FR2508155A1 - Procede et appareil pour le refroidissement d'un courant de fabrication chaud charge de particules - Google Patents

Abstract

CE PROCEDE CONSISTE A REFROIDIR UN COURANT GAZEUX CHAUD DE FABRICATION CHARGE DE PARTICULES EN VUE DE SON TRAITEMENT PAR FILTRATION SUR TISSU, EN ENVOYANT CE COURANT A TRAVERS UN CONDUIT 20 EN FORME DE VENTURI ADAPTE POUR PROVOQUER L'ACCELERATION DU COURANT A UN NOMBRE MACH D'AU MOINS ENVIRON 0,25. UNE PLURALITE DE COURANTS D'EAU LIQUIDE SONT INTRODUITS PAR UN MOYEN 27 TRANSVERSALEMENT DANS LE COURANT DE FABRICATION, DANS LA REGION DE L'ETRANGLEMENT DU VENTURI 20, LE DEBIT DE L'EAU TOTALE AINSI INTRODUITE ETANT SUFFISANT POUR REFROIDIR LE COURANT DE FABRICATION A LA TEMPERATURE DESIREE. LE COURANT DE FABRICATION REFROIDI PEUT ENSUITE ETRE ENVOYE DANS UN DISPOSITIF DE FILTRATION EN TISSU OU LA SEPARATION DU COMPOSANT PARTICULAIRE D'AVEC LE COMPOSANT GAZEUX EST EFFECTUEE.

Description

Procédé et appareil pour le refroidissement d'un

courant de fabrication chaud-chargé de particules.

La présente invention concerne à grands traits le refroidissement de courants de fabrication chargés de particules, et concerne plus particulièrement un procédé intégré et des moyens pour refroidir des courants de fabrication chauds

chargés de particules et la séparation des charges particu-

laires d'avec ces courants, par filtration sur tissu.

Dans un grand nombre de procédés industriels, les

produits ou les sous-produits sont obtenus sous forme de parti-

cules en suspension, c'est-à-dire sous la forme d'un composant solide formé par une matière en particules, entraîné dans un composant chaud formé par un courant gazeux Par exemple, les noirs de carbone au four sont obtenus par la décomposition

thermique et/ou par la combustion partielle de charges d'ali-

mentation hydrocarbonées et sont normalement obtenus d'abord sous la forme d'un aérosol ou d'une suspension du produit particulaire que constitue le noir de carbone dans les gaz de carneaux chauds constituant les sous-produits Le courant de fabrication de noir de carbone est éteint dans le réacteur de formation du noir de carbone pour terminer la réaction de formation du carbone, il est ensuite refroidi puis traité par filtration sur tissu afin de recueillir le produit noir de carbone Quelques autres procédés industriels exemplaires dans lesquels un courant de fabrication chaud chargé de particules est refroidi puis soumis à la filtration sur tissu et auxquels la présente invention peut être appliquée avec de bons résultats sont: le traitement des gaz de carneaux des centrales d'énergie chauffées au charbon avant de séparer de ces gaz les charges particulaires par filtration, le refroidissement des courants de calcination du ciment obtenu dans le procédé par voie sèche, le refroidissement des courants contenant des poussières de minerai ou de roche calcinés, et procédés

similaires.

Spécifiquement, les procédés industriels de filtra-

tion sur tissu impliquent le passage du courant gazeux chargé de particules à travers un ou plusieurs éléments filtrants poreux en tissu ou en toile, lesdits éléments ayant une porosité ou une facilité de passage, choisies, qui est en même temps

suffisante pour laisser le composant gazeux du courant de fa-

brication traverser le filtre tout en étant insuffisante pour laisser passer le composant particulaire En conséquence, le composant particulaire est séparé du composant gazeux et se dépose sur la face amont ou collectrice des éléments filtrants

en tissu Des moyens sont habituellement prévus afin de faci-

liter l'élimination de la charge particulaire des éléments filtrants, telle que la repressurisation périodique ou l'inversion du passage du courant gazeux, le secouage ou la vibration mécanique des éléments, et moyens similaires La charge particulaire ainsi séparée est généralement conduite dans une trémie collectrice et retirée périodiquement de cette

trémie pour être emballée et/ou pour subir un traitement ulté-

rieur tel qu'il peut être désiré ou nécessaire pour obtenir un produit fini particulaire Dans la fabrication industrielle du noir de carbone au four, ce qu'on appelle le noir de carbone "duveteux", recueilli à partir du dispositif filtrant à tissu, peut être soumis à des traitements ultérieurs tels que: la réduction en boulettes par voie humide; la réduction en boulettes par voie sèche; le compactage; la calcination; l'oxydation superficielle avec l'air, l'ozone ou les acides minéraux; le broyage, avec broyeur à barreaux, broyeur à marteaux ou broyage avec l'énergie d'un fluide; le traitement avec des tensio-actifs, des huiles ou des émulsions d'huiles

et traitements similaires.

Les matières constituant le tissu utilisé pour fabriquer les éléments filtrants sont habituellement constituées par des fibres textiles tissées ou non tissées, telles que les fibres de verre, de coton, de laine, de polyamide, de polyester,

de polytêtrafluoroéthylène ou de mélanges de ces produits.

Lesdites matières sont transformées ou cousues en les formes géométriques nécessaires au dispositif de filtration à tissu particulier, utilisé Un dispositif de filtration communément utilisé est ce qu'on appelle le "filtre à sac", dont les

éléments de filtration sont de forme tubulaire allongée.

D'autres dispositifs filtrants à tissu connus utilisent des éléments filtrants en tissu sous la forme d'enveloppes, de

feuilles, de courroies ou de disques Certains autres dispo-

sitifs de filtration en tissu connus utilisent des éléments de filtration en tissu qui sont essentiellement sans forme, la matière filtrante en tissu étant purement et simplement utilisée sous la forme d'un garnissage ou d'une charge pcur un élément en forme de cartouche à travers lequel le courant de

fabrication chargé de particules est envoyé.

