Appareil d'élimination par filtration de manières entraînées par un courant de gaz
L'invention a pour objet un appareil d'élimina tion par filtration de matières entraînées par un oou- rant de gaz, par exemple un courant de gaz chauds.
I1 se forme, au cours de diverses opérations chimiques et de traitement de matières, des courants gazeux qui contiennent des matières solides et liquides entraînées généralement Sous forme de fines partipules analogues à de 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 électrostatique.
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 entraînant les solides.
Ces diverses opérations et installations n'ont pas donné satisfaction dans tous des cas. On rencontre souvent des difficultés dues à la température et à la nature corrosive du 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 de l'aluminium en contact avec un courant chauffé d'un trihalogénure d'aluminium gazeux, généralement le trichlorure d'aluminium à une température au moins égale à 12000 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 monohalogénure d'aluminium ainsi obtenu en mélange avec le tri- halogénure n'ayant pas réagi pour décomposer le monohalogénure d'aluminium en formant de 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 s'abaisse d'environ 1200 à environ 700-8000 C. On recueillIe le trihalogénure d'alu- minium 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.
I1 est avantageux de traiter les gaz sortant du récipient pour en éliminer les particules solides éventuellement entraînées. Les gaz sortant du récipient de Idécomposition ont généralement la composition suivante: 900/0 en volume environ de trichlorure d'aluminium gazeux, 10 O/o len volume environ d'hydrogène. Ces gaz contiennent une très faible proportion de particules solides entraînées, telles que l'aluminium formé par la décomposition da monohalogénure d'aluminium, du chlorure de calcium, du chlorure de magnésium et d'autres chlorures, outre l'alumine, du carbure d'aluminium et d'autres particules solides.
La température Ides gaz sortant ldu récipient de décomposition est inférieure à 7000 C et supérieure au point de volatilisation du trichlorure d'aluminium et est comprise, par exemple, entre 250 et 3500 C. La température ds gaz sortant Ide ce reci- pient exerce une influence sur la proportion et l'état physique des impuretés.
L'appareil pour éliminer par filtration des matière res entraînées par un courant de gaz, notamment un courant de trihalogénure d'aluminium gazeux, comprenant, selon l'invention, un lit d'une matière granuleuse solide Ide filtration se déplaçant vers le bas à travers un récipient pour etre enlevée du fond de celui-ci, une conduite Ide sortie idu gaz Idisposée à l'extrémité supérieure Idu récipient et une conduite d'admission du gaz disposée au centre de ce récipient et dont l'embout est situé plus bas que la sor tie du gaz, est caractérisé'en ce que la conduite d'admission Idu gaz s'étend,
ldu sommet idu récipient, verticalement vers le bas et traverse la partie supérieure du lit Ide matière granuleuse Ide filtration et contient un agitateur pour brasser la matière granuleuse de filtration à proximité de l'embout de la conduite d'admission du gaz, et des moyens pour racler la matière entraînée qui s'iest déposée sur les parois latérales de la conduite d'admission du gaz.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'appareil objet de l'in- vention.
La fig. 1 représente sehématiquement la première forme d'exécution de l'appareil destiné à éliminer les particules entraînées par un courant gazeux.
La fig. 2 est une coupe partielle de la seconde forme d'exécution de l'appareil.
Un courant de gaz, fig. 1, tel que celui qui sort du récipient de décomposition d'une installation employée dans le procéidé au sous-halogénure pour le raffinage de l'aluminium contenant des particules solides entraînées, arrive par une tubulure d'admission 10 dans une conduite cylindriqule sensiblement verticale 11 dans laquelle les gaz sont introduits dans la portion centrale d'une masse en mouvement de particules filtrantes solides 12 contenues dans un récipient 14.
Un racloir à ailette hélicoïdale 13 fixé sur l'arbre rotatif 13a est disposé dans la tubulure d'admission 10 pour empêcher les particules solides de s'accumuler, sur les parois Ide cette tubulure. Le récipient 14 comporte une portion isupérieure cylindrique 15 et une portion inférieure conique 16. Un orifice de sortie du gaz 18 est disposé au voisinage de l'extrémité supérieure de la portion supérieure
15. Une matière filtrante appropriée, sous forme de particules, arrive par une tubulure d'admission 19 d'un tuyau 20 dans l'extrémité supérieure de la por- tion cylindrique 15.
La matière filtrante du tuyau 20 passe de haut en bas dans un canal annulaire 21 autour de l'extérieur de la conduite 11. L'angle d'inolinaison du tuyau 20 par rapport à l'horizontale doit être plus grand que l'angle dix talus d'éboulement de la matière filtrante pour donner la certitude que le canal 21 reste plein de cette matière. Par exern- plue, si l'angle idiu talus d'éboulement de la matière filtrante est d'environ 40O, l'angle d'inclinaison du tuyau 20 est de préférence d'environ 450 et l'angle d'inclinaison de la paroi supérieure 21a de la charge
annulaire 'est de préférence égal à 550.
