FR2594530A1

FR2594530A1 - Improvement in the operating conditions of gas-recirculation carbonising stoves

Info

Publication number: FR2594530A1
Application number: FR8602352A
Authority: FR
Inventors: Paul Philipon
Original assignee: FUSION VOLATILISATION
Current assignee: FUSION VOLATILISATION
Priority date: 1986-02-14
Filing date: 1986-02-14
Publication date: 1987-08-21

Abstract

The invention relates to refrigeration of gas by water which is necessary for the operation of the liquid-ring pump. It relates to a device characterised in that, where a liquid-ring pump is used to pressurise a gas intended to be recycled in a stove for calcining carbon-containing materials, the refrigeration of the water which is necessary for the operation of the pump is made use of to cool this gas and consequently limit its water vapour content. The invention may be used in gas-recirculation calcining stoves with a view to improving the heat budget of the stove.

Description

Il existe des fours de carbonisation de boulets à base de charbon ,ayant pour objet d'assurer par une opération de cuisson à une température comprise entre 900 et 10000 une amélioration des caractéristiques mécaniques des agglomérés dont les matières volatiles sont ramenées à des teneures inférieures à 3%. There are charcoal ball furnaces for carbonization, the purpose of which is to ensure, by a cooking operation at a temperature between 900 and 10,000, an improvement in the mechanical characteristics of the agglomerates whose volatiles are reduced to contents less than 3%.

Il existe des fours dans lesquels on procéde à cette opération et ou le gaz produit par les matières volatiles dégagées est réinjecté à la base ,ce qui présente le double avantage d'assurer l'extraction des produits froids ,et dtaméliorer de façon très sensible le bilan thermique global de I'opération
D'une manière générale ,ces gaz sont véhiculés par des ventilateurs dont les caractéristiques permettent de vaincre les pertes de charge du circuit constituées dans les boulets dans la cuve des fours
Lorqqu'il est nécéssaire de vaincre une perte de charge plus élevée ,on doit renoncer aux ventilateurs ,et faire appel à un appareillage du type compresseur ,tel que les pompes à anneau liouide . There are ovens in which this operation is carried out and / or the gas produced by the volatile materials released is reinjected at the base, which has the double advantage of ensuring the extraction of cold products, and of improving considerably the overall thermal balance of the operation
In general, these gases are transported by fans whose characteristics make it possible to overcome the pressure losses of the circuit formed in the balls in the tank of the ovens
When it is necessary to overcome a higher pressure drop, one must give up the fans, and use a compressor type of equipment, such as liquid ring pumps.

