CH459961A - Appareil pour effectuer des réactions chimiques dans une masse fluide des particules - Google Patents

Description

  
 



  Appareil pour effectuer des réactions chimiques dans une masse fluide des particule
 La présente invention a pour objet un nouvel appareil capable d'effectuer des réactions chimiques nécessitant un grand apport de chaleur à l'intérieur d'une masse fluide de particules, dans laquelle les substances intervenant dans la réaction présentent une viscosité temporaire provoquant l'agglomération des particules. appareil dans lequel les températures requises ont une valeur telle qu'il est impossible d'utiliser des parties métalliques venant en contact avec la masse fluide.



  L'appareil peut être de diamètre élevé; les réactions se produisant alors à grande profondeur au sein de la masse fluide de particules, il est nécessaire de prévoir un apport d'air élevé, la turbulence horizontale dans la masse n'étant pas suffisante pour effectuer le mélange nécessaire du combustible et de l'air à l'intérieur de la masse. L'agencement de cet appareil permet un apport suffisant de chaleur en consommant le combustible de façon   stcechiométrique    ceci en réglant l'apport d'oxygène dans la masse et sans brûler beaucoup de combustible au-dessus de la masse.   I1    en résulte que l'on obtient un développement de chaleur maximum à l'intérieur de la masse ceci avec un débit élevé et un bon rendement du combustible.



   Cet appareil peut être utilisé pour effectuer différents types de réactions, tels que le traitement des matériaux bruts pour l'obtention de ciment Portland et la défluorination de minerais de phosphate.



   Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil destiné à la production de ciment.



   La fig. 1 représente une coupe verticale de l'appareil.



   La fig. 2 est une coupe verticale selon la ligne 2-2 de la fig. 1.



   La fig. 3 est une vue en coupe partielle de la grille.



   L'appareil représenté au dessin comprend une enceinte 10 formée d'une enveloppe métallique   1 1    pourvue d'une couche réfractaire 12. La partie principale 13 de l'enceinte est de préférence cylindrique et disposée de façon que son axe soit orienté verticalement. Cette partie principale présente une section supérieure conique   I4    conduisant à un conduit d'évacuation 15 pour les gaz d'échappement. L'enveloppe présente, à son extrémité inférieure, une bride intérieure 16 reposant sur des poutres 17 destinées à supporter l'appareil au niveau voulu.



  L'enceinte présente plusieurs conduits 18 destinés à la décharge des produits, ces passages étant constitués par des tubes fixés dans des ouvertures de l'enveloppe et traversant des passages pratiqués dans la couche réfractaire. Lorsque l'enceinte présente plusieurs de ces canaux de décharge, ils sont situés à des niveaux différents et ils peuvent être décalés angulairement autour de l'axe de l'enceinte.



   Ces canaux sont pourvus de clapets 19, de façon à permettre une décharge continue ou intermittente des produits. Si cela est nécessaire, ces canaux peuvent être refroidis à l'eau afin de les protéger contre une température trop élevée. L'extrémité inférieure de l'enceinte est fermée par une grille 20, laquelle supporte un lit 21 de matériaux fluides et est constituée en un matériau céramique supportant des températures élevées. Vue en coupe, la grille se présente en forme d'arche et elle présente une bride périphérique 22 orientée vers le bas.



  Elle présente également de nombreux passages 23 pour l'air, disposés à proximité les uns des autres, et dont le diamètre va en diminuant vers le haut, de préférence à raison de 2 à 4 mm pour 10 cm de long, l'ouverture supérieure de ces passages ayant un diamètre compris entre 9 et 18 mm (entre   3/8    et 3/4 d'inch).



   Un anneau métallique 24 encercle la grille afin de la renforcer. Une chambre 25 de distribution d'air est disposée sous la grille; elle est constituée par une enveloppe métallique 26 recouverte d'une couche isolante 27.



