CH633762A5 - Installation de regeneration de charbon actif. - Google Patents
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Description
La présente invention a donc pour objet une installation de régénération de charbon actif qui résout les problèmes de l'art antérieur par un brassage efficace des particules de charbon dans le réacteur et par une évacuation régulière des gaz réactifs évitant l'entraînement des particules de charbon réactivé.
L'installation de régénération de la présente invention est définie dans la revendication 1.
Les dessins annexés représentent à titre d'exemple un mode de réalisation particulier de l'objet de l'invention.
La fig 1 est une coupe verticale schématique d'une forme préférée de l'installation de l'invention.
La fig 2 est une coupe transversale dans le plan A-A de la fig 1.
La fig 3 est une vue de détail montrant la structure d'une chambre d'échappement du réacteur de régénération.
La fig 4 est une coupe verticale montrant la structure de brassage du réacteur de régénération.
L'installation de régénération du charbon actif comprend une trémie de séchage 1, un réacteur de régénération 2, des tuyauteries de vapeur 4, un refroidisseur 5, un distributeur tournant 6, un four de chauffage 7, une chemise ou enceinte de séchage 8, un système 11 d'évacuation des gaz de combustion, une soufflerie 14 et un convoyeur à vis d'alimentation 22.
On voit sur la fig 1 que le réacteur 2 est monté verticalement dans le four 7 et communique avec la trémie de séchage 1. Le réacteur 2 contient une structure verticale de brassage statique constituée d'une série de déflecteurs hélicoïdaux 3. On peut voir sur la fig 4 que chaque déflecteur 3 forme une demi-tour d'hélice et que les bords des déflecteurs adjacents sont mutuellement perpendiculaires. En pratique, les déflecteurs peuvent être soudés à leurs points de contact.
Plusieurs tuyauteries de vapeur 4 sont reliées à la partie centrale du réacteur 2. L'extérieur de l'enveloppe du réacteur 2 porte en outre une série de chambres annulaires d'échappement E.
La fig 3 est une section verticale de l'une des chambres d'échappement E dont la partie inférieure communique avec le réacteur 2 par des trous EO percés dans l'enveloppe. La chambre E contient trois lits superposés de billes réfractaires dont les lits supérieur et inférieur E2 sont constitués de billes un peu plus grosses que les trous EO. Les billes du lit intermédiaire El sont d'une taille comparable à celle des particules de charbon. Le dessus de la chambre E est fermé par une plaque d'acier perforée E3.
Le four de chauffage 7 est équipé dans ses parties supérieure et inférieure de quatre brûleurs à gaz 16,17,18 et 19, dont deux seulement sont représentés. Les brûleurs 16 et 18 (ou 17 et 19) comportent des buses d'injection orientées tangentiellement par rapport à la surface interne du four de façon que les flammes ne touchent pas directement l'enveloppe du réacteur 2, comme illustré sur la fig 2.
L'enceinte de séchage 8 est montée au-dessus du four 7 dont elle reçoit les gaz de combustion par un conduit 9. Les gaz sont ensuite évacués par un conduit 10 et un extracteur 11. La trémie de séchage 1 est montée au centre de l'enceinte 8.
La trémie 1 reçoit le charbon actif à traiter par un dispositif d'alimentation à vis 22. Un conduit d'aspiration 12 évacue les gaz produits par l'opération de déshydratation. De plus, un conduit 15 amène les gaz produits par le réacteur de régénération dans la trémie. Le niveau du charbon actif est réglé dans la trémie par un détecteur 24 qui commande automatiquement le dispositif d'alimentation 22.
Les gaz produits par le séchage sont recyclés vers le four 7 par le conduit d'aspiration 12, le séparateur à cyclone 13 et la soufflerie 14 pour brûler les produits combustibles.
L'installation comprend encore une cheminée d'évacuation 20, un by-pass 21 pour les gaz chauds et une trémie 23 recevant le charbon actif à traiter.
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L'installation de régénération de la fig 1 fonctionne de la manière suivante.
Le charbon actif à traiter est déversé dans la trémie 23 sous la forme d'une bouillie qui est partiellement déshydratée pendant son transport par la vis 22 qui l'amène à la trémie de séchage 1 (en pratique, la partie supérieure de la trémie 23 peut être en toile métallique pour laisser écouler l'eau libre).
Le convoyeur à vis 22 est commandé automatiquement par le détecteur de niveau 24 de façon à maintenir un niveau sensiblement constant dans la trémie 1, comme illustré sur la fig 1. La trémie 1 est chauffée indirectement à une température de l'ordre de 120° C par les gaz chauds qui s'échappent du four et circulent dans la chemise 8.