Un tel appareillage permet d'obtenir sans difficulté des pressions beaucoup plus importantes ,mais mettant en contact intime l'eau avec le gaz ,celui-ci se sature en vapeur d'eau
Cette situation présente un inconvénient important dans le cas de fonctionnement des fours de carbonisation ,car en présence de carbone à une température de 900 ,cette vapeur d'eau est décomposée en hydrogène et oxyde de carbone dans une réfaction endothermique ,augmentant d'autant le coat de l'opération de carbonisation
On sera donc conduit en cas de fonctionnement ces fours avec un tel appareillage à procéder à une réfrigération des gaz pour obtenir une condensation de la vapeur d'eau contenue
Cette opération présentera l'inconvénient de nécéssiter l'élimination ultérieure des eaux conaensées.En effet ,ces eaux ayant été en contact avec le gaz ,sont polluées ,et ne peuvent plus etre mises à l'égout normalement
Les conditions d'échanges Gaz/Matière ,pour obtenir une marche bien équilibrée des fours sont de l'ordre de 1M3/Kg d'ag- glomérés,correspondant approximativement a une éouivalence"du pois en eau" de 1Eg ae solide pour 1M3 de gaz .Cela signifie par
Tonne de produit traité ,qu'on devra réaliser un appareillage susceptible de refroidir 1000M3 de gaz
Le procédé suivant l'invention part du principe que dans la pompe à anneau liquide ,le mélange Gaz/Eau est homogène du fait du mouvement de rotation, de sorte que l'on peut considérer que les deux matières sont à des températures très voisines
Dans le cas ou l'eau nécéssaire au fonctionnement des pompes circule en circuit fermé, il est normal qu'elle s'échauffe progréssivement du fait oe la température des gaz à l'aspiration et du phénomène de compression des gaz .Cn arrive par conséquent progressivement à un équilibre de la température ,qui en fonction de celle de l'ambiance peut évoluer entre 45 et 550
Les constructeurs annoncent en général comme caractéristiques des surpresseurs,une circulation d'eau dans la pompe de l'ordre de 1 à 2 litres par mètre cube,on aevra donc fonctionner en circuit fermé ,et opérer une réfrigération Le l'eau pour maintenir celle-ci à la température recherchée
Les causes d'échauffement de l'eau sont les suivantes:
1 ) La température du gaz à l'aspiration : L'installation devra être conçue pour que la température du aaz soit a l'aspira- tion la plus faible possible ,comprise entre 40 et ,t var exemple.Such an apparatus makes it possible to obtain much greater pressures without difficulty, but bringing the water into intimate contact with the gas, the latter saturates with water vapor.
This situation has a significant drawback in the case of the operation of carbonization furnaces, because in the presence of carbon at a temperature of 900, this water vapor is decomposed into hydrogen and carbon monoxide in an endothermic reduction, thereby increasing the cost of the carbonization operation
In the event of operation, these ovens with such an apparatus will therefore be required to refrigerate the gases in order to obtain condensation of the water vapor contained.
This operation will have the disadvantage of requiring the subsequent disposal of the condensed water. Indeed, these waters having been in contact with the gas, are polluted, and can no longer be put in the normal sewer
The gas / material exchange conditions, in order to obtain a well-balanced operation of the ovens, are of the order of 1M3 / Kg of agglomerates, corresponding approximately to a "pea in water" equivalent of 1Eg to solid for 1M3 of gas. This means by
Tonne of product treated, we must make an apparatus capable of cooling 1000M3 of gas
The process according to the invention starts from the principle that in the liquid ring pump, the gas / water mixture is homogeneous due to the rotational movement, so that it can be considered that the two materials are at very similar temperatures
In the case where the water necessary for the operation of the pumps circulates in a closed circuit, it is normal for it to heat gradually because of the temperature of the gases at the intake and the phenomenon of gas compression. gradually to an equilibrium of the temperature, which depending on that of the atmosphere can vary between 45 and 550
The manufacturers generally announce as characteristics of the boosters, a circulation of water in the pump of the order of 1 to 2 liters per cubic meter, we will therefore have to operate in a closed circuit, and operate refrigeration The water to maintain that -this at the desired temperature
The causes of water heating are as follows:
1) The gas temperature at suction: The installation must be designed so that the temperature of the aze is at the lowest possible suction, between 40 and, for example.

20) Phénomène de compression du gaz : augmentation Le tempé P rature est définie par la formule (-p- ) X .Par exemple pour
PC, une surpression de C,13 bar ,l'augmentation Le température au gaz sera de 1 ordre de 170.20) Gas compression phenomenon: increase The temperature P rature is defined by the formula (-p-) X. For example for
PC, an overpressure of C, 13 bar, the increase The gas temperature will be 1 order of 170.

Pour 1000M3 de gaz de chaleur spécifique ,3 devant être ramenés à 20 , on devra assurer l'évacuation cies calories suivantes : Chaleur sensible des gaz
1000 x ( 40-20) x 0,3 = 6 Thermies
1000 x 0,3 x 17 = 5,1 Thermies
TOTAL 11,1 Thermies
A) À cette valeur il y aura lieu d'ajouter le cas échéant la chaleur ae condensation de l'eau contenue dans les gaz si l'a- baissement de température réalisé porte le gaz en aessous de son point cie rosée.For 1000M3 of specific heat gas, 3 to be reduced to 20, the following calories must be removed: Sensitive heat of the gases
1000 x (40-20) x 0.3 = 6 Thermies
1000 x 0.3 x 17 = 5.1 Thermies
TOTAL 11.1 Thermies
A) To this value, the heat of condensation of the water contained in the gases should be added if necessary if the temperature drop brings the gas below its dew point.

B) La pompe ayant traitée 1000M3 de gaz ,avec 2M3 d'eau ,il en résultera pour maintenir à 20 le gaz ,que 11 eau devra absorber 11,1 thermies ,ce oui correspond pour 2M3 à un échauffement de 5,60. B) The pump having treated 1000M3 of gas, with 2M3 of water, it will result to maintain at 20 the gas, that 11 water will have to absorb 11.1 thermies, this yes corresponds for 2M3 to a heating of 5.60.