  Cette chambre a la forme d'un cône dont le sommet est  tourné vers le bas et elle présente une ouverture d'admission 28 à son extrémité inférieure, un trou d'homme 28a, et un prolongement 29 présentant une bride 30.



  Cette dernière permet de relier le prolongement à un tuyau d'amenée d'air 31 présentant une bride correspondante 32. La chambre de distribution d'air présente plusieurs consoles 33 disposées sur des consoles semblables 34 fixées à des colonnes 17 destinées à supporter la chambre. L'enveloppe 26 de la chambre s'étend au-dessous de la bride 22 de la grille, de façon que cette dernière soit également supportée par les colonnes.



   Le matériau brut est introduit dans le lit disposé sur la grille à travers plusieurs tuyaux d'alimentation 35, traversant l'enveloppe de la chambre de distribution d'air ainsi que cette dernière pour se terminer dans des ouvertures que présente la grille. Le nombre de tuyaux d'alimentation dépend du diamètre de l'appareil, un seul tuyau d'alimentation pouvant être disposé au centre de la grille dans le cas d'un appareil de faible diamètre.



  L'appareil représenté comprend 4 tuyaux de faible diamètre. L'appareil représenté comprend 4 tuyaux d'alimentation, ce qui est un nombre convenable pour un appareil de diamètre moyen, compris entre   5,40m    et   6 m.      Les - tuyaux    sont espacés angulairement de façon régulière à raison d'un par cadran de la grille.



   Dans tous les cas les tuyaux d'alimentation sont disposés dans le centre de la grille, à au moins 1,20 m de la paroi de l'appareil. Au début d'une opération, la masse fluide est disposée sur la grille de l'appareil en utilisant le tuyau 36 traversant la partie conique 14 de l'appareil et pourvu d'une soupape de commande 37.



   Le combustible est introduit à travers le lit par plusieurs tuyaux 38 traversant l'enveloppe de la chambre de distribution d'air et la chambre elle-même et venant se terminer dans des ouvertures que présente la grille.



  Afin que toutes les parties du lit soient convenablement alimentées en combustible, le nombre de tuyaux est relativement élevé, ce nombre dépendant du diamètre de l'appareil, de l'épaisseur du lit, et du type de combustible utilisé. Ainsi, un appareil alimenté par du gaz comprendra un tuyau d'alimentation pour tous les 72 à 90 dm2 de la surface de la grille, lorsque la profondeur du lit est de 1,80 m. Lorsque l'appareil comprend un lit de même épaisseur, mais alimenté avec de l'huile, le nombre de tuyaux est plus petit; on pourra normalement prévoir un tuyau pour tous les 135 à   270 due    de la surface de l'appareil.

   Lorsqu'on utilise des combustibles solides pulvérisés, tels que le charbon ou le coke, le nombre de points d'injection du combustible peut être encore diminué, ceci probablement en raison du fait que les particules de combustible solide viennent s'intégrer dans la masse fluide dans laquelle elles sont brassées pendant qu'elles brûlent.



   Lorsque les matériaux et le combustible sont tous les deux constitués par des solides finement divisés, il peut être indiqué de mélanger ces matériaux et de les injecter en un certain nombre de points, par exemple en 8 points pour un appareil de 6 m de diamètre. Cette disposition nécessite un plus grand nombre de points d'injection pour le mélange qu'il ne serait nécessaire pour l'injection du produit à traiter seul, mais elle contribue à éliminer tous ou presque tous les tuyaux d'alimentation du combustible, l'équipement nécessaire pour l'injection du produit à traiter pouvant être utilisé pour injecter le combustible pulvérisé.



   L'appareil représenté comprend 12 tuyaux 38 d'alimentation en combustible, ces tuyaux étant disposés en
 3 groupes concentriques, les éléments du groupe inté
 rieur étant reliés par un conduit circulaire 39 alimenté
 par un tuyau 40 pourvu d'une soupape de commande 41.