Toutefois, quel-que soit le dispositif filtrant en tissu particulier utilisé, il est essentiel que le courant de fabrication chargé de particules qui y est envoyé ait une température qui ne soit pas assez élevée pour être dangereuse pour les éléments de filtration en tissu de ce dispositif De même, cependant, il est également important que la température

du courant de fabrication envoyé dans le dispositif de filtra-

tion soit suffisamment élevée pour maintenir l'atmosphère se trouvant dans le dispositif au-dessus du point de rosée du constituant gazeux du courant de fabrication, pour diminuer

ainsi la séparation par condensation des produits condensables.

Naturellement, si on nie maintient pas le premier critère de la température, on raccourcit excessivement la durée de vie de l'élément filtrant en tissu Si on ne maintient pas le dernier critère de température, cela peut conduire à recueillir un produit particulaire altéré et/ou humide et au colmatage des éléments filtrants en tissu Dans le cas des opérations pour le noir de carbone au four, la collecte du noir de carbone humide dans le dispositif filtrant en tissu non seulement affecte défavorablement l'efficacité du stade de la collecte, mais peut également affecter défavorablement le rendement et la qualité des opérations ultérieures de finition, telles que la réduction en boulettes, le compactage ou le traitement chimique ultérieur du noir de carbone recueilli, et la qualité et l'uniformité

du produit noir de carbone fini résultant.

Bien qu'il soit possible de refroidir un courant de fabrication chaud chargé de particules dans les critères de températures mentionnés cidessus au moyen d'échangeurs de chaleur indirects, il existe le problème du fonctionnement

efficace et économique de ces échangeurs de chaleur Norma-

lement, les températures envisagées pour un courant de fabrication chargé de particules, à traiter par filtration sur tissu vont d'environ 1490 C à environ 371 'C L'échange indirect de chaleur n'est généralement un procédé économi- quement justifiable d'extraction de la chaleur seulement quand la chute de température à obtenir est relativement grande, par exemple de l'ordre de 300 'C ou plus et quand le courant de

fabrication chaud à refroidir est à une température sensi-

blement supérieure à environ 5380 C Ainsi, par exemple, pour refroidir un courant de fabrication chargé de particules se trouvant à 5380 C à environ 2600 C par une technique d'échange thermique indirect, il faut généralement un équipement important et onéreux, dont les économies de fonctionnement ne sont pas généralement justifiées même en supposant qu'on décompte complètement l'énergie calorifique extraite De plus, l'équipement d'échange thermique indirect est habituellement adapté pourdes opérations dans des conditions de fonctionnement relativement statiques et est par conséquent habituellement mal adapté pour un contrôle raisonnablement précis en réponse aux conditions de fonctionnement variables Par conséquent, en vue de ces déficiences précédentes, il est de pratique courante dans les opérations industrielles chimiques d'extraire d'abord et de décompter autant de chaleur extraite du courant chaud de fabrication, par échange thermique indirect, qu'il est économiquement faisable et d'éteindre ensuite le courant de

fabrication à des températures de filtration sur tissuappro-

priées en y atomisant de l'eau liquide.

Cette extinction du courant de fabrication à des températures de filtration sur tissu,appropriéesest normalement entreprise par atomisation sous pression ou par atomisation bi-fluide de l'eau liquide dans le courant de fabrication en un certain point relativement loin en amont de l'entrée du courant refroidi darsle dispositif de filtration sur tissu L'atomisation qui est opposée à la pulvérisation, est entreprise afin de

former'de très petites gouttelettes qui, naturellement, s'é-

vaporent plus rapidement que les gouttelettes relativement

plus grandes produites par les techniques ordinaires de pulvé-

risation Le conduit assez long placé entre le point d'atomi-

sation de l'eau de refroidissement dans le courant de fabri-

cation et le dispositif de filtration est prévu afin d'assurer un temps adéquat pour que latomisat d'eau liquide s'évapore complètement avant l'entrée du courant de fabrication refroidi dans le dispositif filtrant-à tissu Bien entendu, il est clair que si l'évaporation n'a pas lieu complètement, l'eau liquide dans le courant de fabrication peut amener des difficultés similaires à celles qui ont été indiquées précédemment en ce qui concerne la condensation du composant gazeux du courant

de fabrication dans le dispositif filtrant à tissu.

La raison sur laquelle on s'appuie pour obtenir une durée de séjour relativement assez longue après l'atomisation de l'eau liquide réfrigérante dans le courant de fabrication réside dans le fait que d'après les connaissances approfondies de l'auteur de la présente invention, sur le sujet, ni la technique d'atomisation bi-fluide, ni la technique d'atomisation

sous pression couramment utilisées dans les opérations indus-

trielles ne se prêtent elles-mêmes à la réalisation des goutte-

lettes de dimension très petite dans une gamme de conditions opératoires suffisamment larges quant à garantir une évaporation de celles-ci uniformément rapide et complète dans le courant de fabrication Dans l'atomisation sous pression, l'eau est forcée à travers une buse ayant un orifice rétréci et la puissance à laquelle l'eau injectée est brisée en gouttelettes, et la diiension moyenne des gouttelettes ainsi obtenues, dépendent largement de la taille de l'orifice de la buse d'atomisation et de la chute de pression réalisée à travers cet orifice A son tour, le débit de l'eau à travers un orifice de dimensions données est naturellement fonction de la chute de pression, plus la chute de pression est élevée, plus grand