Les particules de charbon actif descendent par gravité dans la trémie et entrent dans le réacteur de régénération 2 qui est chauffé par le four 7. En atteignant le premier déflecteur hélicoïdal 3, les particules de charbon se divisent et sont entraînées en un mouvement tournant qui assure un brassage uniforme. En descendant le long dés autres déflecteurs 3, les particules de charbons sont uniformément chauffées pour assurer la décomposition thermique ou pyrolyse des substances adsorbées.
Plus les particules de charbon descendent, plus la température s'élève pour atteindre 850 à 900° C à mi-hauteur du réacteur. A ce niveau, de la vapeur surchauffée est injectée par les tuyauteries 4 et réagit avec le charbon pour gazéifier les carbures des adsorbats les plus difficiles à éliminer. (Le terme de régénération couvre à la fois la décomposition thermique et la gazéification par la vapeur des adsorbats mentionnés plus haut.)
On a vu précédemment que le réacteur 2 était équipé d'un certain nombre de chambres d'échappement E des gaz produits par la décomposition thermique et la gazéification par la vapeur. Ces gaz s'échappent par les trous EO de la paroi du réacteur, comme indiqué sur la fig 3. Normalement, les gaz s'échappant du réacteur devraient entraîner des particules de charbon dans le bas de la chambre E, mais la pression des gaz est sensiblement réduite par la grande section d'échappement de la chambre et les billes réfractaires El et E2 servent de filtre pour retenir les particules de charbon. Dans ces conditions, seuls les produits gazeux s'échappent des chambres E et entrent dans le four 7 où leurs fractions combustibles brûlent.
L'effet de filtre des chambres d'échappement E permet d'injecter une plus grande quantité de vapeur que dans les installations classiques, ce qui améliore l'efficacité de la régénération avec des pertes minimales de charbon actif. Après un refroidissement graduel dans le refroidisseur 5, le charbon réactivé est extrait en quantités contrôlées par le distributeur tournant 6.
On a vu précédemment que le charbon actif à traiter subissait une déshydratation préalable dans la trémie de séchage 1. Le conduit d'échappement 15, qui traverse verticalement la trémie, facilite l'évacuation des gaz et régularise le séchage du charbon. De plus, les produits gazeux malodorants sont recueillis par le conduit d'aspiration 12 pour être recyclés par le séparateur 13 et la soufflerie 14 dans le bas du four 7 où leurs fractions combustibles brûlent. Lorsque ce procédé est appliqué à la régénération du charbon actif qui a été utilisé dans une installation de production de catéchol, le recyclage des gaz dans le four 7 se traduit par une remarquable économie de combustible.
Il est évident que les produits gazeux malodorants issus des réactions de régénération et de l'opération de séchage sont intégralement recyclés dans le four 7 où leurs fractions combustibles brûlent de sorte qu'à la sortie du four les effluents gazeux sont pratiquement exempts de pollution.
L'exemple ci-après concerne une application pratique de l'invention à la régénération du charbon actif. Le réacteur de régénération 2
est une enveloppe cylindrique de 1,50 m de diamètre et de 2,88 de hauteur contenant six déflecteurs hélicoïdaux 3. Cinq chambres d'échappement E sont fixées à la surface extérieure du réacteur 2 et contiennent des billes de porcelaine réfractaire de 6 et 12 mm de diamètre. Le réacteur de régénération est chauffé extérieurement et reçoit du charbon actif utilisé pour le traitement industriel des eaux résiduaires. Le tableau 1 résume les résultats expérimentaux:
Quantité de charbon régénéré : 9 kg/h
Température de régénération : 900° C
Quantité de vapeur injectée : 0,4 kg/kg de charbon
Temps de régénération : 2,3 h
Tableau 1
Charbon actif
Charbon actif
vierge regenere
Rendement (%)
—
96
Capacité d'adsorption du ben
zol (%)
34,6
35,6
Capacité de décoloration du
bleu de méthylène (ml/g)
180
190
Le tableau 2 donne les résultats d'un essai comparatif effectué sur un réacteur de régénération de mêmes dimensions équipé de six déflecteurs inclinés de conception classique.
Tableau 2
Charbon actif
Charbon actif
vierge regenere
Rendement (%)
—
90,1
Capacité d'adsorption du ben
zol (%)
34,6
30,1
Capacité de décoloration du
bleu de méthylène (ml/g)
180
170
Le tableau 3 illustre l'effet du système de dessiccation de la présente invention.