   Les tuyaux du groupe moyen sont reliés par un con
 duit 42 alimenté par un tuyau 43 pourvu d'une soupape
 de commande 44 et les tuyaux du groupe extérieur sont
 reliés par un conduit 45 alimenté par un tuyau 46 pourvu
 d'une soupape de commande 47. Lors du fonctionne
 ment, de l'air préalablement chauffé est envoyé à la
 chambre de distribution 25 par le tuyau 31 et les parti
 cules destinées à former la masse fluide sont introduites
 par le tuyau 36.

   L'air, qui peut être préchauffé par la
 chaleur tirée d'un échangeur de chaleur alimenté par les
 gaz d'échappement sortant de l'appareil, a pour effet de
 rendre fluide le lit formé sur la grille, et, lorsque la
 masse atteint la température d'allumage du combustible,
 celui-ci est introduit dans la masse à travers les tuyaux
 38, la quantité de combustible étant progressivement
 augmentée à mesure que la masse devient incandescente.



   Lorsque la température de réaction voulue est atteinte, le
 matériau à traiter est chargé dans la masse par les
 tuyaux   d'aiimertation    35. La profondeur du lit dépend de la quantité de matériaux introduite au début, du taux   d'alimentation,    et de   la-hauteur      au-dessus de    la grille, des
 passages de décharge pour le produit, lesquels passages    sons -   
 Dans des appareils de   diamètre moyen    et grand, par
 exemple, de 4,5 à 15 m, la profondeur de la masse fluide
 peut être de 1,20 à 3 m au maximum, et lorsque les réac
 tions à effectuer nécessitent la distribution de particules
 de grande dimension, comme dans le traitement des
 matériaux bruts pour la production du ciment Portland,
 la défluorination de phosphate, etc.,

   il est nécessaire de
 prévoir un apport d'air intense en vue de maintenir la
 fluidité voulue de la masse formée par les particules.



   Dans ces cas; le gaz qui est ordinairement constitué
 par de l'air enrichi avec de l'oxygène et qui pénètre dans
 la masse à travers la grille, traverse celle-ci en moins de
 2   à-3    secondes et souvent dans une fraction de -seconde.



     Lorsque-    le combustible est injecté dans une telle masse
 fluide à travers la paroi de l'appareil comme cela était le
 cas jusqu'à maintenant, il n'est pas possible d'obtenir
 une combinaison de l'air et du combustible dans la partie
   centrale    la masse. Si le combustible est alimenté à un
 taux   steechiométrique,    la combustion s'effectue avec un
   manque      d?air    dans la région périphérique de la masse et
   Ie    combustible partiellement brûlé, se combine au-des
 sus de la masse, avec l'air sortant du centre de cette-der
 nière, de sorte que des flammes et une - température
 excessive se développent au-dessus de la masse, la cha
 leur développée au sein de cette dernière étant ainsi dimi
 nuée.

   Pour éviter ces conditions, il est nécessaire de
 diminuer le débit d'amenée du combustible de sorte que
 l'air en excès provoque une diminution du rendement du
 combustible et de la capacité de l'appareil. 
 Les mêmes   conditions      défavorables    sont   obtenues-   
 lorsque le   combustibIe    est injecté dans la masse rendue
 fluide en   des¯poirïts tròp    éloignés, de sorte que des
 régions étendues de cette masse ne sont pas alimentées en
 combustible.

   Ces conditions sont toujours celles¯ des
 appareils de   grande    dimension, dans lesquels le-combus
 tible   est-injecté -dans-      la. masse-à    travers les parois de
 l'appareil ou celles des appareils qui ne sont pas pour
 vus   de,      disposit-ifs d'injection    spécialement prévus pour
 obtenir les conditions voulues.