est le débit Une petite variation dans un quelconque des para-

mètres précédents a un effet très profond sur l'uniformité et la dimension des gouttelettes obtenues Pour la plupart des installations industrielles d'usines chimiques, la dimension de l'orifice d'une buse pour atomisation sous pression, donnée, peut être considérée comme un paramètre invariable Cependant, ce n'est pas normalement le cas en ce quiconcerne les débits

et les chutes de pression Dans les opérations à l'échelle indus-

trielle, la pression et le débit en ligne de l'eau et la tempé-

rature et le débit du courant de fabrication à éteindre varient normalement d'une façon considérable Si la température et/ou le débit du courant chaud de fabrication sont altérés, tels que dus à des changements dans les conditions du réacteur afin de

modifier les propriétés du produit, il est généralement néces-

saire de modifier également le débit de l'eau d'extinction

atomisée dans le courant de fabrication afin d'obtenir la tem-

pérature envisagée désirée en vue du traitement de filtration sirtissu de ce courant Ainsi, des variations considérables dans la pression de l'eau délivrée à la buse d'atomisation peuvent se produire incidemment ou volontairement et peuvent conduire à des périodes de fonctionnement du procédé pendant

lesquelles les buses d'atomisation sous pression ni ne fonction-

nent, et ni ne peuvent être manoeuvrées jusqu'aux chutes de pression et jusqu'à leur débit pour lesquelles elles sont conçues Dans ces conditions, les gouttelettes produites par les techniques d'atomisation sous pression peuvent être beaucoup plus grandes et l'uniformité des gouttelettes diminue, nécessitant ainsi d'augmenter sensiblement les durées de séjour dans le courant de fabrication éteint afin d'y assurer une

évaporation complète de l'eau Les buses d'atomisation bi-

fluides utilisent un gaz moteur pour briser un courant d'eau en très petites gouttelettes dans la buse et pour projeter lesdites gouttelettes, entraînées dans le gaz moteur, dans le courant gazeux de fabrication Afin de fonctionner efficacement, ces buses bi-fluides utilisent généralement des débits en volume relativement grand du gaz moteur, lequel n'est pas

normalement disponible intrinsèquement sur le lieu de L'instal-

lation et lequel, dans un cas quelconque, représente une charge gazeuse supplémentaire dans le courant de fabrication qui doit être traité en dernier ressort par le dispositif de filtration

en tissu se trouvant en aval.

Afin d'avoir une durée de séjour maximum de l'eau d'extinction atomisée sous pression, ou par buse bi-fluide, dans le courant de fabrication, il est courant, comme mentionné, d'interposer un conduit de gros volume ou ce qu'on appelle une colonne montante" entre le point d'atomisation de l'eau d'extinction dans le courant de fabrication et le dispositif de filtration en tissu Dans oes conditions,selon lesquelles la dimension d&s gouttelettes de l'eau d'extinction atomisée est relati- vement grande, la vitesse d'évaporation de ces gouttelettes

peut être réduite considérablement dans le courant de fabri-

cation traversant la colonne montante Dans les opérations

concernant le noir de carbone aufour, ces vitesses d'évapo-

ration réduites peuvent conduire à des occasions accrues de mouillage et d'agglomération du composant particulaire du courant de fabrication dans la colonne mnntante et à la collecte du produit noir de carbone contenant des quantités importantes d'agglomérats durs grossiers De plus, étant donné le fait que le courant de fabrication peut souvent être fortement corrosif, il faut souvent construire le conduit constituant la colonne

montante également en alliage onéreux résistant à la corrosion.

Néanmoins, la nécessité d'éviter la présence de liquides dans le dispositif de filtration en tissu a jusqu'ici grevé considérablement les coûts imposés par la construction et le fonctionnement d'une colonne montante de grand volume en alliage résistant à la corrosion précédent ce dispositif et par

le risque de rencontrer le phénomène ci-dessus de l'agglomé-

ration du composant particulaire dans la colonne montante, et, jusqu'à l'avènement de la présente invention, l'industrie

a accepté malgré elle ces inconvénients afin d'assurer l'éva-

poration complète de l'eau d'extinction introduite dans le courant de fabrication sur une large gamme de conditions

opératoires.

Selon la présente invention, un grand nombre de dif-

ficultés mentionnées ci-dessus sontsoit complètement surmontées,

soit au moins sensiblement palliées.

Un objet principal de l'invention est la fourniture d'un nouveau procédé pour refroidir un courant gazeux chaud

chargé de particules.

Un autre objet de la présente invention est la fourniture d'un nouvel appareil pour refroidir un courant

gazeux chaud chargé de particules.

Encore un autre objet de la présente invention est la fourniture d'un procédé intégré amélioré pour la séparation du composant particulaire d'avec un courant de fabrication chaud chargé de particules. Encore un objet de la présente invention est la fourniture d'un système intégré amélioré pour la séparation du composant particulaire d'avec le courant de fabrication

chaud chargé de particules.

î O Encore un autre objet de la présente invention est la fourniture d'un procédé et d'un système intégrés améliorés pour la séparation de noir de carbone au four d'avec un courant de fabrication chaud contenant du noir de carbone au four. D'autres objets et avantages de la présente invention

apparaîtront au fur et à mesure de la description.

Selon la présente invention, un courant gazeux chaud chargé de particules est envoyé à travers unconduit en forme de venturi (désigné par la suite simplement par "venturi") ayant une dimension et une géométrie adaptées pour accélérer

le courant de fabrication à un nombre Mach d'au moins 0,25.

Dans l'étranglement du venturi,l'eau liquide est injectée d'une façon sensiblement transversale dans ledit courant gazeux à travers un certain nombre d'orifices libres Par suite du flux énergétique du courant de fabrication aux points ou l'eau

liquide y est introduite, plusieurs courants d'eau sont rapi-

dement fragmentés, désintégrés et brisés en gouttelettes uniformes de dimension relativement petite, extrayant ainsi la

chaleur du courant gazeux par évaporation rapide des gouttelet-

tes d'eau ainsi formées Le courant gazeux ou le courant de fabrication ainsi refroidi est envoyé à travers un dispositif de filtration en tissu, ce qui fait que le composant particulaire

est séparé du composant gazeux.

