerte à l'égard des impuretés à éliminer et du courant gazeux en cours de traitement. Une matière filtrante solide particulièrement avantageuse consiste en coke nous
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forme de graine, tel que le coke de pétrole calcine, car il cet relativement peu coûteux, on se le procure facilement en général, il est réfractaire et sensiblement inerte à l'égard d'un très grand nombre de matières gazeuses* On pourrait Aussi choisir d'autres matières filtrantes solides inertes,
de préférence réfractaires, @a grossour des particules *de la Matière filtrante de la masse dépend de l'application envisagée. Lorsqu'il .'agit d'éliminer les impuretés des gaz sortant du récipient de décomposition du traitement de distillation de nous-halo- génuree de raffinage de l'aluminium, on choisit de préférence du coke en particules d'une grosseur inférieure à 4,76 mais supérieure à 1,41 mm, tel que le coke dont la grosseur des graine est comprise entre -4,76 et +2,38 mm.
les particules de la matière filtrante ne doivent pas être assez fines pour être entraînées ou fluidisées par le courant de gaz qui y passe, de même leur grosseur doit être choisie de lagon rendre la masse de matière facilement perméable et è ne pas opposer de résistance excessive au passage des gaz dans la masse .
La grosseur des particules de la matière filtrante de la zone de filtration qui sert à recueillir les particules solides des gaz sortant du récipient de décomposition de la distillation du sous-halogénure par laquelle on recueille l'aluminium doit être choisie de façon que la pert de charge due au passage du courant de gaz ne dépasse pas sensiblement environ 10 mm Hg.
La perte de charge du courant gazeux passant dans la zone de filtration en contact avec la masse de matière filtrante ne doit pas représenter une fraction notable de la perte de charge totale de l'installation* Dans la plupart des cas, on arrive facilement à ce résultat en donnant aux particules de la matière fil une grosseur
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comprise entre environ 90 environ 3,0 ma de dïmbtreo L'invention est décrite ci-après en détail) avec 1* dessin aiatnt é l'appui, sur lequel! M la figure 1 représente lon4matiqu.m.nt un dispositif convenant à l'application du procédé de l'invention, destiné à éliminer les particule.
entraînée par un courant S..eux 8 ., - la figure 2 est une coupe partielle d'une forme de réalisation d'un dispositif convenant à l'application du procédé de l'invention*
Un courant de gaz, figure 1, tel que celui qui sort du récipient de décomposition d'une installation employée dans le procède au nous-halogénure pour le raffinage de l'aluminium contenant des particules solides entraînées arrive par une tubulure d'admission 10 dans une conduite cylindrique sensiblement verticale 11dans laquelle les gas sont introduite dans la portion centrale d'une masse en mouvement de particules filtrantes solides 12 contenues dans
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un récipient 14.
Un rroo,r 1 ailette hélicoïdale 1> fixé sur l'arbre rotatif 13A est disposé dans la tubulure d'admis- sien 10 pour empêcher les particules solides de s'aoouauler sur les parois de cette tubulure. Le récipient 14 comporte une portion supérieure cylindrique 15 et une portion inférieurs conique 16, Un orifice de sortie du gaz 18 est dispose au voisinage de l'extrémité supérieure de la portion supérieure 15* Une matière filtrante appropriée, sous forme de partiou* les,
arrive par une tubulure d'admission 19 d'un tuyau 20 dans l'extrémité supérieure de la portion cylindrique 15
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La matière filtrante du tuyau 10 passe de haut en bas dans un canal annulaire 21 auteur de l'extérieur de la conduite 11
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l'angle d'inclinaison du tU7au 20 par rapport riz l'horizontale doit être plus grand que l'angle du talus d'éboulement de la
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matière filtrante pour donner la certitude que le canal 21 reste plein de cette matière. Par exemple, si .l'angle du talus d'éboulement de la matière filtrante est d'environ 40 l'angle d'inclinaison du tuyau 20 est de préférence d'environ 45 et l'angle d'inclinaison de la paroi supérieure 21a de la charge annulaire est de préférence égal à 55 .