   Dans l'appareil selon la forme d'exécution   décrite,    le
 combustible   est injecté dÅans    la masse rendue fluide, par  le bas de celle-ci et en des points relativement rapprochés, de sorte que le combustible et l'air sont mélangés à l'intérieur de la masse par la turbulence horizontale. Il en résulte que la combustion s'opère presque entièrement à l'intérieur de la masse, même si le débit du combustible est voisin du taux   stoechiométrique,    relatif à l'oxygène contenu dans l'air envoyé dans la masse, de sorte qu'aucune combustion importante ne peut s'établir audessus de la masse.



   On a constaté que, lors du fonctionnement de l'appareil, le matériau compris dans le lit à proximité et en contact avec la paroi de l'appareil est difficilement rendu fluide, mais constitue une masse qui descend graduellement le long de la paroi jusqu'à ce qu'elle atteigne le bas de celle-ci, après quoi ce matériau se déplace sur la grille vers l'intérieur, pour être ensuite mélangé dans la masse fluide. Lorsque la réaction est telle qu'une certaine viscosité, même faible, se développe dans le matériau, entre le moment où il est introduit et le moment où le produit final est formé, la masse descendant le long de la paroi des appareils construits jusqu'à maintenant, cause certaines difficultés.

   Cette viscosité, qui se développe au cours de la réaction, mais qui n'est présente ni dans le matériau introduit, ni dans le produit obtenu, se présente dans un grand nombre de réactions, telles que celles relatives au traitement du matériau brut conduisant à la production de ciment, la défluorination de minéraux de phosphate tout en maintenant un maximum de solubilité des phosphates dans l'eau, etc. Lorsque le matériau situé le long des parois de l'appareil s'agglomère ensemble ou avec la paroi, ce matériau est immobilisé. Ainsi la partie fluide du lit peut se retirer progressivement vers le centre, de sorte qu'un fonctionnement convenable n'est plus possible.



   Les difficultés provoquées par l'apparition de la viscosité dans la masse fluide sont résolues dans la forme d'exécution   décrite    en chargeant les matériaux à traiter à travers la grille et en un ou plusieurs points disposés vers le centre de la grille et à une certaine distance de la paroi de l'appareil, cette distance étant d'au moins 1,20 m. Lorsque le matériau a été introduit, il se déplace vers le haut dans le sens général du courant des particules, ceci depuis la grille et à travers la masse, et une fois arrivé au sommet de la masse, les particules se déplacent vers l'extérieur contre la paroi et ensuite vers le bas en direction de la grille, d'où un écoulement vers le centre de la grille se produit.



   Bien que la matériau situé à proximité de la paroi devienne partiellement ou entièrement défluidisé, en raison de la tendance du gaz de ventilation à se déplacer vers l'axe du lit et de l'effet de rétention effectué par la paroi elle-même, dans la forme d'exécution décrite, les matériaux introduits à travers la zone centrale de la grille et à une certaine distance de la paroi, doivent parcourir la distance correspondant à la traversée du lit et au déplacement centrifuge vers la paroi avant de venir s'agglomérer dans le matériau descendant le long de la paroi. Lors de ce mouvement ascendant et centrifuge des matériaux, ceux-ci accomplissent et terminent leur passage par l'état visqueux de sorte que l'agglomération du matériau et son adhésion à la paroi est réduite ou éliminée.



   Il est important pour un fonctionnement correct du lit de l'appareil, que les gaz d'aération passent de façon uniforme à travers la grille, ce résultat étant obtenu dans la forme d'exécution décrite, en construisant cette grille de façon qu'une chute de pression de l'ordre de 25 % ou plus de la pression statique de la masse fluide soit nécessaire pour forcer les gaz à travers la grille. Cette chute de pression a pour résultat de diminuer les effets provoqués par les variations momentanées de la pression statique dans n'importe quelle zone de la grille et dus à la turbulence élevée des solides rendus fluides, ceci particulièrement lorsque le taux d'aération est élevé et que les particules sont de grande dimension.



