WO2023242290A1 - Method for the industrial production of synthetic anhydrite - Google Patents

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WO2023242290A1
WO2023242290A1 PCT/EP2023/066001 EP2023066001W WO2023242290A1 WO 2023242290 A1 WO2023242290 A1 WO 2023242290A1 EP 2023066001 W EP2023066001 W EP 2023066001W WO 2023242290 A1 WO2023242290 A1 WO 2023242290A1
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WO
WIPO (PCT)
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heating body
calcium sulfate
hydrated calcium
oven
anhydrite
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/066001
Other languages
French (fr)
Inventor
Sébastien Langlois
Philippe Hauza
Frédéric Vandenbussche
Original Assignee
Colas
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Colas filed Critical Colas
Publication of WO2023242290A1 publication Critical patent/WO2023242290A1/en

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B20/00Use of materials as fillers for mortars, concrete or artificial stone according to more than one of groups C04B14/00 - C04B18/00 and characterised by shape or grain distribution; Treatment of materials according to more than one of the groups C04B14/00 - C04B18/00 specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone; Expanding or defibrillating materials
    • C04B20/02Treatment
    • C04B20/04Heat treatment

Definitions

  • the present invention generally relates to the field of artificial anhydrite production.
  • It relates more particularly to a process for the industrial production of artificial anhydrite using a microwave heat treatment device.
  • Anhydrite is an anhydrous calcium sulfate chemical compound whose crystallochemical characteristics can vary depending on the temperature range at which it was produced. Thus, we usually distinguish four main crystallographic phases for anhydrite: anhydrite I, anhydrite II or P, anhydrite III or a and anhydrite in its natural form.
  • Natural anhydrite is obtained by heating hydrated calcium sulfate, for example natural gypsum, with a view to its dehydration.
  • Natural gypsum is a mineral species composed of calcium sulfate dihydrate, with the chemical formula CaSC 2 H2O. This heating is also called “calcination”.
  • Anhydrite I is obtained by calcination above 700°C.
  • Anhydrite II is obtained by calcination of gypsum between 350°C and 700°C, ideally 500°C, followed by thermal quenching to stabilize this metastable phase.
  • Anhydrite III is obtained by calcination of gypsum between 200°C and 350°C, ideally 250°C, followed by thermal quenching to stabilize this metastable phase.
  • FIG. 1 shows the corresponding phase diagram of anhydrite.
  • anhydrites grouped within the name “artificial anhydrite” are distinguished from each other by their crystal structure and by their difference in solubility in water.
  • the solubility of anhydrite III is, for example, almost three times greater than that of anhydrite II at room temperature.
  • the processes currently used for the production of artificial anhydrite use one of the following heating devices: a rotary kiln using a fossil fuel (gas or oil) with a calcination time of 1 or 2 hours and a flash calciner using a fossil fuel fossil (gas or fuel) with a calcination time of a few seconds.
  • These devices use fossil fuels and the associated production processes cause emissions of combustion gases into the atmosphere, including carbon dioxide CO2 and other air pollutants.
  • CO2 emissions per tonne of calcined gypsum are estimated between 100 and 250 kg of CO2 equivalent depending on temperatures and heating times.
  • CO2 emissions per tonne of calcined gypsum are of the order of 50 to 150 kg of CO2 equivalent depending on the heating temperatures used.
  • the present invention proposes a process for the industrial production of artificial anhydrite using a microwave oven provided with a heating body , at least one microwave generator and at least one waveguide extending in a longitudinal direction inside the heating body, said method comprising the following steps: a) sulfate is introduced of hydrated calcium inside the heating body, b) the hydrated calcium sulfate introduced into the heating body is exposed to microwaves emitted by said at least one microwave generator and conveyed into the heating body by said at least one waveguide, so as to dehydrate at least part of the hydrated calcium sulfate introduced and produce an artificial anhydrite, c) the artificial anhydrite produced is extracted from the heating body.
  • the hydrated calcium sulfate is calcined at least partially by an electrically powered microwave oven. Combustion gas emissions are reduced compared to a conventional process.
  • the temperature suitable for dehydrating at least part of the calcium sulfate introduced is for example between 150 and 800 degrees Celsius.
  • the sufficient heating time to dehydrate said at least part of the hydrated calcium sulfate introduced depends on the temperature used, and the composition and shape of the material containing the calcium sulfate used. This sufficient duration is typically between 5 minutes and 240 minutes. Dehydration is also called here “calcination”.
  • the method according to the invention also has the advantage of concentrating the microwaves on a bed of moving materials to homogenize the heating.
  • the heating temperature of hydrated calcium sulfate is particularly well controlled, which ensures satisfactory and uniform properties for the artificial anhydrite produced by this process.
  • the method according to the invention makes it possible to produce artificial anhydrite continuously.
  • the production is called “continuous” because it is possible to carry out step c) of extraction of the artificial anhydrite produced over a time range of more than 4 hours, without interruption of more than 1 minute.
  • the flow of artificial anhydrite extracted from the microwave oven does not present an interruption of more than one minute during an extraction duration of at least 4 hours.
  • the calcium sulfate is introduced, in step a), at a first of the two longitudinal ends of the heating body, in step b) the hydrated calcium sulfate and/or the artificial anhydrite contained in the heating body are advanced in a direction parallel to the longitudinal axis of the heating body, from the first longitudinal end towards a second end longitudinal, and the artificial anhydrite is extracted, in step c), at the second longitudinal end of the heating body; the production of artificial anhydrite is carried out continuously;
  • said waveguide comprises a slotted waveguide mounted inside the heating body extending in a longitudinal direction parallel to the longitudinal axis of the heating body and connected to one of its ends to said microwave generator; in step a), the hydrated calcium sulfate is introduced into the heating body by a supply system opening into the heating body at the first of said two longitudinal ends thereof; in step c), the artificial anhydrite is extracted by an evacuation system opening into the heating body at the second longitudinal end thereof, and during step b), we put in rotating said heating body around its longitudinal axis, the longitudinal axis of the heating body is inclined relative to the horizontal so as to regulate the speed of advance of the hydrated calcium sulfate in the heating body;
  • each cover being mounted on one of the longitudinal ends of the heating body with the interposition of annular seals of wave trapping;
  • the gases released during the heating of the hydrated calcium sulfate are evacuated by an evacuation device ensuring a depression of the heating body of the oven and/or gases are injected inside the heater ;
  • the oven comprising two microwave generators and two corresponding wave guides and the heating body of the oven comprising a first part in which extends a first of said two wave guides associated with a first of said two microwave generators -waves and a second part in which the second waveguide associated with the second microwave generator extends; in step b), the hydrated calcium sulfate passes successively through the first part then the second part of the heating body, said first and second parts of the heating body having different temperature profiles;
  • step b) the hydrated calcium sulfate is subjected to the progressive increase in temperature along the first part of the heating body then is maintained at the target temperature along the second part of the heating body;
  • the hydrated calcium sulfate introduced into the heating body comprises at least one of the following components: natural gypsum, calcium sulfates of industrial origin, phosphogypsum, desulfogypsum, fluorogypsum , borogypsum or a mixture of these components;
  • step b) the hydrated calcium sulfate is heated to a temperature between 150 and 800 degrees Celsius to achieve dehydration of at least part of this hydrated calcium sulfate;
  • the hydrated calcium sulfate is dried using a drying device before its introduction into the heating body;
  • the hydrated calcium sulfate is filtered and/or stored before its introduction into the heating body;
  • the hydrated calcium sulfate is preheated in a preheating device
  • the hydrated calcium sulfate is dried using a drying device, and according to which the gases heated in the preheating device and/or the gases released during the calcination of the hydrated calcium sulfate in the oven are recirculated to the drying device; - the gases released during heating for the calcination of hydrated calcium sulfate in the oven are recirculated to the preheating device;
  • step c) the artificial anhydrite is calcined again using a fossil fuel flash calciner;
  • step c) the artificial anhydrite is routed through a cooling system to be cooled;
  • the hydrated calcium sulfate is preheated in a preheating device and according to which the heat of the artificial anhydrite recovered by the cooling system is reused by the preheating device;
  • the artificial anhydrite is crushed after its extraction from the heating body; the crushed artificial anhydrite is filtered and/or stored;
  • the hydrated calcium sulfate is preheated by conveying it through a fossil energy heat treatment device;
  • the hydrated calcium sulfate is dried using a drying device, and according to which the gases heated in the fossil energy heat treatment device and/or in the oven are recirculated towards the heating device drying;
  • the heating body being provided internally with stirring blades which extend in an inclined manner relative to the longitudinal axis of the heating body and are integral in rotation with it, and in step b), we put in rotation the stirring blades with the heating body while tilting the longitudinal axis thereof to advance the hydrated calcium sulfate and/or the artificial anhydrite contained in the heating body;
  • the hydrated calcium sulfate is calcined without producing carbon dioxide.