On va maintenant décrire les dessins ci-annexés sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique décrivant en lignes pleines un appareil réfrigérant selon la présente invention intégré dans une ligne de fabrication type de noir de carbone au four et, en lignes pointillées, un appareil réfrigérant classique de l'art antérieur à échelle

relativement comparable.

La figure 2 est une vue en coupe longitudinale schématique de la réalisation de l'appareil réfrigérant de la

présente invention montré sur la figure 1.

La figure 3 est une vue en coupe longitudinale schématique agrandie d'une partie de l'appareil réfrigérant

montré sur la figure 2.

En se référant maintenant à la figure 1, une ligne de fabrication classique de noir de carbone au four est décrite, comprenant les éléments principaux 1, 9, 14 et 15 Une charge d'hydrocarbures, un combustible pour la combustion et un oxydant gazeux (généralement l'air) sont introduits dans un réacteur 1 pour fabrication de noir de carbone A l'intérieur, le mélange résultant est enflammé et le mélange réactionnel de combustion passe dans une chambre à réaction 5 revêtue de produit réfractaire o les conditions de formation du carbone sont maintenues Conventionnellement, la Température dans la chambre de réaction 5 est maintenue entre environ 1315 'C et environ 1760 'C, la température exacte dépendant au départ des

propriétés désirées pour le produit noir de carbone La régu-

lation de la température dans la chambre de réaction 5 est habituellement réalisée en fournissant au réacteur l'oxydant,

le combustible et la charge d'hydrocarbures dans des pro-

portions convenables 5 La fin de la réaction de formation du carbone est amorcée par ce qu'on appelle l'extinction primaire' dans laquelle de l'eau est pulvérisée à travers une buse 6 dans le mélange réactionnel au fur et à mesure que celui-ci progresse vers la partie aval de la chambre de réaction 5 La vitesse à laquelle l'eau d'extinction est pulvérisée dans le mélange réactionnel est réglée en proportion appropriée de façon à ramener rapidement la température du courant de fabrication à environ 12040 C, ou plus bas Puisque l'énergie thermique contenue dans le mélange réactionnel en ce point du procédé est relativement élevée, l'évaporation rapide de l'eau d'extinction primaire est-intrinsèquement assurée et le fonctionnement de la buse d'extinction 6 n'est pas normalement critique. Le courant de fabrication résultant, comprenant du noir de carbone en suspension dans des gaz de carneaux de fabrication, est ensuite envoyé du réacteur 1 à un échangeur de chaleur 9 indirect dans lequel ledit courant de fabrication est encore refroidi, habituellement jusqu'à une température comprise entre environ 4260 C et 6480 C L'échangeur de chaleur 9 indirect est refroidi d'une façon classique par l'oxydant de combustion utilisé dans le procédé de formation du noir de carbone, pour préchauffer ainsi cet oxydant avant son introduction dans le réacteur 1, et pour récupérer ainsi une quantité importante de la chaleur qui sinon serait perdue et

pour améliorer le rendement thermique du procédé global.

La séparation du noir de carbone d'avec le courant de fabrication est habituellement entreprise dans un dispositif de filtration 15 en tissu, tel qu'un filtre à sac, ce qui fait que le courant de fabrication est envoyé à travers les éléments filtrants poreux en tissu adaptés pour retenir la charge de noir de carbone sur la face amont de ces éléments tout en laissant passer les gaz de fabrication Le produit noir de carbone séparé et recueilli dans le dispositif de filtration en tissu est ensuite emballé, ou sinon traité, comme

discuté plus haut.

Afin de préserver les éléments filtrants en tissu du dispositif 15, il faut d'abord refroidir davantage le courant de fabrication encore relativement chaud sortant de l'échangeur de chaleur 9 indirect, habituellement entre environ

1490 C et environ 3710 C, la température cherchée exacte dépen-

dant largement à la fois du point de rosée du composant gazeux du courant de fabrication et de la stabilité thermique des éléments filtrants en tissu particuliersutilisés dans le

dispositif 15.

Habituellement, dans l'art antérieur, ce refroidis-

sement supplémentaire ou "extinction secondaire" du courant

de fabrication de noir de carbone au four en vue de la filtra-

tion de celui-ci sur tissu est réalisé en envoyant le courant de fabrication refroidi partiellement sortant de l'échangeur de chaleur 9 indirect à travers un conduit vertical assez long et de grand volume ou colonne montante 14 tout en atomisant de l'eau dans la partie de l'extrémité amont de cette colonne A titre de comparaison, ladite colonne montante 14 peut, par exemple, avoir spécifiquement une longueur d'environ -30,48 m, un diamètre d'environ 1,524 m et sera généralement construite en un alliage onéreux résistant à la corrosion Sur la partie de l'extrémité amont de la colonne montante 14, sont fixées

une ou plusieurs buses d'atomisation 16 sous pression ou bi-

fluides à travers lesquelles l'eau d'extinction est atomisée dans le courant de fabrication à une vitesse suffisante pour refroidir le courant de fabrication à la température visée choisie La partie allongée de la colonne montante 14 existant en aval des buses 16 est prévue largement en vue d'assurer une durée de séjour suffisante du courant de fabrication éteint qui s'y trouve de façon à compléter l'évaporation de l'atomisat d'eau d'extinction avant l'entrée du courant de fabrication dans le dispositif de filtration 15 en tissu Pour toutes sortes de raisons, les gouttelettes d'eau atomisées doivent être d'une dimension relativement grande, disons de l'ordre d'environ 300 x 10 î 6 m ou davantage, la vitesse d'évaporation

de ces gouttelettes dans le courant de fabrication sera rela-

tivement faible, créent ainsi une occasion significative d'un contact important du noir de carbone, le composant particulaire en suspension, avec l'eau liquide pendant le passage du courant de fabrication dans la colonne montante 14 Comme mentionné précédemment, si un tel mouillage des particules de noir de carbone se produit, les particules mouillées peuvent ensuite

se heurter entre elles pour former des agglomérats grossiers.