   L'établissement, dans l'appareil décrit, de passages d'air dont le diamètre va en diminuant vers le haut, présente de nombreux avantages. Lors de la réaction, les particules peuvent facilement s'agglomérer et, au début, ces particules ne sont que faiblement liées, la force de liaison croissant avec le temps. Ces agglomérations tendent à se déplacer dans la masse à proximité de la grille, et la vitesse élevée des jets d'air pénétrant dans la masse à travers les passages effilés, désagrège ces agglomérations et les écarte de la grille en les sollicitant vers le haut à travers la masse, de sorte que les morceaux agglomérés peuvent atteindre les passages pour décharger le produit.



   L'amincissement vers le haut des trous d'aération prévus à travers la grille empêchent ceux-ci de se boucher, ce qui se produit avec les trous conventionnels de diamètre uniforme, lorsque le débit du fluide d'aération diminue ou s'interrompt momentanément comme c'est le cas lorsque la puissance diminue ou pour d'autres raisons. De plus, le diamètre des trous croissant vers le bas, permet de retirer la masse fluide située sur la grille à travers celle-ci et à travers la chambre 25 par le trou d'homme 28a, lorsque le fonctionnement de l'appareil doit être interrompu.
  

Claims (1)

1. REVENDICATION Appareil pour effectuer des réactions chimiques, nécessitant un grand apport de chaleur, dans une masse fluide de particules, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte présentant un échappement pour les gaz à son sommet et une couche réfractaire, une chambre de distribution d'air disposée sous l'enceinte, une grille en matériau réfractaire destinée à supporter une masse de particules solides et séparant l'enceinte de ladite chambre, la grille présentant plusieurs passages reliant la chambre et l'enceinte, au moins un orifice de décharge des produits disposé dans la paroi latérale de l'enceinte, des moyens pour envoyer de l'air sous pression dans la chambre d'où il passe dans l'enceinte à travers les passages de la grille,

   des moyens pour introduire un combustible dans l'enceinte à travers la grille et en plusieurs points distribués sur la superficie de la grille, et des moyens pour introduire de la matière première dans l'enceinte, ceci à travers une partie centrale de la grille située à une distance sensible de la paroi latérale de l'enceinte.

   SOUS-REVENDWATIONS 1. Appareil selon la revendication, caractérisé en ce que le diamètre des passages va en diminuant vers le haut.

   2. Appareil selon la sous-revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre des passages d'air va en diminuant à raison de 2 à 4 mm par 10 cm de longueur et en ce que le diamètre supérieur des passages est compris entre 9 et 18mm.

   3. Appareil selon la sous-revendication 1, caractérisé en ce que l'air est envoyé à une pression telle et la grille est construite de façon telle qu'une chute de pression s'établit dans la grille à raison de 0,03 à 0,15 kg par cm2 de la grille.

   4. Appareil selon la sous-revendication 3, caractérisé en ce que la chute de pression est comprise entre 0,05 et 0,1 kg par cm2 de la grille.

   5. Appareil selon la sous-revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour introduire le combustible dans l'enceinte sont agencés de façon à introduire celuici en des points espacés à raison d'un pour tous les 72 à 270 dm2 de la surface de l'appareil.

   6. Appareil selon la sous-revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour introduire le combustible dans l'enceinte sont agencés de façon à introduire celuici en des points espacés à raison d'un pour tous les 135 à 270 dm2 de la surface de l'appareil.

   7. Appareil selon la sous-revendication 1, caractérisé en ce que les différents passages de sortie du produit sont situés à des niveaux différents au-dessus de la grille.

   8. Appareil selon la revendication, caractérisé en ce que les points de la grille où est introduite la matière première sont espacés d'au moins 1,20m de la paroi latérale de l'enceinte.

   9. Appareil selon les sous-revendications 1 et 8.

   10. Appareil selon la sous-revendication 8, caractérisé en ce que le sommet des passages a un diamètre compris entre 9 et 18 mm.