  • FIG. 1 is a schematic view of an anhydrite phase diagram
  • FIG. 2 is a schematic view of a first industrial assembly implementing a first embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 3 is a schematic view of a second industrial assembly implementing a second embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 4 is a schematic view of a third industrial assembly implementing a third embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 5 is a schematic view of a fourth industrial assembly implementing a fourth embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 6 is a graph representing the variation of the temperature of a sample of gypsum G1 as a function of time when it is calcined in a microwave oven with a set temperature of 250°C for 2 minutes, gypsum G1 being a natural gypsum of granular class 0/10 mm with 12% humidity,
  • FIG. 7 is a graph representing the variation in the temperature of a gypsum sample G1 as a function of time when it is calcined in a microwave oven with a set temperature of 350°C for 2 minutes,
  • FIG. 8 is a graph representing the variation in the temperature of a gypsum sample G1 as a function of time when it is calcined in a microwave oven with a set temperature of 500°C for 2 minutes,
  • FIG. 9 is a schematic view in longitudinal section of a microwave oven provided with a rotating cylindrical heating body used for implementing the embodiments of the method shown in Figures 2 to 5,
  • FIG. 10 is a sectional view along the plane ll-ll of Figure 9,
  • FIG. 11 is a schematic view showing an example of a wave trapping joint of the microwave oven of Figure 9,
  • FIG. 12 is a schematic view showing an example of a slotted waveguide of the microwave oven of Figure 9,
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a first example of a heating body of the microwave oven of Figure 9,
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of a second example of the heating body of the microwave oven of Figure 9,
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of a third example of the heating body of the microwave oven of Figure 9.
  • upstream and downstream will be used with reference to the direction of the flow of the materials introduced into the microwave oven, and more generally with reference to the direction of the flow of the materials then products in the industrial assembly used for the implementation of the process according to the invention.
  • the invention relates to a process for the industrial production of artificial anhydrite from hydrated calcium sulfate.
  • the following table summarizes the main properties of the compounds in this family.
  • Each of these industrial units 300; 400; 500; 600 remarkably comprises a microwave oven 2 used according to the process of the invention to produce artificial anhydrite.
  • This microwave oven 2 is provided with a heating body 4 extending along a longitudinal axis X-X between two opposite longitudinal ends, with at least one microwave generator 24a, 24b and at least one guide of waves 22 extending inside the heating body 4 (see Figures 2 and 9).
  • This heating body 4 is here cylindrical and rotary.
  • the following steps are carried out: a) hydrated calcium sulfate is introduced inside the heating body, b) the hydrated calcium sulfate introduced into the heating body is exposed to micro- waves emitted by the microwave generator and conveyed into the heating body by the wave guide, so as to dehydrate at least part of the hydrated calcium sulfate introduced and produce an artificial anhydrite, c) extracting from the body of heats the artificial anhydrite produced.
  • said waveguide 22 is mounted inside the heating body 4. It extends in a longitudinal direction parallel to the longitudinal axis XX of the heating body 4 and is connected to one of its two ends F, F' to said microwave generator 24a, 24b ( Figures 1 to 5, 9 and 12).
  • the heating body 4 includes an internal cavity which accommodates the materials introduced into this heating body.
  • the hydrated calcium sulfate introduced into the heating body 4 of the oven 2 comprises a single component or several components. These components have different chemical compositions and/or different crystallographic structures.
  • the hydrated calcium sulfate may contain at least one of the following components: natural gypsum, calcium sulfates of industrial origin, phosphogypsum, desulfogypsum, fluorogypsum, borogypsum or a mixture of these components.
  • the hydrated calcium sulfate introduced into the heating body 4 may contain for example calcium sulfate dihydrate (Gypsum) or calcium sulfate hemihydrate: a-hemihydrate or p-hemihydrate.
  • the material is introduced into the heating body 4 of the oven 2 preferably in a divided form, for example in the form of a powder.
  • the particles of the material preferably have a size less than 80 microns.
  • This divided form can be natural or obtained by grinding or micronization.
  • step a) the hydrated calcium sulfate is introduced into the oven 2 using a supply system 34 opening into the heating body 4 at a first of said two longitudinal ends thereof.
  • a supply system 34 opening into the heating body 4 at a first of said two longitudinal ends thereof.
  • the calcium sulfate is introduced, in step a), at a first of the two longitudinal ends of the heating body.
  • the material introduced into the heating body 4 of the oven 2 is heated by microwaves.
  • This heating allows different simultaneous thermal treatments of the material, in particular its drying, its rise in temperature and its dehydration. Drying here corresponds to superficial dehydration of the material.
  • the dehydration of hydrated calcium sulfate under high temperature is carried out down to the heart of the material, in volume, and will also be called “calcination” in the following.
  • the hydrated calcium sulfate is preferably heated to a temperature between 150 and 800 degrees Celsius to carry out dehydration by calcination of this compound.
  • the hydrated calcium sulfate is heated to a temperature for example equal to 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750 or 800 degrees Celsius.
  • the hydrated calcium sulfate is preferably heated for a time of between 5 minutes and 240 minutes, which depends on the material and the temperature used.
  • the gases released are evacuated by a gas evacuation device 42 ( Figures 2 to 5 and 9) ensuring a depression of the heating body 4 of the oven 2.
  • the hydrated calcium sulfate is thus heat treated in oven 2 under a “closed” atmosphere.
  • step c) the artificial anhydrite produced by the calcination of the hydrated calcium sulfate in step b) exits the heating body 4 of the oven 2.
  • the artificial anhydrite leaves the oven 2 via an evacuation system 36 opening into the heating body 4 at a second longitudinal end thereof opposite the first longitudinal end.
  • the artificial anhydrite is extracted, in step c), at the second longitudinal end of the heating body.
  • An example of an evacuation system will be described later.
  • microwaves allows microwaves to be concentrated on a bed of moving materials, which makes it possible to homogenize the calcination. It also allows satisfactory control of the temperature of the hydrated calcium sulfate in the oven, and therefore of the calcination temperature. Finally, discharges of combustion gases and associated pollutants are reduced or even eliminated.
  • one of the particularities of microwave heating is that it heats the core of the material, without directly heating the heating body. This is heated indirectly by raising the temperature of the material. As a result, the temperature of the heating body is lower than that observed in conventional fossil energy heat treatment devices. The lifespan of the oven is thus extended.
  • the fossil energy used comes from the combustion of fossil fuels, such as gas, fuel oil, coal or coke.
  • the process for producing artificial anhydrite is carried out continuously.
  • the hydrated calcium sulfate is not heated in the microwave oven in successive separate batches.