Un arbre axial se prolongeant sur toute la longueur de la conduite 11, dont l'axe coïncide de préférence avec celui du récipient 14, porte un racloir à ailette hélicoïdale 24. L'extrémité inférieure de l'arbre 22 comporte, à peu près à la hauteur de la partie inférieure de la conduite 11, - un bras horizontal 25 qui porte des pointes 26 en saillie de haut en bas fixées sur lui et agitant la matière filtrante dans la zone située immédiatement au-dessous de la partie inférieure de la conduite 11
La partie inférieure de la portion conique 16 communique avec un transporteur hélicoïdal 28 qui sert à faire sortir la matière filtrante contenant les particules solides retenues de l'extrémité inférieure du récipient 14,
pour les traiter ultérieurement ou les mettre au rebut.
On fait arriver un courant de gaz contenant les particules entraînées dans la conduite centrale 11 pour l'amener en contact avec la matière filtrante se trouvant dans le récipient 14 et éliminer les particules entraînées du courant gazeux en contact aveo la matière filtrante perdant que le gaz passe de bas en haut dans le canal annulaire entre la paroi du récipient 14 et l'extrémité inférieure de la conduite 11,
avant de sortir par l'orifice d'échappement du gaz 18.On fait arriver d'une manière continue une nouvelle provision de matière filtrante dans le récipient 14 par le canal annulaire 21 et on fait sortir d'une manière continue la matière filtrante encrassée de la partie inférieure du
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réo@@ent 14 par le transporteur hélicoïdal 28.
On voit donc que le récipient 14 contient une masse en mouvement de haut e@ bas'de matière filtrante. On voit aussi que le courant de gaz contenant des impuretés et arrivant dans le récipient 14 pénètre d'abord dans la masse de matière filtrante par une face conique située immédiatement au-dessous de l'extrémité inférieure de la conduite 11, puis passe de haut en bas et en dehors pour arriver dans l'espace annuaire entre la conduite 11 et la paroi du récipient 14, dans lequel il passe de bas en haut dans une direction à contre-courant par rapport à l'écoulement de la matière filtrante*
L'ailette 24 du racloir que l'arbre 22 fait tourner a pour effet d'entraîner les particules éventuelles adhérant à la paroi intérieure de la conduite 11'L'arbre 22,
en tournant, fait aussi tourner le bras 25 dont les pointes 26 agitent la matière filtrante dans la zone située immédiatement au-dessous de la conduite 11 et ou la proportion des parti-. cules entraînées est la plus forte. La matière filtrante étant ainsi agitée d'une manière continue, de nouvelles surfaces propres de ces particules viennent d'une manière continue en contact avec le courant de gaz incident, en empêchant ainsi la masse de matière filtrante de s'obstruer, en particulier au point d'entrée du gaz.
La figure 2 représente sous forme plus détaillée l'appareil filtrant de l'invention à masse de coke en mouvement à contre-courantLe récipient 30 du filtre principal comporte une portion supérieure cylindrique 31 et une portion infé- fieure conique 32. La portion supérieure cylindrique 31 et la portion intérieure conique 32 comportent des doubles enveloppes respectives 34 et 35. Un fluide d'échange de chaleur approprié, tel qu'une vapeur ou un liquide Dowthoerm circule dans les doubles enveloppes 34 et 35 de façot à
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maintenir la température de fonctionnement qu'on désire dame le récipient 30.
La partie inférieure de la portion conique 32 communique arec un transporteur hélicoïdal 36 faisant sortir la matière filtrante chargée d'impuretés.
Une conduite axiale d'admission de gaz 38 se dirige de haut en bas dans la portion cylindrique supérieure 31 et se termina à peu près au point de jonction entre la portion 31 et la portion conique inférieure 32. Un arbre axial 39 est entraîné par un moteur 40 par l'intermédiaire d'une transmission de réduction de vitesse 42 montée sur un socle 44. L'arbre 39 est entouré par une gaine de protection 45 dans la portion supérieure de la conduite d'admission 38.
La portion inférieure 45s de la gaine de protection a une forme conique au point d'entrée du gaz chargé d'impuretés qui arrive par un tuyau d'admission 46 dans la conduite d'admission 38.
Des ailettes hélicoïdales en ruban 48 d'un racloir fixées sur l'arbre 39 raclent les particules solides qui se déposent sur la surface de la portion conique 45a de la gaine de protection et sur la surface intérieure de la conduite 38 Les ailettes 48 du racloir sont fixées sur l'arbre 39 par des disques 49. Un racloir 47 fixé sur un arbre rotatif 47a est aussi disposé dans le tuyau d'admission 46 du gaz pour empêcher les particules de s'y accumuler.