Pour revenir a la situation antérieure ,on devra aonc prévoir sur le circuit d'eau de la pompe à anneau liquide ;la mise en place d'un réfrigérant mau/Eau ,ce qui ne pose pas de problèmes. To return to the previous situation, it will then be necessary to provide on the water circuit of the liquid ring pump; the installation of a mau / water refrigerant, which does not pose any problems.

technologique particulier
Le nouveau dispositif présente l'avantage supplémentaire de ne pas avoir à procéder à l'élimination de l'eau polluée autre que celle provenant du combustible traité ,et éventuellement de la vapeur d'eau produite en cas de combustion avec de l'air des gaz dans le four .Pour le même résultat ,au lieu a. traiter 1000M3 de gaz à refroidir de 50 à 20 ,c'est 2M3 d'eau qu'il faudra refroidir
Considérons le fonctionnement d'une pompe à anneau liquide repère 1 de la figure.En marche en circuit fermé pour l'eau cette pompe entraînée par un moteur aspire du gaz et une certaine quantité d'eau séhiculéé généralement par une pompe 8ous une préssion légèrement supérieure à la pression do refoulement du gaz.particular technological
The new device has the additional advantage of not having to eliminate polluted water other than that coming from the treated fuel, and possibly the water vapor produced in the event of combustion with air from the gas in the oven. For the same result, instead a. treat 1000M3 of gas to be cooled from 50 to 20, it is 2M3 of water that will have to be cooled
Consider the operation of a liquid ring pump, item 1 in the figure. In closed circuit operation for water, this pump driven by a motor sucks gas and a certain amount of water, generally dried by a pump 8 or slightly pressurized. higher than the gas discharge pressure.

Cette eau entratnée par les gaz sera récoltée dans un pont bas du circuit fermé de circulation de l'eau ,et réinjecté par la pompe 2 mais à une température abaissée du fait de l'action du réfrigérant (3)
Si pour des raisons particulières inhérantes aux conditions d'exploitation du four le gaz à traiter se trouve à une température supérieure à 500 ,il sera nécéssaire à l'aide d'un préla vage à l'eau de ramener cette température å une valeur plus basse avant son introduction dans la pompe à anneau liquide
De même si la température moyenne de l'eau présenté un écart important par rapport à celle de l'ambiance ,on aura intér8t à la refroidir par un réfrigérant aérien pour faciliter le plus possible les conditions de travail du réfrigérant eau-eau disposé sur la conauite à l'entrée de la pompe afin d'abaisser le plus possible la température de l'eau utilisée Qans les pompes
En supposant qu'un four ae carbonisation de boulets ou d'anthracite soit alimenté en gaz de recirculation saturé d'eau à 200 au lieu de 50 degrés ,et en admettant que la totalité de la vapeur introduite dans le four soit décomposée ei hydrogène et oxyde de carbone ,l'économie d'énergie qui en résultera par tonne de produit traitée correspondra à 1,56 thermies par Kg d'eau en moins introduite soit
(80 - 18 ) x 1,56 = 96,7 thermies soit 112,4 Kwh/Tonne This gas-entrained water will be collected in a low bridge of the closed water circulation circuit, and reinjected by pump 2 but at a lowered temperature due to the action of the refrigerant (3)
If for specific reasons inherent to the operating conditions of the oven the gas to be treated is at a temperature above 500, it will be necessary with the help of a prewash with water to reduce this temperature to a more low before its introduction into the liquid ring pump
Similarly, if the average temperature of the water presents a significant deviation from that of the atmosphere, it will be advantageous to cool it with an overhead refrigerant to facilitate as much as possible the working conditions of the water-water refrigerant placed on the conauite at the inlet of the pump in order to lower the temperature of the water used as much as possible in the pumps
Assuming that a ball or anthracite carbonization furnace is supplied with recirculating gas saturated with water at 200 instead of 50 degrees, and assuming that all of the vapor introduced into the furnace is decomposed into hydrogen and carbon monoxide, the resulting energy saving per tonne of product treated will correspond to 1.56 therms per kg of water less introduced,
(80 - 18) x 1.56 = 96.7 therms or 112.4 kWh / Ton

Claims

1) Improvement of the thermal balance of furnaces for the calcination of carbonaceous products with gas recirculation by lowering the temperature of the recycled gases using liquid ring pumps

2) Improvement according to 1, characterized in that the lowering of the water vapor content contained in the gas is obtained not by cooling it, but by refrigerating the water used for the proper functioning of the pumps with liquid ring ensuring the compression of the gas with a view to its reinjection into the furnace

3) Improvement according to let 2, characterized in that, despite its compression, on contact with cold water from the liquid ring pump, the temperature of the compressed gas builds up a very low water vapor content compared to that of '' a hotter gas and improves the thermodynamic balance of operation of the installation by reducing the importance of the endothermic reaction occurring in the furnace

4) Improvement according to claim I to 3 characterized in that the result can be obtained by placing an appropriate water-water cooler on the water return circuit used in the liquid ring pump