  • a first quantity of calcium sulfate is not introduced, heated and calcined in the microwave oven to produce the artificial anhydrite, then completely extracted from the oven before the introduction of a second quantity of hydrated calcium sulfate, as would be the case in a batch process.
  • the calcium sulfate is introduced into the microwave oven, calcined and extracted from the oven continuously.
  • the production is called “continuous” because it is possible to carry out step c) of extraction of the artificial anhydrite produced over a time range of more than 4 hours, without interruption of more than 1 minute.
  • the flow of artificial anhydrite extracted from the microwave oven does not present an interruption of more than one minute during an extraction duration of at least 4 hours. Interruptions of 5, 10, 20, 30, 40 or 50 seconds are possible.
  • steps a), b) and c) can be carried out simultaneously.
  • the supply system of the microwave oven 2 used comprises a metal sluice valve type valve making it possible to regulate the flow rate of hydrated calcium sulfate introduced into the oven, as described later.
  • the supply of hydrated calcium sulfate to the furnace and the extraction of artificial anhydrite from the furnace can then be carried out continuously, without interruption, over said time range.
  • steps a) and/or c) are carried out at time intervals. This is for example the case when the microwave oven supply system includes an inlet airlock which can be produced by two consecutive gate valves. Feeding is then carried out in jerky fashion. Similarly, the extraction of artificial anhydrite can be carried out by jerking. It is also possible to envisage as a variant that only the feeding or only the extraction is carried out by jerk.
  • step b) the hydrated calcium sulfate and/or the artificial anhydrite contained in the heating body are advanced in a direction parallel to the longitudinal axis XX of the heating body.
  • heater 4 from the first longitudinal end towards the second longitudinal end. This advance of the materials contained in the heating body authorizes the continuous implementation of the method according to the invention.
  • the oven has supply means allowing the transport of hydrated calcium sulfate and artificial anhydrite from the first to the second longitudinal end of the heating body of the microwave oven.
  • the heating body 4 is rotated around its inclined longitudinal axis in order to advance the material contained in the oven from the longitudinal end of the heating body to which the supply system introduces the calcium sulfate hydrated towards the longitudinal end of the heating body to which the evacuation system extracts the artificial anhydrite.
  • the supply means therefore comprise a device for rotating the heating body and an inclined support for this heating body.
  • the arrangement of the microwave oven 2 ensures airtightness as well as the trapping of microwaves inside the heating body.
  • the process according to the invention can also be carried out discontinuously: a batch of hydrated calcium sulfate is introduced into an oven. The introduction of hydrated calcium sulfate ceases and the hydrated calcium sulfate introduced is heated, then extracted from the oven during emptying before the introduction of another batch of hydrated calcium sulfate.
  • said waveguide 22 comprises a slotted waveguide mounted inside the heating body 4 between the two longitudinal ends thereof and connected to one of these longitudinal ends to said microwave generator 24a.
  • the waveguide preferably extends from one longitudinal end of the heating body to the other. The microwaves are therefore conveyed from one longitudinal end of the heating body to the other.
  • Each microwave generator 24a, 24b is arranged outside the heating body 4, at one of the longitudinal ends of the heating body.
  • Each waveguide is preferably connected to a microwave generator. However, it is possible to consider connecting each waveguide to several microwave generators in order to increase the power delivered.
  • said heating body 4 is rotated around its longitudinal axis X-X and the longitudinal axis X-X of the heating body 4 is tilted relative to the horizontal so as to regulate the speed of advance of the hydrated calcium sulfate then of the artificial anhydrite in the heating body 4 (see figures 2 to 5). This allows the introduced hydrated calcium sulfate and the produced artificial anhydrite to be fed through the microwave oven 2.
  • the heating body can also be provided with stirring blades (not shown).
  • the stirring blades extend inside the heating body. They extend parallel to the longitudinal axis or inclined relative to the longitudinal axis of the heating body. They are integral in rotation with it, and, in step b), the stirring blades are rotated with the heating body while tilting the longitudinal axis thereof.
  • the material contained in the heating body is then mixed during the rotation of the heating body. This makes it possible to homogenize the mixture of materials present in the heating body and to contribute, possibly, to controlling the advance of this mixture of materials in the heating body.
  • microwaves are trapped inside the oven 2 using two fixed covers 14, each cover being mounted on one of the longitudinal ends of the heating body 4 with the interposition of annular seals 16 for trapping waves. (figures 9 and 11).
  • the oven comprises two microwave generators 24a, 24b and two corresponding wave guides 22 and the heating body 4 of the oven 2 comprises a first part in which extends a first said two waveguides associated with a first 24a of said two microwave generators and a second part in which extends the second waveguide associated with the second microwave generator 24b (FIG. 9).
  • the two waveguides may comprise two independent waveguides each connected to one of the two microwave generators or two sections 22a, 22b of waveguide 22 connected to each other, each section 22a, 22b being connected at one end to one of the two microwave generators 24a, 24b.
  • the two sections 22a, 22b then extend along the same axis parallel to the longitudinal axis X-X of the heating body, as is the case in Figure 9.
  • one of the two microwave generators 24a, 24b is arranged at a first of the two longitudinal ends of the heating body 4 and the other microwave generator is arranged at the second longitudinal end of the heating body.
  • two separate waveguides can be provided extending side by side, for example in two directions parallel to the longitudinal axis of the heating body.
  • each wave guide being connected to a separate microwave generator or to the same microwave generator.
  • step b) the hydrated calcium sulfate passes successively through the first part then the second part of the heating body, said first and second parts of the heating body having different temperature profiles.
  • the first microwave generator and the first wave guide are configured so as to produce a progressive increase in the temperature along the first part of the heating body and the second microwave generator microwaves and the second wave guide being configured so as to maintain a constant target temperature along the second part of the heating body, in step b), the hydrated calcium sulfate is subjected to the progressive increase of the temperature along the first part of the heating body then is maintained at the target temperature along the second part of the heating body.
  • Said first part constitutes an upstream temperature rise zone, while the second part constitutes a downstream zone for maintaining a target temperature.
  • the gradual increase can bring the calcium sulfate up to said target temperature.
  • a first furnace may be used to heat hydrated calcium sulfate with a first temperature profile, for example a temperature rise
  • the second furnace may be used to heat hydrated calcium sulfate and/or anhydrite artificial with a second temperature profile, for example maintaining a calcination temperature.
  • the second furnace is powered by the heated hydrated calcium sulfate and/or artificial anhydrite produced in the first furnace and extracted therefrom.
  • the process for producing artificial anhydrite includes other steps occurring before or after heating in the microwave oven 2.
  • the method according to the invention may comprise one or more of the following additional steps:
  • the hydrated calcium sulfate is filtered, for example using a dynamic selector 140 and/or a bag filter 150 and/or it is stored in a storage device 170 before carrying out step a) ( Figures 2 and 4);
  • the hydrated calcium sulfate is preheated in a preheating device 180; 185 ( Figures 2, 4 and 5), the preheating device may comprise a fossil energy heat treatment device 185;
  • step c the artificial anhydrite produced is calcined again using a flash calciner 230 using fossil fuels (figure 4);
  • the artificial anhydrite produced is routed through a cooling system 210 to be cooled ( Figures 2 and 4);
  • the artificial anhydrite is crushed after its extraction from the heating body 4, for example using a grinder 240 ( Figures 3 and 5);
  • the crushed artificial anhydrite is filtered, for example through a dynamic selector 250 and/or a bag filter 260 ( Figures 3 and 5);
  • the crushed and filtered artificial anhydrite is stored, for example in a storage hopper 220 ( Figures 2 to 5); - the temperature of the hydrated calcium sulfate of the artificial anhydrite present inside the microwave oven 2 is measured, for example using an infrared pyrometer.