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Un bras/fixé sur l'extrémité inférieur)? de l'arbre 39 porte des pointes 51 qui agitent la masse filtrante dans le récipient 30 pour contribuer à son Mouvement de haut en bas et à mettre à découvert d'une manière continue de nouvelle* . surfaces des particules de la matière filtrante en contact avec le gaz chargé d'impureté , qui vient initialement en contact avec elle en sortant par l'extrémité inférieure de la conduite 38.
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La matière filtrante arrive dans le récipient 30 par une tubulure d'admission 52 et un tuyau d'alimentation 54 La portion inférieure 54a du tuyau 54 forme un canal de passage annulaire entourant la portion supérieure de la conduite 38 et, par suite, alimente un courant annulaire de matière filtrante autour de la conduite 38 dans le récipient 30* Le tuyau d'alimentation 54 comporte une double enveloppe d'échange de chaleur 55 sur toute sa longueur et sa portion inférieure 54a comporte aussi une double enveloppe 57 On fait arriver dans la double enveloppe 55 un fluide d'échange de chaleur approprié par une tubulure 56 en le faisant sortir par une tubulure de sortie 58 et des dispositifs , non repré- sentés, font circuler le fluide d'échange de chaleur arrivant dans la double enveloppe 57 et en sortant,
Le tuyau d'ali- mentation 54 est fermé à une extrémité par un couvercle 59 qui comporte également une double enveloppe 60 alimentée par un fluide d'échange de chaleur approprié par une tubulure d'entrée 62 et une tubulure de sortie 61.
Le récipient 30 et les éléments auxiliaires, tels que les tuyaux d'alimentation et de sortie peuvent être en une matière quelconque appropriée* L'acier doux est un matériau de construction approprié lorsque le filtre fonctionne à une température inférieure à environ 500*0 mais, si on désife faire fonctionner le filtre à une tempé- rature supérieure à environ 500*0, le matériau de construc- tion à choisir de préférence est l'acier inoxydable.
La matière filtrante qui sort du récipient 30 par le transporteur hélicoïdal 36 peut être traitée par tamisage pour en séparer les particules solides d'impuretés antérieu- rement contenues dans le ocurant de gaz. Lorsque la matière filtrante consiste en coke, celle qui sort de la partie
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inférieure du récipient 30 et est chargée d'impuretés peut être charge* dans un four d'agglomération ou de réduction servant à préparer l'alliage d'aluminium oarbothermique, obtenu par réduction directe de la bauxite par le @oke, en recueillant ainsi l'aluminium et le carbone,
le brun 50 et les pointes 51qui maintiennent une cavité conique dans la matière filtrante peuvent être remplacés par une plaque perforée ou un tamil,mais on donne la préfé- rence au bras et aux pointes.
L'exemple suivant indique de quelle manière l'inven- tion peut s'appliquer dans la pratique. On construit en vraie grandeur un prototype industriel du filtre des figures 1 et 2.
On effectue trois essais avec une matière filtrante de coke en particules d'une grosseur inférieure à 4,76 mm et supérieure à 2,38 mm avec un débit de 16,3 kg par heure. Le gaz à filtrer consiste en air arrivant avec un débit de 1,5 m3 par minute et chargé de poussière de charbon à raison de 2,35 kg par heure, la grosseur de toutes les particules de charbon étant inférieure à 44 microns. La durée de chaque essai est de 24 heures et tous les essais s'effentuent avec un agitateur de la surface de coke tournant à une vitesse d'un tour par minute, en faisant arriver de l'eau en brouillard à raison de 1,35 kg/h, pendant les essais n* 2 et 3.
Au cours des essais, on mélange intimement l'air, la poussière et le brouillard avant de faire venir le mélange en contact avec la surface du coke. On pose un filtre formé par un sao en coton sur le tuyau de sortie du gaz du récipient du filtre pour recueillir la poussière contenue dans le courant d'air de sortie. Le filtre fonctionne avec succès pendant ces escale et la proportion de poussière recueillie est comprise entre 99.93 et 99,96.
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