Egalement, les particules de noir de carbone mouillées peuvent entrer en contact avec les parois de la colonne 14, provoquant une augmentation et la formation d'un gâteau de noir de

carbone sur ses parois.

Selon la présente invention, en se référant main-

tenant aux parties en lignes pleines de la figure 1 et des figures 2 et 3, généralement, et sur toutes les figures,les mêmes références se rapportent aux mêmes structures, le courant de fabrication relativement chaud chargé de particules sortant de l'échangeur de chaleur 9 indirect est envoyé à travers un conduit 20 en forme de venturi ayant une géométrie et une forme apte à accélérer ledit courant à un nombre Mach

d'au moins environ 0,25 dans l'étranglement 24 du venturi.

Par "nombre Mach", on désigne le quotient numérique sans dimension de la vitesse réelle du courant de fabrication divisé par la vitesse locale du son dans ledit courant Ainsi, le nombre Mach du courant de fabrication dépend à la fois de la

température et de la composition et peut être facilement dé-

terminé pour une quelconque série donnée de circonstances en prenant la température et la composition du courant de fabrication particulier considéré dans son ensemble D'une façon désirable, la dimension et la géométrie du venturi seront choisies de façon à accélérer le courant de fabrication à un nombre Mach d'au moins 0,4 dans l'étranglement

24.

Le venturi 20 comprend une partie amont 22 convergeant relativement rapidement, un étranglement 24 et une partie aval

26 divergeant d'une façon relativement faible Dans la réali-

sation particulière de l'invention montrée sur le dessin, on voit placé au centre, le long de l'axe longitudinal de l'étranglement 24, un tube d'alimentation 25 qui se termine en un bouchon 27 Le tube d'alimentation 25 est fixé en sa position centrale au moyen d'un support 28 saillant de la paroi de la partie 22 convergente du venturi 20 Le bouchon 27 comprend une pluralité d'orifices libres 29 qui sont orientés radialement par rapport à l'axe longitudinal du venturi 20 et à travers ces orifices 29, l'eau liquide d'extinction est introduite sensiblement transversalement

dansle courant de fabrication traversant l'étranglement 24.

La régulation du débit de l'eau d'extinction à travers les orifices 29 peut être réalisée par la combinaison de la valve d'alimentation de l'eau et le régulateur 51 Le régulateur

51 reçoit les données de température du courant de fabri-

cation provenant du thermocouple T 0, placé à la sortie, intègre lesdites données par rapport à une température maximum visée ou fixée choisie au préalable et répond en règlant la valve 50 d'alimentation en eau, selon nécessité, pour

obtenir la température maximum établie du courant de fabri-

cation éteint Puisque la présente invention dépend en premier lieu de l'énergie cinétique du courant de fabrication accéléré pour briser l'eau d'extinction en très petites gouttelettes et pour disperser lesdites gouttelettes dans ledit courant, le ou les diamètre(s) des orifices libres 29 et la pression (ou le débit) à laquelle l'eau d'extinction est fournie dans ledit courant sont sujets à des variations considérables et normalement n'est ou ne sont pas critique(s) en ce qui concerne la réalisation des très petites gouttelettes uniformes

et pouvant s'évaporer rapidement darsle courant de fabrication Cette caractéristique avantageuse de la présente invention est un début

marqué des conditions critiques du fonctionnement normalement concomitant des buses d'atomisation sous pression ou bi-fluides de l'art antérieur D'une façon désirable, le nombre et le ou les diamètre(s) des orifices 29 seront choisis de façon telle, que dans la gamme envisagée des débits de l'eau d'extinction impliqués dans le processus particulier considéré, une pression suffisante soit développée sur chacun desdits orifices 29 afin de projeter le courant d'eau d'extinction résultant, qui en sort, dans le courant de fabrication jusqu'à au moins une petite distance de la surface du bouchon 27 avant que ledit courant d'eau d'extinction soit substantiellement

désintégré et brisé.

L'angle d'ouverture de la partie divergente 26 du venturi 20 n'est pas généralement critique Toutefois, il est préférable queledit angle de divergence soit compris entre environ 6 et environ 140 et, même mieux, entre environ 7 et environ 100 En adoptant ces limites préférées, ladite partie divergente 26 agira généralement comme un diffuseur, pour diminuer ainsi la chute de pression engendrée dans le

venturi 20 pour une accélération donnée du courant de fabri-

cation et pour augmenter la longueur sur laquelle ledit courant de fabrication conserve une vitesse élevée Dans une autre réalisation préférée de la présente invention, au moins la partie divergente 26 du venturi 20 est isolée thermiquement au moyen, par exemple, d'une calorifugeage 30 Ledit calorifugeage sert à diminuer les forces thermiques, entraînant le dépôt, du courant chaud de fabrication, forces qui, sinon, tendraient à produire au moins un certain dépôt du composant particulaire de ce courant sur les surfaces se trouvant immédiatement

en aval de l'étranglement 24.

Dans une autre réalisation préférée de la présente invention, l'extrémité amont de la partie convergente 22 du venturi 20 est alimentée par un conduit 18 de courte longueur contenant des moyens 19 rectifiant le courant La fourniture de ces moyens rectificateurs de courant placée immédiatement avant le venturi 20 diminue les turbulences elles courants tourbillonnaires dans le courant de fabrication au fur et à mesure qu'il se rapproche dudit conduit 20 pour assurer ainsi

une accélération efficace dans celui-ci.