  • Drying of hydrated calcium sulfate by the drying device is a surface drying of hydrated calcium sulfate, carried out at temperatures lower than those used during heating for dehydration of hydrated calcium sulfate by volume or calcination.
  • the gases heated in the preheating device when it is used and/or the gases released during the heating of the hydrated calcium sulfate in the oven are recirculated towards the drying device 120.
  • the heat of the artificial anhydrite recovered by the cooling system 210 is reused by the preheating device 180; 185.
  • the gases heated by the artificial anhydrite in the cooling device 210 are recirculated to the preheating device.
  • the material supplying the industrial assembly 300 and containing the hydrated calcium sulfate is introduced into a drying device 120 or dryer.
  • the material is then conveyed through the crusher 130.
  • the crushed material passes through the dynamic selector 140 making it possible to select the particles of material having predetermined particle size characteristics.
  • Calcium sulfate particles less than 80 microns in size are preferably selected.
  • the particle size characteristics of the calcium sulfate are determined here for example using a sieve column or a laser particle size analyzer.
  • the particles of material selected in the dynamic selector 140 are recovered and the air is filtered in the bag filter 150. This is connected to a chimney 160. The whole is placed in depression using a fan.
  • the material particles are stored in a storage device 170, for example in a hopper.
  • the material stored in the storage device 170 is then passed through a preheating tower 180 which gradually heats the material to a temperature between 50 and 400°C.
  • the material containing the hydrated calcium sulfate is introduced into the microwave oven 2. It is introduced into the heating body 4 through the supply system 34 and heated to a temperature setpoint between 200 and 650°C.
  • the heating body 4 is movable in rotation around its longitudinal axis X-X. It rotates continuously while heating the material. It is supported by a platform 12 adjustable in inclination.
  • the longitudinal axis X-X of the heating body 4 being inclined relative to the horizontal such that the first longitudinal end through which the material is introduced is higher than the second longitudinal end of the heating body 4 along a vertical axis, the material is gradually conveyed towards the evacuation system 36 located at the second longitudinal end of the heating body by the effect of gravity and the rotation of the heating body 4 around its longitudinal axis XX.
  • the calcined material which comprises the artificial anhydrite is conveyed through a cooling tower 210 so as to gradually lower the temperature of the calcined material to a temperature between 50 and 150°C.
  • the cooled calcined material is stored in a storage device 220 such as a hopper.
  • the gases heated in the preheating tower 180 are preferably recirculated towards the drying device 120 in order to reduce the energy consumption of this drying device.
  • These gases here have a temperature between 100 and 250°C.
  • the gases heated in the cooling device 210 and/or the gases heated in the microwave oven 2 and evacuated by the gas evacuation device 42 are preferably recirculated towards the preheating tower 180 and/or or towards the drying device 120 in order to reduce the energy consumption of these elements of the industrial assembly 300.
  • These gases here have a temperature of between 150 and 500°C.
  • the material supplying the industrial assembly 400 and containing the hydrated calcium sulfate is introduced in the drying device 120 or dryer. This is connected to a chimney 160 allowing the exit of gases released during drying of the material. Drying heats the material to a temperature between 50 and 100°C.
  • the material is not crushed before its introduction into the oven 2.
  • the material is introduced into the microwave oven 2. It is introduced into the heating body 4 through the supply system 34 and calcined at a set temperature preferably between 200 and 650°C.
  • the material is gradually conveyed to the evacuation system 36 located at the second longitudinal end of the heating body by the effect of gravity and the rotation of the heating body 4 around its longitudinal axis XX.
  • the calcined material which comprises the artificial anhydrite is conveyed through a grinder 240.
  • the crushed material passes through a dynamic selector 250 making it possible to select the particles of calcined material having predetermined particle size characteristics.
  • Particles of artificial anhydrite with sizes less than 80 microns are preferably selected.
  • the particles of calcined material selected in the dynamic selector 250 are recovered and the hot gases accompanying them are filtered in a bag filter 260.
  • the hot gases are recirculated towards the drying device 120. These gases have a temperature between 150 and 250 °C.
  • the particles of calcined material are stored in the storage device 220, for example in a hopper.
  • the gases heated in the microwave oven 2 and evacuated by the gas evacuation device 42 are preferably recirculated towards the drying device 120 in order to reduce its energy consumption.
  • the microwave oven 2 can be associated with a fossil energy heat treatment device, for example a continuously rotating kiln using a fossil fuel or a calciner flash also using fossil fuel, to pre-calcinate or complete the calcination of hydrated calcium sulfate. In this case, it will be a hybrid process. Two examples of hybrid processes are shown in Figures 4 and 5 and described below.
  • the third embodiment of the method according to the invention shown in Figure 4 is identical to the embodiment of Figure 2, except that at the outlet of the microwave oven 2, the material calcined in the oven microwave 2 is introduced into a flash calciner 230 of the industrial assembly 500.
  • the microwave oven 2 partially calcines the material here before its introduction into the flash calciner 230.
  • the set temperature of the microwave oven is here, for example, set between 150 and 400°C.
  • the flash calciner completes the calcination by bringing the material between 200 and 650°C.
  • the fourth embodiment of the method according to the invention shown in Figure 5, is similar in every respect to the embodiment of Figure 3, except that the material dried in the drying device 120 is not introduced directly in the microwave oven but in a preheating device.
  • the preheating device here is a classic fossil energy heat treatment device 185 of the industrial assembly 600.
  • the fossil fuel heat treatment device 185 heats the material before it is introduced into the furnace. It can also carry out partial calcination of hydrated calcium sulfate.
  • the set temperature of the fossil energy heat treatment device 185 is here for example set at a value between 150 and 400°C.
  • the microwave oven 2 carries out or finalizes the calcination of the material at a set temperature of between 200 and 650°C.
  • Such a microwave oven is for example described in document EP2530059.
  • G1 gypsum sample was tested in this laboratory microwave oven.
  • G1 gypsum is a natural gypsum of granular class 0/10 mm with 12% humidity.
  • the granular class is indicated according to the formalism d/D where d is the smallest representative diameter, D the largest representative diameter of the grains of the material determined by particle size analysis. This analysis is carried out here using a sieve column or a laser particle size analyzer.
  • the graphs represented in Figures 6 to 8 show the curves and levels of temperature rise measured as a function of time for each of the tests carried out. On each of the graphs, the power in watts (w) is mentioned for information purposes only. Figures 6 to 8 also show the cooling times of the different samples after calcination.
  • the analysis of artificial anhydrites obtained by calcination of G1 gypsum aims to determine the relative quantities of the different chemical compounds produced, for example the percentage of anhydrite II, III, or even I, the presence of possible traces of untransformed gypsum, as well as their characteristics, for example their crystallographic forms.
  • Such an analysis was carried out to the artificial anhydrites produced during each reference test El MW, E2 MW, El F and E2 F in tables 2 and 3. The results of these analyzes are presented in table 4.
  • the crusher, drying device, crusher, dynamic selector, bag filter storage devices, preheating device, cooling device, fossil energy heat treatment device and others elements of the industrial assembly can be of any type known to those skilled in the art and adapted to the treatment of hydrated calcium sulfate described above. They will not be described in more detail here.
  • the hydrated calcium sulfate is heated at least partially without producing carbon dioxide.
  • the process according to the invention will make it possible to considerably reduce carbon dioxide CO2 emissions from the calcination of hydrated calcium sulfate.
  • CO2 emissions per ton of calcined gypsum will be between 10 and 80 kg of CO2 equivalent. per tonne, a minimum reduction of 40% compared to the technology emitting the least CO2 at this time, flash technology.
  • the microwave oven 2 is used as shown in Figures 9 to 15.
  • This oven 2 can be used for example in one of the industrial assemblies 300; 400; 500; 600 described previously and shown in Figures 2 to 5.
  • the oven can make it possible to carry out continuous heat treatment of the materials introduced into this oven.