Tableau 3
Quantité régénérée
9 kg/h
9 kg/h
sans dessiccateur avec dessiccateur
Consommation de com
bustible
2,4 m3/h
1,8 m3/h
Température des gaz
d'échappement
750° C
330° C
Température du four
970° C
970° C
Température de la trémie
de séchage
120° C
120° C
Rendement thermique
23,2%
30,9%
Combustible: propane gazeux (pouvoir calorifique = 24,16 th/m3) N.B: Les volumes de combustible sont donnés en mètres cubes normalisés.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
R
1 feuille dessin
Claims (5)
1. Installation de régénération de charbon actif comprenant un réacteur de régénérateur monté verticalement dans un four de chauffage, caractérisée en ce que le réacteur comprend une série longitudinale de déflecteurs hélicoïdaux occupant pratiquement toute la hauteur du réacteur de régénération, des injecteurs de vapeur d'eau sensiblement à mi-hauteur du réacteur, et des chambres d'échappement fixées à la surface extérieure de l'enveloppe du réacteur, chaque chambre communiquant dans sa partie inférieure avec l'intérieur du réacteur par des trous percés dans l'enveloppe de ce dernier.
2. Installation de régénération selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque déflecteur hélicoïdal forme une demi-spire d'hélice, les déflecteurs adjacents étant disposés de manière que leurs bords soient perpendiculaires et fixés à leurs points de contact.
2
REVENDICATIONS
3. Installation de régénération selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque chambre d'échappement est remplie de billes réfractaires disposées en trois lits, les lits supérieur et inférieur étant constitués de billes légèrement plus grosses que les trous d'échappement et le lit intermédiaire étant constitué de billes d'un diamètre voisin de celui des particules de charbon.
4. Installation de régénération selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une enceinte de séchage montée au-dessus du four de façon à recueillir ses gaz de combustion chauds, et une trémie de séchage montée à l'intérieur de ladite enceinte de façon à communiquer avec le haut du réacteur de régénération.
5. Installation de régénération selon la revendication 4, caractérisée en ce que la trémie de séchage contient un conduit d'échappement des gaz dégagés par l'opération de séchage, ledit conduit s'ouvrant dans le réacteur au voisinage de l'extrémité supérieure de la série longitudinale de déflecteurs hélicoïdaux.
Actuellement, le charbon actif utilisé à l'échelle industrielle est régénéré dans des installations verticales de petite taille. Une telle installation est constituée d'un réacteur de régénération monté dans un four vertical et le fonctionnement est le suivant: le charbon actif utilisé est introduit par le haut dans le réacteur, où il descend par gravité dans des zones de plus en plus chaudes. Pendant ce temps, les substances adsorbées sont décomposées par la chaleur et des gaz réactifs sont injectés pour favoriser la régénération du charbon actif. Les particules de charbon réactivé sont régulièrement extraites au bas du réacteur de régénération.
Une telle installation doit assurer un brassage des particules de charbon actif utilisé pour qu'elles subissent un chauffage uniforme en descendant dans le réacteur. L'efficacité de la régénération est cependant limitée, car on ne peut pas injecter de grandes quantités de gaz réactifs sous peine d'entraîner les particules de charbon actif à contre-courant. Pour résoudre ce problème, il faudrait pouvoir évacuer régulièrement les gaz qui ont réagi sans disperser ni entraîner les particules de charbon actif.
Pour tenter de résoudre le problème mentionné ci-dessus, diverses améliorations ont été apportées aux installations de régénération classiques. Ainsi, pour favoriser le mélange intime des particules de charbon et des gaz réactifs, on a réalisé un écoulement en cascades en fixant des plaques annulaires fortement inclinées en alternance à l'intérieur de l'enveloppe du réacteur et à l'extérieur d'un tube cylindrique central. On a également percé des trous de circulation d'air dans l'enveloppe du réacteur et dans le tube central.
Dans les installations de régénération verticales classiques, le brassage des particules de charbon actif est loin d'être parfait,
surtout dans la zone centrale du réacteur où la température est sensiblement différente de celle qui règne dans la zone périphérique. De plus, l'écoulement des gaz réactifs est relativement turbulent à la sortie du réacteur, ce qui limite le débit admissible et, par conséquent, l'efficacité de la régénération. En effet, si la vitesse et la turbulence sont excessives, les particules de charbon réactivé ont tendance à être entraînées par les gaz, d'où une augmentation des pertes.
En définitive, le rendement et l'efficacité de la régénération dépendent pour une large part de l'homogénéité du brassage des particules et de l'évacuation sans turbulences des gaz qui ont réagi.
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