En vue de la désintégration et de l'évaporation extrêmement rapides de l'eau d'extinction introduite dansle courant de fabrication selon la présente invention, le venturi et le conduit 31, qui délimite la communication entre l'extrémité aval dudit venturi 20 et l'entrée du dispositif de filtration en tissu, peuvent être tous deux sensiblement plus compacts, en se basant sur une échelle de traitement identique, que les systèmes d'extinction secondaires du type à colonne montante de l'art antérieur Ceci représente un avantage important en augmentant la pratique de la présente invention puisque, comme indiqué précédemment, les systèmes à colonne montante d'extinction secondaire de l'art antérieur impliquent généralement des appareils ayant des longueurs et des volumes relativement très grands En utilisant le procédé et l'appareil de la présente invention, par exemple, un courant de fabrication de noir de carbone au four du même type envisagé pour dimensionner la colonne montante 14 discutée

précédemment dans la présente description dans le paragraphe

concernant l"'art antérieur", peut être efficacement refroidi à la température visée dans un venturi 20 de la présente invention ayant un diamètre d'entrée et de sortie d'environ 0,8128 m, un diamètre d'étranglement d'environ 0,4064 m et une longueur totale comprise entre environ 3,6576 m et environ 4,572 m En outre, la longueur ou le volume du conduit 31 ne sont dictés sensiblement que par la nécessité d'avoir une

communication étanche pour les fluides, du courant de fabri-

cation refroidi dans le dispositif-de filtration 15 en tissu.

En outre, l'appareil de la présente invention n'a pas besoin d'être orienté verticalement comme dans les colonnes montantes de l'art antérieur, mais de préférence il peut être orienté d'une façon quelconque en se basant d'une façon appropriée sur des considérations d'espace disponible et de montage efficace

de l'installation.

En outre, la présente invention montre sensiblement moins de sensibilité aux variations de températures d'entrée du courant de fabrication que ne le fait la technique à colonne montante de l'art antérieur utilisant la pression d'atomisation de l'eau d'extinction En utilisant le dernier procédé de l'art antérieur, une diminution de la température d'entrée du courant de fabrication envoyé à la colonne montante 14, d'environ 380 C par exemple, diminue le débit de l'eau nécessaire pour être atomisée sous pression dans le courant de fabrication pour atteindre la température visée d'environ 20 % Cependant, si la pression de l'eau est réduite de façon à régler le débit

du courant d'eau en descendant d'environ 20 %, la taille moyen-

ne des gouttelettes d'un jet atomisé sous pression est remar-

quablement augmentée ainsi que le temps de séjour exigé pour évaporer ces gouttelettes plus grosses et le volume du conduit entourant la partie aval, nécessaire pour obtenir cette durée de séjour accrue Cependant, en utilisant le procédé et l'appareil

de la présente invention, une réduction similaire de la tempé-

rature d'entrée du courant de fabrication et une réduction similaire du débit de l'eau d'extinction entratnent seulement

une augmentation relativement mineure de la taille des goutte-

lettes et seulement une augmentation relativement mineure de la durée de séjour nécessaire pour réaliser l'évaporation complète des gouttelettes Donc, contrairement aux systèmes à colonne montante de l'art antérieur, il n'est pas nécessaire de prévoir dans l'appareil de la présente invention une longueur ou un volume supplémentaires pour le conduit aval, ou bien on peut

ne prévoir q u'un petit volume ou qu'une petite longueur, sup-

plémentaires, simplement pour obtenir un amortissement adéquat de la durée de séjour pour avoir une évaporation complète de l'eau d'extinction en réponse aux variations de températures et de débits dans le courant de fabrication et le courant d'eau

d'extinction Egalement, bien que la brisure et la désintégra-

tion de l'eau d'extinction introduite dans le courant de fabrication, du fait de la pratique de la présente invention, peut être désignée comble un type d'atomisation bi-fluide, le gaz moteur pour l'atomisation de l'eau d'extinction n'est pas un diluant externe, le courant de fabrication et le gaz moteur étant une seule et même entité Ainsi, le procédé et le système de la présente invention évitent la dilution ultérieure

du courant de fabrication et la nécessité d'augmenter la capa-

cité de manipulation du gaz du dispositif de filtration 15 en tissu.

Bien que pour illustrer la présente invention, celle-

ci n'ait été décrite précédemment en détail seulement en ce qui concerne la ligne de fabrication du noir de carbone au four,

et seulement en termes de séparation finale du composant parti-

culaire par la filtration sur tissu, il est clair que la présente invention peut être appliquée avantageusement à un

grand nombre d'autres lignes de fabrication chimique dans les-

quelles il est nécessaire de refroidir un courant gazeux chaud

de fabrication contenant des particules solides en suspension.

Egalement, bien que la présente invention ait été décrite précédemment en ce qui concerne certaines de ses

réalisations préférées, il faut noter que la description précé-

dente a été envisagée pour illustrer la nature de l'invention et ne constitue pas une limite de celle-ci Par exemple, bien que 1 ' appareil spécifique montré et décrit comprend un bouchon 27 placé au centre de l'étrangement 24 du venturi 20, bouchon 27 qui sert comme élément final pour l'introduction de l'eau d'extinction dans le courant de fabrication, il-est clair que d'autres dispositifs équivalents à ce dispositif fonctionnel peuvent être réalisés Par exemple, le moyen pour introduire l'eau d'extinction peut également prendre la forme d'un grand nombre d'orifices radiaux pour l'eau d'extinction pénétrant

à travers la paroi enveloppante et placés autour de la péri-

phérie de l'étranglement 24 du venturi 20 Lesdits orifices peuvent ensuite être enveloppés d'un distributeur commun équipé d'une canalisation d'alimentation de l'eau et relié à cette canalisation.