  • the heat-treated material is extracted from the furnace over a time range of duration greater than 4 hours, without interruption of the flow of artificial anhydrite greater than 1 minute in this time range.
  • the oven 2 notably comprises the rotating cylindrical heating body 4 which is centered on the longitudinal axis X-X positioned so as to form an angle 6 of between 0.1 and 10° relative to the 'horizontal.
  • the heating body 4 is a tube made for example of refractory steel and which is open at each of its longitudinal ends. It is provided with an external thermal insulation layer 6 wrapped around its external diameter. Different design configurations of the heating body will be described later in conjunction with Figures 13 to 15.
  • the heating body 4 is provided with an annular disc 7 which extends from the external thermal insulation layer 6 and which makes it possible to create a controlled heating volume as a function of its height.
  • Lifting blades 9 positioned inside the heating body ensure complete emptying of the heat-treated material by passing it over the annular disc 7 located at the outlet of the heating body 4.
  • the heating body 4 further comprises rolling rings 8 which are mounted around the thermal insulation layer 6 and which rest on rotating rollers 10 so as to be able to rotate the heating body. heats 4 around its longitudinal axis X-X at a speed typically between 0.1 and 40 revolutions per minute.
  • the rotating rollers 10 are mounted on a platform 12 adjustable in inclination relative to the horizontal of the angle 6 between 0.1 and 10° so as to regulate the speed of advance of the hydrated calcium sulfate introduced into the body heating 4.
  • the heating body can also include stirring blades in order to promote and control the advance of the hydrated calcium sulfate in the heating body 4 and to improve the homogenization of the temperature of the hydrated calcium sulfate and the artificial anhydrite contained in the heating body.
  • the arrangement and geometry of these stirring blades can be very variable and depend on the material (powder, aggregate, dryness at the inlet, etc.).
  • the stirring blades can be arranged in sections in the direction of the longitudinal axis of the oven or be inclined relative to this axis. Lengths can be the same for all blades or variable.
  • the profile of the blades can be triangular, straight, inclined or curved for example.
  • the speed of advance of the hydrated calcium sulfate in the heating body is controlled.
  • the oven 2 also includes two fixed covers (or flanges) 14 which are mounted on each longitudinal end of the heating body with the interposition of annular wave trapping joints 16. These covers 14 are for example made of refractory steel.
  • each cover 14 consists of a disc 14a which closes one of the longitudinal ends of the heating body and an annular collar 14b which partially covers the thermal insulation layer 6 of the heating body.
  • the wave trapping joints 16 are positioned between the flange 14b of each cover 14 and the thermal insulation layer 6 of the heating body. They ensure microwave tightness between the fixed covers and the rotating heating body despite thermal constraints and expansions.
  • each wave trapping joint 16 comprises at least one pair of discs 18 centered on the longitudinal axis X-X of the heating body and fixed on the flange 14b of the cover extending radially towards the layer thermal insulation 6 of the heating body.
  • the discs 18 are made of electrically conductive material and thermally resistant to high temperatures (of the order of 1000°C).
  • they can be made of refractory steel.
  • This particular geometry of the wave trapping joints 16 makes it possible to largely cancel any wave which would pass between the flange 14b of the cover 14 and the thermal insulation layer 6 of the heating body. Indeed, part of the incident wave passes directly along the thermal insulation layer (in a longitudinal direction) and another part enters one of the pairs of discs 18. The length traveled (in a longitudinal direction) radial direction) by this wave part in the groove 20 is such that a round trip of the wave makes it possible to obtain a phase shift of ⁇ /2 with respect to the incident wave, which has the effect of cancel this incident wave. The accumulation of several pairs of disks makes it possible to obtain zero leakage.
  • the longitudinal spacing d between the pairs of disks 18 represents a second type of wave trapping (in the longitudinal direction). Indeed, part of the incident wave escaping under the first pair of disks encountered is reflected by the disk of the next pair on its path and returns to the first pair of disks with a phase shift of ⁇ /2.
  • the oven 2 comprises the slotted waveguide 22 which is mounted inside the heating body 4 extending longitudinally between each end thereof.
  • the waveguide 22 is connected at one end to a microwave generator 24a, 24b (or to several microwave generators) and passes longitudinally through the heating body between its two longitudinal ends. It is designed to distribute microwaves in a regulated manner all along the heating body directly onto the hydrated calcium sulfate 26 to be treated.
  • the microwave generator 24a, 24b comprises a magnetron having a unit power which can vary between 1kW and 10MW, coupled to a frequency generator which can vary from 200MHz to 4000MHz.
  • the waveguide 22 can be made in a single section or in several sections connected to each other, each section being connected at one end to a microwave generator.
  • the waveguide 22 comprises two sections 22a, 22b which are connected to each other and each connected to one of the two microwave generators 24a , 24b.
  • the waveguide 22 is preferably enveloped in a thermal insulator 28 which is transparent to the microwaves generated by the wave generator.
  • this thermal insulator is made of silica and alumina or quartz fibers.
  • the waveguide 22 can also be isolated from dust by protective windows 30 (see Figure 10) which are transparent to the microwaves generated by the wave generator and resistant to high temperatures.
  • protective windows 30 are for example made of quartz or ceramic and have a thickness of between 5 and 20mm. They can be fixed to the waveguide using tabs or any other fixing system.
  • the waveguide can be placed under slight overpressure (relative to the interior of the heating body) by injecting air into one of its longitudinal ends so as to limit dust entry.
  • a dust cleaning system may be provided comprising a perforated cylinder placed on an upper face of the waveguide.
  • the cleaning phases are carried out by injection of pulsed air.
  • each waveguide 22 comprises a plurality of slots 32 which are positioned facing the hydrated calcium sulfate 26 introduced into the heating body.
  • the slots 32 of the waveguide have a substantially rectangular shape whose length is aligned with the longitudinal axis A of the waveguide.
  • the slots 32 of this exemplary embodiment are arranged on either side of the longitudinal axis A of the waveguide.
  • the arrangement and geometry of the slots 32 of the waveguide are designed on the one hand to be compatible with the frequency of microwaves used, and on the other hand so that the heating of the hydrated calcium sulfate is carried out optimally with one or more specific heating zones depending on the desired temperature profile.
  • the slots of the waveguide corresponding to the downstream temperature maintenance zone are spaced longitudinally from each other by a distance different from the distance e , and/or transversely of the longitudinal axis A of the waveguide by a distance different from the distance h.
  • the oven 2 used in the process according to the invention also comprises the hydrated calcium sulfate supply system 34 which passes through the upstream cover 14 and which opens into the heating body 4 at the first longitudinal end (or upstream end) of this one.
  • the supply can be carried out by gravity using tubes whose diameter and length are determined so as not to present wave leaks.
  • the oven includes the artificial anhydrite evacuation system 36 which passes through the downstream cover 14 and which opens into the heating body 4 at a second longitudinal end (or downstream end) thereof opposite to the first longitudinal end.
  • This evacuation system 36 can be coupled to a flow control valve 38 and to a probe 40 for measuring the temperature inside the heating body (figure 9).
  • the oven 2 also includes the gas evacuation device 42 which here includes a smoke evacuation tube. This tube can also be used for the injection of gas inside the heating body.
  • the heating body 4-1 comprises in particular an internal tube 44 which is composed of a plurality of angular plates 46 made of refractory steel and distributed angularly around the longitudinal axis XX of the body heating.
  • the plates 46 overlap two by two in the circumferential direction, each plate being able to slide tangentially on the two plates which are directly adjacent to it in order to allow the internal tube 44 to be able to absorb thermal expansions.
  • the heating body 4-1 also comprises an external tube 48 which is arranged around the internal tube 44 while being coaxial with it. Studs 50 extending in radial directions make it possible to connect the outer tube 48 to the plates of the inner tube 44.