Un arbre axial 22 se prolongeant sur toute la longueur Ide la conduite 11, dont l'axe coïncide de préférence avec celui du récipient 14, porte un ra Choir à ailette hélicoïdale 24. L'extrémité inférieure de l'arbre 22 comporte, à peu près, la hauteur de la partie inférieure de la conduite 11, un vibras 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 nu 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 avec la matière filtrante pendant que le gaz passe rde bas en haut dans le canal annulaine entre la paroi du récipient 14 et l'extrémité inférieure lde la conduite 11, avant de sortir par l'orifice d'échappement du gaz 18.
On fait arriver d'une manière continue une nouvelle provision fde 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 récipient 14 par le transporteur hélicoïdal 28. On voit donc que le récipient 14 contient une masse en mouvement de haut en bas ide 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 audessous de l'extrémité inférieure de la conduite 11, puis passe de haut en bas et en 'dehors pour arriver dans l'espace annulaire 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 où la proportion 'des particules 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 contique en contact avec le courant de gaz incident, en empêchant ainsi la masse de matière filtrante de s'obstruer, gen particulier au point d'entrée du gaz.
La fig. 2 représente sous forme plus détaillée l'appareil filtrant la muasse 'de coke en mouvement à contre-courant. Le récpient 30 du filtre principal comporte une portion supérieure cylindrique 31 et une portion inférieure conique 32. La portion supérieure cylindrique 31 et la portion inférieure conique 32 comportent des doubles enveloppes respectives
34 et 35. Un fluide d'échange de chaleur approprié, tel qu'une vapeur ou un liquide Dovttherm circule dans les doubles enveloppes 34 et 35 de façon à maintenir la tempéraúre de fonctionnement qu'on désire dans le récipient 30.
La partie inférieure de l'a portion conique 32 communique avec un trans
porteur hélicoïdal 36 faisant sortir la matière fil
trante chargée d'impuretés.
Une conduite axiale, d'admission de gaz 38 se dirige de haut en bas Idans la portion cylindrique supérieure 31 et se termine à peu près Qau 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'admis- sion 38.
La portion inférieure 45a 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'ladmislsion 38.
Des ailebtes 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 Ide protection et sur la surface intérieure de la conduite 38. Les ailettes 48 idu 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.
Un bras 50 fixé sur l'extrémité inférieure de l'arbre 39 ponte 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 nouvelles surfaces des particules de la matière filtrante en contact avec le gaz chargé d'impuretés, qui vient initialement en contact avec elle en sortant par l'extrémité inférieure de la conduite 38.
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 cantal de passage annulaire entourant la portion supérieure de la conduite 38 et, 'par suite, alimente un courant annulaire Ide matière filtrante autour dé la conduite 38 dans le récipient 30. Le tuyau 'd'alimentation 54 comporte une Idowble enveloppe d'échange de chaleur 55 sur toute sa longueur et sa portion inférieure 54a comporte aussi une dou ble 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 feprésen- tés, font circuler le fluide d'échange Ide chaleur arrivant dans la double enveloppe 57 et en sortant. Le tuyau d'alimentation 54 est fermé à une extrémité par un couvercle 59 qui comporte également une double enveloppe 60 alimentée par un fluide d'échange ide 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 approprée. L'acier doux es't un matériau de construction approprié ilors- que le filtre fonctionne à une température inférieure à environ 5000 C mais, si on désire faire fonctionner le filtre à une température supérieure à environ 5000 C, lle matériau de construction à choisir Ide 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 sparticulles solides d'im puretés antérieurement contenues dans le courant de gaz. Lorsque la matière filtrante consiste en coke, celle qui sort de la partie inférieure du récipient 30 et est chargée d'impuretés peut être chargée dans un four d'agglomérastion ou de réduction servant à préparer l'alliage d'aluminium carbothermique, obtenu par réduction directe de la bauxite par le coke, en recueillant ainsi l'aluminium et le carbone.
Le bras 50 et les pointes 51 qui maintiennent une cavité conique dans la matière filtrante peuvent être remplacés par une plaque perforée ou un tamis, mais on donne la préférence au bras et laux pointes.
L'exemple suivant indique de quelle manière l'appareil décrit est utilisé pratiquement. On cons trust en vraie grandeur un prototype industriel du filtre des fig. 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 Ide 16,3 kg par heure. Le gaz à filtrer consiste en air arrivant avec un débit de 1,5 m8 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 ide chaque essai est de 24 heures et tous les essais s'effectuent 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 Nos 2 et 3.
Au cours des essais, on mélange intimement l'air, la poussière et lle b'rouillard avant de faire venir le mélange en contact avec la surface du coke. On pose un filtre formé par un sac 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 essais et la proportion de poussière 'recueillie est comprise entre 99,93 et 99,96 %.
On construit un autre filtre analogue à couche de coke en mouvement et on le monte dans le tuyau de sortie du gaz d'un récipient de décomposition du mono'chlorure d'aluminium servant à une opération de distillation de sous-halogénure de raffinage de l'aluminium d'une capacité de 45,3 kg/h d'aluminium raffiné. Le filtre fonctionne d'une manière sa tisfaisante et empêche les tuyaux de sortie du gaz partant du récipient de décomposition de s'obstruer.
Le filtre élimine 422 kg de matière solide de 72 500 kilos Ide gaz sortant du récipient de décomposition et le rendement obtenu est, en principe, de 100 %.