Il doit être bien entendu que la description qui

précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et démonstratif et que tout changement, variante ou modification peuvent y être apportés sans sortir pour autant du cadre général de la présente invention tel que défini dans les

revendications ci-annexees.

Claims (26)

REVENDICATIONS

1 Procédé pour le refroidissement d'un courant gazeux chaud chargé de particules, en vue d'en recueillir le composant particulaire qui comprend l'atomisation d'eau liquide dans ledit courant en quantité suffisante pour extraire la chaleur dudit courant par évaporation del'eau liquide qui y est ainsi atomisée, et pour refroidir ledit courant à une température supérieure à son point de rosée, caractérisé par le fait que ledit courant gazeux chaud chargé de particules est envoyé à travers un conduit ( 20) en forme de venturi, relativement compact, comprenant une partie amont convergente ( 22), une partie aval divergente ( 26) et un étranglement ( 24) entre elles; que l'accélération dudit courant gazeux dans ledit étranglement ( 24) est réalisé à un nombre Mach d'au moins environ 0,25, et que dans ledit étranglement ( 24) on introduit d'une façon sensiblement transversale, dans ledit courant gazeux, ladite eau de refroidissement à atomiser sous forme

d'une pluralité de courants.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans ledit étranglement ( 24) ledit courant gazeux chaud chargé de particules est accéléré à un nombre Mach d'au

moins environ 0,4.

3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite eau liquide est introduite d'une façon sensiblement transversale et à 1 ' extérieur dans ledit courant gazeux à partir d'un élément ( 27) placé au centre dudit étranglement, ledit élément ( 27) comportant une pluralité

d'orifices libres ( 29) orientés radialement.

4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le débit de l'eau introduite à partir dudit élément ( 27) est suffisant pour projeter chacun des courants résultants d'eau liquide dans ledit courant gazeux au moins à une petite distance de la surface dudit élément ( 27), avant que

ces courants soient substantiellement désintégrés et brisés.

5 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite partie aval divergente ( 26) a un angle

d'ouverture compris entre environ 6 et environ 14 .

6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au moins la partie aval divergente ( 26) dudit

conduit ( 20) en forme de venturi est isolée thermiquement.

7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que presque immédiatement avant l'introduction du courant gazeux chaud chargé de particules dans la partie amont

convergente ( 22) du conduit ( 20) en forme de venturi, l'écou-

lement dudit courant gazeux est rectifié pour y diminuer les

courants tourbillonnaires et les turbulences.

8 Procédé selon l'une quelconque des revendications

1 à 7, caractérisé par le fait que ledit courant gazeux chaud chargé de particules est un courant de fabrication de noir de

carbone au four.

9 Procédé intégré pour la séparation d'un composant particulaire d'avec un courant gazeux chaud chargé de particules qui comprend le refroidissement dudit gaz chaud chargé de particules par atomisation d'eau liquide dans ledit courant, pour extraire ainsi la chaleur de ce courant par évaporation de l'eau liquide ainsi atomisée qui s'y trouve, puis l'envoi

du courant ainsi refroidi chargé de particules dans un dispo-

sitif de filtration ( 15) en tissu, la quantité d'eau ainsi atomisée étant suffisante pour refroidir le courant à une température suffisamment basse pour empêcher l'endommagement des éléments de filtration en tissu dudit dispositif ( 15), mais étant suffisamment élevée pour maintenir l'atmosphère dans ledit dispositif ( 15) au-dessus du point de rosée du composant gazeux dudit courant çjazeux chargé de particules, ce procédé intégré étant caractérisé par le fait que ledit courant gazeux chaud chargé de particules est refroidi en l'envoyant dans un

conduit ( 20) en forme de venturi, relativement compact, compre-

nant une-partie amont convergente ( 22), une partie aval diver-

gente ( 26) et un étranglement ( 24) entre elles; que l'accélé-

ration dudit courant est faite à un nombre Mach d'au moins environ 0,25 dans ledit étranglement ( 24), et que dans cet étranglement ( 24) sont introduits d'une façon sensiblement transversale, dans ledit courant gazeux, une pluralité de courants de ladite eau à atomiser, le débit de l'eau liquide ainsi introduite étant réglé en proportions pour refroidir ledit

courant dans les limites décrites ci-dessus.

Procédé intégré selon la revendication 9, carac-

térisé par le fait que dans ledit étranglement ( 24), ledit courant gazeux chaud chargé de particules est accéléré à un nombre Mach d'au moins environ 0,4.

11 Procédé intégré selon la revendication 9, carac-

térisé par le fait que ledit dispositif de filtration ( 15) en

tissu est un filtre à sac.

12 Procédé intégré selon la revendication 9, carac-

térisé par le fait que ladite eau liquide est introduite d'une façon sensiblement transversale et à l'extérieur dans ledit courant gazeux par un élément ( 27) placé au centre dudit étranglement ( 24), ledit élément ( 27) comportant une pluralité

d'orifices libres ( 29) orientés radialement.

13 Procédé intégré selon la revendication 12, caractérisé par le fait que le débit cbl'eau introduite par ledit élément ( 27) est suffisant pour projeter chacun des courants résultants d'eau liquide dans ledit courant gazeux au moins à une petite distance de la surface dudit élément

( 27), avant que ces courants soient substantiellement désin-

tégrés et brisés.

14 Procédé intégré selon la revendication 9, carac-

térisé par le fait que la température du courant gazeux refroi-

di est contrôlée continuellement et par le fait que le débit de l'eau introduite dans le courant gazeux chaud chargé de

particules est réglé en réponse à ce contrôle.