  • a thermal insulator 52 is positioned in the annular space formed between the internal tube 44 and the external tube 48.
  • the heating body 4-2 comprises an internal tube 54 which is made of refractory steel and which is in one piece, as well as an external tube 48 which is arranged around the internal tube being coaxial.
  • a plurality of leaf springs 56 (or struts) extending in directions tangential to the internal tube connect the external tube 48 to the internal tube 54.
  • a thermal insulator 52 is positioned in the annular space formed between the internal tube 54 and the external tube 48.
  • the heating body 4-3 comprises an internal tube 58 which is made of refractory steel, one-piece and split longitudinally to allow it to expand in the circumferential direction.
  • the internal tube 58 has a discontinuity 60, the two angular ends of the internal tube delimiting this discontinuity being connected to each other by a plate 62 screwed onto the internal tube.
  • the heating body 4-3 also comprises an external tube 48 which is arranged around the internal tube 58 while being coaxial with it, and a thermal insulator 52 positioned in the annular space formed between the internal tube and the external tube.
  • the rotary oven also includes devices (not shown in the figures) for gas tightness and for thermal insulation between the heating body and the fixed covers.
  • these devices may be thermal fabric seals.

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Abstract

The invention relates to a method for the industrial production of synthetic anhydrite using a microwave furnace (2) provided with: - a heating unit (4), - at least one microwave generator (24a, 24b) and at least one waveguide (22) extending in a longitudinal direction inside the heating unit (4), the method comprising the following steps: a) introducing calcium sulfate hydrate inside the heating unit (4), b) exposing the calcium sulfate hydrate introduced into the heating unit (4) to the microwaves emitted by said at least one microwave generator (24a, 24b) and conveyed in the heating unit (4) by said at least one waveguide (22), so as to dehydrate at least one portion of the calcium sulfate hydrate introduced and produce a synthetic anhydrite, c) extracting from the heating unit (4) the synthetic anhydrite produced.

Description

Description Description
Titre de l'invention : Procédé de production industrielle d'anhydrite artificielle Title of the invention: Process for the industrial production of artificial anhydrite
La présente invention concerne de manière générale le domaine de la production d'anhydrite artificielle. The present invention generally relates to the field of artificial anhydrite production.
Elle concerne plus particulièrement un procédé de production industrielle d'anhydrite artificielle utilisant un dispositif de traitement thermique à micro-ondes. It relates more particularly to a process for the industrial production of artificial anhydrite using a microwave heat treatment device.
L'anhydrite est un composé chimique de sulfate de calcium anhydre dont les caractéristiques cristallochimiques peuvent varier en fonction de la plage de température à laquelle il a été produit. Ainsi, on distingue habituellement pour l'anhydrite quatre principales phases cristallographiques : l'anhydrite I, l'anhydrite II ou P, l'anhydrite III ou a et l'anhydrite sous sa forme naturelle. Anhydrite is an anhydrous calcium sulfate chemical compound whose crystallochemical characteristics can vary depending on the temperature range at which it was produced. Thus, we usually distinguish four main crystallographic phases for anhydrite: anhydrite I, anhydrite II or P, anhydrite III or a and anhydrite in its natural form.
L'anhydrite artificielle est obtenue par chauffage de sulfate de calcium hydraté, par exemple du gypse naturel, en vue de sa déshydratation. Le gypse naturel est une espèce minérale composée de sulfate dihydraté de calcium, de formule chimique CaSC 2 H2O. Ce chauffage est aussi appelé « calcination ».Artificial anhydrite is obtained by heating hydrated calcium sulfate, for example natural gypsum, with a view to its dehydration. Natural gypsum is a mineral species composed of calcium sulfate dihydrate, with the chemical formula CaSC 2 H2O. This heating is also called “calcination”.
L'anhydrite I est obtenue par calcination au-delà de 700°C. L'anhydrite II est obtenue par calcination du gypse entre 350 °C et 700 °C, idéalement 500 °C, suivie d'une trempe thermique pour stabiliser cette phase métastable. L'anhydrite III est obtenue par calcination du gypse entre 200 °C et 350 °C, idéalement 250 °C, suivie d'une trempe thermique pour stabiliser cette phase métastable. Anhydrite I is obtained by calcination above 700°C. Anhydrite II is obtained by calcination of gypsum between 350°C and 700°C, ideally 500°C, followed by thermal quenching to stabilize this metastable phase. Anhydrite III is obtained by calcination of gypsum between 200°C and 350°C, ideally 250°C, followed by thermal quenching to stabilize this metastable phase.
On désignera dans la suite l'ensemble de ces trois formes, anhydrite I, Il et III sous l'appellation « anhydrite artificielle ». La figure 1 montre le diagramme de phases correspondant de l'anhydrite.We will hereinafter refer to all of these three forms, anhydrite I, II and III under the name “artificial anhydrite”. Figure 1 shows the corresponding phase diagram of anhydrite.
Les différentes formes d'anhydrites regroupées au sein de l'appellation « anhydrite artificielle » se distinguent entre elles par leur structure cristalline et par leur différence de solubilité dans l'eau.The different forms of anhydrites grouped within the name “artificial anhydrite” are distinguished from each other by their crystal structure and by their difference in solubility in water.
La solubilité de l'anhydrite III est par exemple près de trois fois supérieure à celle de l'anhydrite II à température ambiante. The solubility of anhydrite III is, for example, almost three times greater than that of anhydrite II at room temperature.
Les anhydrites artificielles sont potentiellement employées dans un champ d'applications variées, comme la production de liants hydrauliques, de plâtres, de mortiers, de chapes fluides etc... Artificial anhydrites are potentially used in a varied field of applications, such as the production of hydraulic binders, plasters, mortars, fluid screeds, etc.
Les procédés actuellement utilisés pour la production d'anhydrite artificielle utilisent l'un des dispositifs de chauffage suivant : un four rotatif utilisant un combustible fossile (gaz ou fuel) avec un temps de calcination de 1 ou 2 heures et un calcinateur flash utilisant un combustible fossile (gaz ou fuel) avec un temps de calcination de quelques secondes. Ces dispositifs utilisant des énergies fossiles, les procédés de production associés sont à l'origine d'émissions de gaz de combustion dans l'atmosphère, comprenant du dioxyde de carbone CO2 et d'autres polluants atmosphériques. Sur les procédés à calcination longue, les émissions de CO2 par tonne de gypse calcinée sont estimées entre 100 et 250 kg d'équivalent CO2 en fonction des températures et des temps de chauffage. Sur le procédé de calcination courte avec un calcinateur flash, les émissions de CO2 par tonne de gypse calcinée sont de l'ordre de 50 à 150 kg d'équivalent CO2 selon les températures de chauffage utilisées. The processes currently used for the production of artificial anhydrite use one of the following heating devices: a rotary kiln using a fossil fuel (gas or oil) with a calcination time of 1 or 2 hours and a flash calciner using a fossil fuel fossil (gas or fuel) with a calcination time of a few seconds. These devices use fossil fuels and the associated production processes cause emissions of combustion gases into the atmosphere, including carbon dioxide CO2 and other air pollutants. On long calcination processes, CO2 emissions per tonne of calcined gypsum are estimated between 100 and 250 kg of CO2 equivalent depending on temperatures and heating times. On the short calcination process with a flash calciner, CO2 emissions per tonne of calcined gypsum are of the order of 50 to 150 kg of CO2 equivalent depending on the heating temperatures used.
On connaît les documents suivants concernant de tels procédés : EP0492567 qui mentionne un procédé de production industrielle d'anhydrites artificielles utilisant un four muni d'un corps de chauffe, et CN102519247 qui mentionne un chauffage indirect de matériaux frittés par des microondes émises dans un tube céramique, les matériaux frittés étant à l'extérieur du tube et étant soumis au rayonnement thermique du tube. The following documents are known concerning such processes: EP0492567 which mentions a process for the industrial production of artificial anhydrites using an oven equipped with a heating body, and CN102519247 which mentions indirect heating of sintered materials by microwaves emitted in a tube ceramic, the sintered materials being outside the tube and being subjected to thermal radiation from the tube.
Afin de limiter les rejets dans l'atmosphère de gaz de combustion liés à l'utilisation d'énergie fossile, la présente invention propose un procédé de production industrielle d'anhydrite artificielle utilisant un four à micro-ondes muni d'un corps de chauffe, d'au moins un générateur de micro-ondes et d'au moins un guide d'ondes s'étendant suivant une direction longitudinale à l'intérieur du corps de chauffe, ledit procédé comportant les étapes suivantes : a) on introduit du sulfate de calcium hydraté à l'intérieur du corps de chauffe, b) on expose le sulfate de calcium hydraté introduit dans le corps de chauffe aux micro-ondes émises par ledit au moins un générateur de micro-ondes et acheminées dans le corps de chauffe par ledit au moins un guide d'ondes, de manière à déshydrater au moins une partie du sulfate de calcium hydraté introduit et produire une anhydrite artificielle, c) on extrait du corps de chauffe l'anhydrite artificielle produite. In order to limit emissions into the atmosphere of combustion gases linked to the use of fossil energy, the present invention proposes a process for the industrial production of artificial anhydrite using a microwave oven provided with a heating body , at least one microwave generator and at least one waveguide extending in a longitudinal direction inside the heating body, said method comprising the following steps: a) sulfate is introduced of hydrated calcium inside the heating body, b) the hydrated calcium sulfate introduced into the heating body is exposed to microwaves emitted by said at least one microwave generator and conveyed into the heating body by said at least one waveguide, so as to dehydrate at least part of the hydrated calcium sulfate introduced and produce an artificial anhydrite, c) the artificial anhydrite produced is extracted from the heating body.
Ainsi, grâce au procédé l'invention, le sulfate de calcium hydraté est calciné au moins partiellement par un four à micro-ondes alimenté électriquement. Les rejets de gaz de combustion sont réduits par rapport à un procédé classique. Thus, thanks to the process of the invention, the hydrated calcium sulfate is calcined at least partially by an electrically powered microwave oven. Combustion gas emissions are reduced compared to a conventional process.
Pour déshydrater le sulfate de calcium introduit, on le porte à une température adaptée, pendant une durée suffisante à la réalisation de cette déshydratation. La température adaptée pour déshydrater au moins une partie du sulfate de calcium introduit est par exemple comprise entre 150 et 800 degrés Celsius. La durée suffisante de chauffage pour déshydrater ladite au moins une partie du sulfate de calcium hydraté introduit dépend de la température utilisée, et de la composition et de la forme du matériau contenant le sulfate de calcium utilisé. Cette durée suffisante est typiquement comprise entre 5 minutes et 240 minutes. La déshydratation est aussi appelée ici « calcination ». Le procédé selon l'invention présente en outre l'avantage de concentrer les micro-ondes sur un lit de matériaux en mouvement pour homogénéiser le chauffage. La température de chauffage du sulfate de calcium hydraté est particulièrement bien maîtrisée, ce qui assure des propriétés satisfaisantes et uniformes pour l'anhydrite artificielle produite par ce procédé. To dehydrate the calcium sulfate introduced, it is brought to a suitable temperature for a sufficient time to carry out this dehydration. The temperature suitable for dehydrating at least part of the calcium sulfate introduced is for example between 150 and 800 degrees Celsius. The sufficient heating time to dehydrate said at least part of the hydrated calcium sulfate introduced depends on the temperature used, and the composition and shape of the material containing the calcium sulfate used. This sufficient duration is typically between 5 minutes and 240 minutes. Dehydration is also called here “calcination”. The method according to the invention also has the advantage of concentrating the microwaves on a bed of moving materials to homogenize the heating. The heating temperature of hydrated calcium sulfate is particularly well controlled, which ensures satisfactory and uniform properties for the artificial anhydrite produced by this process.
Avantageusement, la méthode selon l'invention permet de réaliser la production d'anhydrite artificielle en continu. Advantageously, the method according to the invention makes it possible to produce artificial anhydrite continuously.
En pratique, la production est dite « continue » car il est possible de réaliser l'étape c) d'extraction de l'anhydrite artificielle produite sur une plage de temps de durée supérieure à 4 heures, sans interruption supérieure à 1 minute. En d'autres termes, le débit d'anhydrite artificielle extraite du four à micro-ondes ne présente pas d'interruption de plus d'une minute pendant une durée d'extraction d'au moins 4 heures. In practice, the production is called "continuous" because it is possible to carry out step c) of extraction of the artificial anhydrite produced over a time range of more than 4 hours, without interruption of more than 1 minute. In other words, the flow of artificial anhydrite extracted from the microwave oven does not present an interruption of more than one minute during an extraction duration of at least 4 hours.
D'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du procédé conforme à l'invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :Other non-limiting and advantageous characteristics of the process according to the invention, taken individually or in all technically possible combinations, are as follows:
- le corps de chauffe du four à micro-ondes s'étendant selon un axe longitudinal entre deux extrémités longitudinales opposées, le sulfate de calcium est introduit, à l'étape a), à une première des deux extrémités longitudinales du corps de chauffe, à l'étape b) on fait avancer le sulfate de calcium hydraté et/ou l'anhydrite artificielle contenus dans le corps de chauffe selon une direction parallèle à l'axe longitudinal du corps de chauffe, de la première extrémité longitudinale vers une deuxième extrémité longitudinale, et l'anhydrite artificielle est extraite, à l'étape c), à la deuxième extrémité longitudinale du corps de chauffe ; la production de l'anhydrite artificielle est réalisée en continu;- the heating body of the microwave oven extending along a longitudinal axis between two opposite longitudinal ends, the calcium sulfate is introduced, in step a), at a first of the two longitudinal ends of the heating body, in step b) the hydrated calcium sulfate and/or the artificial anhydrite contained in the heating body are advanced in a direction parallel to the longitudinal axis of the heating body, from the first longitudinal end towards a second end longitudinal, and the artificial anhydrite is extracted, in step c), at the second longitudinal end of the heating body; the production of artificial anhydrite is carried out continuously;
- ledit guide d'ondes comprend un guide d'ondes à fentes monté à l'intérieur du corps de chauffe s'étendant selon une direction longitudinale parallèle à l'axe longitudinal du corps de chauffe et raccordé à l'une de ses extrémités audit générateur de micro-ondes ; à l'étape a), le sulfate de calcium hydraté est introduit dans le corps de chauffe par un système d'alimentation débouchant dans le corps de chauffe à la première desdites deux extrémités longitudinales de celui-ci ; à l'étape c), on extrait l'anhydrite artificielle par un système d'évacuation s'ouvrant dans le corps de chauffe à la deuxième extrémité longitudinale de celui-ci, et au cours de l'étape b), on met en rotation ledit corps de chauffe autour de son axe longitudinal, on incline l'axe longitudinal du corps de chauffe par rapport à l'horizontale de façon à réguler la vitesse d'avance du sulfate de calcium hydraté dans le corps de chauffe ; - said waveguide comprises a slotted waveguide mounted inside the heating body extending in a longitudinal direction parallel to the longitudinal axis of the heating body and connected to one of its ends to said microwave generator; in step a), the hydrated calcium sulfate is introduced into the heating body by a supply system opening into the heating body at the first of said two longitudinal ends thereof; in step c), the artificial anhydrite is extracted by an evacuation system opening into the heating body at the second longitudinal end thereof, and during step b), we put in rotating said heating body around its longitudinal axis, the longitudinal axis of the heating body is inclined relative to the horizontal so as to regulate the speed of advance of the hydrated calcium sulfate in the heating body;