Procédé intégré selon la revendication 9, carac-

térisé par le fait que ladite partie aval divergente ( 26) a

un angle d'ouverture compris entre environ 6 et environ 14 .

16 Procédé intégré selon la revendication 9, carac-

térisé par le fait qui au moins la partie aval divergente ( 26)

dudit conduit ( 20) en forme de venturi est isolée thermiquement.

17 Procédé intégré selon la revendication 9, carac-

térisé par le fait que presque immédiatement avant l'intro-

duction du courant gazeux chaud chargé de particules dans la partie amont convergente ( 22) du conduit ( 20) en forme de venturi, l'écoulement dudit courant gazeux est rectifié pour

y diminuer les courants tourbillonnaires et les turbulences.

18 Procédé intégré selon l'une quelconque des

revendications 9 à 17, caractérisé par le fait que ledit

courant gazeux chaud chargé de particules est un courant

de fabrication de noir de carbone au four.

19 Système intégré pour la séparation d'un composant particulaire d'avec un courant gazeux chaud chargé de particules comprenant un conduit adapté pour recevoir un courant gazeux chaud chargé de particules qui le traverse et des moyens pour atomiser l'eau liquide dans ledit courant gazeux passant dans ledit conduit, pour refroidir ainsi ce courant gazeux par évaporation de l'eau liquide atomisée qu'il contient, et un dispositif de filtration ( 15) en tissu pour recevoir le courant gazeux ainsi refroidi chargé de particules provenant dudit conduit et pour séparer le composant particulaire du composant gazeux de ce courant, ce système étant caractérisé par le fait que ledit conduit comprend un conduit ( 20) en forme de venturi, relativement compact, constitué par une partie amont convergente ( 22), une partie aval divergente ( 26) et un étranglement ( 24) entre ces parties, ledit conduit ( 20) en forme de venturi ayant une dimension et une forme adaptées pour accélérer un courant gazeux chaud chargé de particules jusqu'à un nombre Mach d' au moins environ 0,25 dans son étranglement ( 24) et des moyens pour introduire une pluralité de courants d'eau liquide d'une façon sensiblement transversale dans ledit courant gazeux, dans ledit étranglement ( 24), fà un débit réglé en proportions pour refroidir ledit courant gazeux suffisamment pour empêcher l'endommagement des éléments de filtration en

tissu dudit dispositif de filtration ( 15) en tissu mais insuf-

fisamment pour maintenir la température de l'atmosphère dans ledit dispositif de filtration ( 15) en tissu au-dessus du point

de rosée du composant gazeux du courant gazeux refroidi.

Système intégré selon la revendication 19, carac-

térisé par le fait que ledit dispositif de filtration ( 15)

en tissu est un filtre à sac.

21 Système intégré selon la revendication 19, carac-

térisé par le fait qu'il comprend encore des moyens de recti-

fication ( 18) de l'écoulement, places presque immédiatement en amont de ladite partie amont convergente ( 22) dudit conduit ( 20) en forme de venturi, lesdits moyens de rectification ( 18) de l'écoulement étant adaptés pour diminuer les courants tourbillonnaires et les turbulences dans le courant gazeux chaud chargé de particules.

22 Système intégré selon la revendication 19, carac-

térisé par le fait que ladite partie aval divergente ( 26) dudit conduit ( 20) en forme de venturi a un angle d'ouverture

compris entre environ 6 et environ 14 .

23 Système intégré selon la revendication 19, carac-

térisé par le fait que ledit moyen pour introduire une pluralité de courants d'eauliquide est constitué par un élément ( 27) placé au centre dudit étranglement ( 24) dudit conduit ( 20) en forme de venturi, ledit élément ( 27) comprenant une pluralité d'orifices libres ( 29) orientés radialement, et un tube ( 25) d'alimentation de l'eau en communication avec ledit élément ( 27), ledit tube d'alimentation ( 25) s'étendant à travers une

paroi latérale dudit conduit ( 20) en forme de venturi.

24 Système intégré selon la revendication 19, carac-

têrisé par le faitqu'il comprend des moyens (To) détecteurs de la température, places entre l'extrémité aval dudit conduit ( 20) en forme de venturi et l'entrée dudit dispositif de filtration ( 15) en tissu, des moyens formant valves ( 50) pour régler le débit de l'eau liquide introduite dans le courant gazeux, dans ledit étranglement ( 24), et des moyens de contrôle ( 51) communiquant avec lesdits moyens (TO) détecteurs de la température et fonctionnant pour régler lesdits moyens valves ( 50) en réponse à la température détectée dits moyens

(To) détecteurs de la température.

25 Système intégré selon la revendicztion 19, carac-

térisé par le fait que la dimension et la forme dudit conduit ( 20) en forme de venturi est adaptée pour accélérer le courant gazeux chaud chargé de particules à un nombre Mach d' au moins

environ 0,4 dans son étranglement ( 24).

26 Système intégré selon la revendication 19, carac-

térisé par le fait qu'au moins la partie aval divergente ( 26)

dudit conduit ( 20) en forme de venturi est isolée thermiquement.

27 Système intégré selon la revendication 19, caractérisé par le fait que ladite partie aval divergente ( 26) dudit conduit ( 20) en forme de venturi a un angle d'ouverture

compris entre environ 6 et environ 14 .

28 Système intégré selon l'une quelconque des

revendications 19 à 20, caractérisé par le fait qu'il comprend

encore un échangeur de chaleur ( 9) indirect communiquant avec ledit conduit ( 20) en forme de venturi et étant placé en amont de celui-ci, et un réacteur ( 1) pour le noir de carbone au four communiquant avec ledit échangeur de chaleur ( 9) indirect et

étant placé en amont de celui-ci.