- on piège les micro-ondes à l'intérieur du four grâce à deux capots fixes, chaque capot étant monté sur l'une des extrémités longitudinales du corps de chauffe avec interposition de joints annulaires de piégeage d'ondes ;- the microwaves are trapped inside the oven using two fixed covers, each cover being mounted on one of the longitudinal ends of the heating body with the interposition of annular seals of wave trapping;
- à l'étape b), on évacue les gaz libérés lors du chauffage du sulfate de calcium hydraté par un dispositif d'évacuation assurant une mise en dépression du corps de chauffe du four et/ou on injecte des gaz à l'intérieur du corps de chauffe ;- in step b), the gases released during the heating of the hydrated calcium sulfate are evacuated by an evacuation device ensuring a depression of the heating body of the oven and/or gases are injected inside the heater ;
- le four comportant deux générateurs de micro-ondes et deux guides d'ondes correspondant et le corps de chauffe du four comportant une première partie dans laquelle s'étend un premier desdits deux guides d'ondes associé à un premier desdits deux générateurs de micro-ondes et une deuxième partie dans laquelle s'étend le deuxième guide d'ondes associé au deuxième générateur de microondes ; à l'étape b), le sulfate de calcium hydraté traverse successivement la première partie puis la deuxième partie du corps de chauffe, lesdites première et deuxième parties du corps de chauffe présentant des profils de température différents ;- the oven comprising two microwave generators and two corresponding wave guides and the heating body of the oven comprising a first part in which extends a first of said two wave guides associated with a first of said two microwave generators -waves and a second part in which the second waveguide associated with the second microwave generator extends; in step b), the hydrated calcium sulfate passes successively through the first part then the second part of the heating body, said first and second parts of the heating body having different temperature profiles;
- le premier générateur de micro-ondes et le premier guide d'ondes étant configurés de manière à produire une augmentation progressive de la température le long de la première partie du corps de chauffe et le deuxième générateur de micro-ondes et le deuxième guide d'ondes étant configurés de manière à maintenir une température cible constante le long de la deuxième partie du corps de chauffe, à l'étape b) le sulfate de calcium hydraté est soumis à l'augmentation progressive de la température le long de la première partie du corps de chauffe puis est maintenu à la température cible le long de la deuxième partie du corps de chauffe ;- the first microwave generator and the first wave guide being configured so as to produce a progressive increase in the temperature along the first part of the heating body and the second microwave generator and the second guide the waves being configured so as to maintain a constant target temperature along the second part of the heating body, in step b) the hydrated calcium sulfate is subjected to the progressive increase in temperature along the first part of the heating body then is maintained at the target temperature along the second part of the heating body;
- à l'étape a), le sulfate de calcium hydraté introduit dans le corps de chauffe comprend au moins l'un des composants suivants : du gypse naturel, des sulfates de calcium d'origine industrielle, du phosphogypse, du désulfogypse, du fluorogypse, du borogypse ou un mélange de ces composants ;- in step a), the hydrated calcium sulfate introduced into the heating body comprises at least one of the following components: natural gypsum, calcium sulfates of industrial origin, phosphogypsum, desulfogypsum, fluorogypsum , borogypsum or a mixture of these components;
- à l'étape b) on chauffe le sulfate de calcium hydraté à une température comprise entre 150 et 800 degrés Celsius pour réaliser une déshydratation d'au moins une partie de ce sulfate de calcium hydraté ; - in step b) the hydrated calcium sulfate is heated to a temperature between 150 and 800 degrees Celsius to achieve dehydration of at least part of this hydrated calcium sulfate;
- on sèche le sulfate de calcium hydraté à l'aide d'un dispositif de séchage avant son introduction dans le corps de chauffe ;- the hydrated calcium sulfate is dried using a drying device before its introduction into the heating body;
- on broie le sulfate de calcium hydraté avant son introduction dans le corps de chauffe ;- the hydrated calcium sulfate is crushed before its introduction into the heating body;
- après broyage, on filtre le sulfate de calcium hydraté et/ou on le stocke avant son introduction dans le corps de chauffe ;- after grinding, the hydrated calcium sulfate is filtered and/or stored before its introduction into the heating body;
- avant son introduction dans le corps de chauffe, le sulfate de calcium hydraté est préchauffé dans un dispositif de préchauffage ;- before its introduction into the heating body, the hydrated calcium sulfate is preheated in a preheating device;
- avant son préchauffage, on sèche le sulfate de calcium hydraté à l'aide d'un dispositif de séchage, et selon lequel les gaz chauffés dans le dispositif de préchauffage et/ou les gaz libérés lors de la calcination du sulfate de calcium hydraté dans le four sont recirculés vers le dispositif de séchage ; - les gaz libérés lors du chauffage pour la calcination du sulfate de calcium hydraté dans le four sont recirculés vers le dispositif de préchauffage ;- before preheating, the hydrated calcium sulfate is dried using a drying device, and according to which the gases heated in the preheating device and/or the gases released during the calcination of the hydrated calcium sulfate in the oven are recirculated to the drying device; - the gases released during heating for the calcination of hydrated calcium sulfate in the oven are recirculated to the preheating device;
- après l'étape c), l'anhydrite artificielle est calcinée à nouveau à l'aide d'un calcinateur flash à énergie fossile ; - after step c), the artificial anhydrite is calcined again using a fossil fuel flash calciner;
- après l'étape c), l'anhydrite artificielle est acheminée à travers un système de refroidissement pour être refroidie ;- after step c), the artificial anhydrite is routed through a cooling system to be cooled;
- avant son introduction dans le corps de chauffe, le sulfate de calcium hydraté est préchauffé dans un dispositif de préchauffage et selon lequel la chaleur de l'anhydrite artificielle récupérée par le système de refroidissement est réutilisée par le dispositif de préchauffage ;- before its introduction into the heating body, the hydrated calcium sulfate is preheated in a preheating device and according to which the heat of the artificial anhydrite recovered by the cooling system is reused by the preheating device;
- on broie l'anhydrite artificielle après son extraction hors du corps de chauffe ; l'anhydrite artificielle broyée est filtrée et/ou stockée ;- the artificial anhydrite is crushed after its extraction from the heating body; the crushed artificial anhydrite is filtered and/or stored;
- avant l'étape a), le sulfate de calcium hydraté est préchauffé par acheminement à travers un dispositif de traitement thermique à énergie fossile ;- before step a), the hydrated calcium sulfate is preheated by conveying it through a fossil energy heat treatment device;
- avant son préchauffage, on sèche le sulfate de calcium hydraté à l'aide d'un dispositif de séchage, et selon lequel les gaz chauffés dans le dispositif de traitement thermique à énergie fossile et/ou dans le four sont recirculés vers le dispositif de séchage ;- before preheating, the hydrated calcium sulfate is dried using a drying device, and according to which the gases heated in the fossil energy heat treatment device and/or in the oven are recirculated towards the heating device drying;
- le corps de chauffe étant muni intérieurement de pales de brassage qui s'étendent de manière inclinée par rapport à l'axe longitudinal du corps de chauffe et sont solidaires en rotation avec celui- ci, et à l'étape b), on met en rotation les pales de brassage avec le corps de chauffe tout en inclinant l'axe longitudinal de celui-ci pour faire avancer le sulfate de calcium hydraté et/ou l'anhydrite artificielle contenus dans le corps de chauffe ;- the heating body being provided internally with stirring blades which extend in an inclined manner relative to the longitudinal axis of the heating body and are integral in rotation with it, and in step b), we put in rotation the stirring blades with the heating body while tilting the longitudinal axis thereof to advance the hydrated calcium sulfate and/or the artificial anhydrite contained in the heating body;
- on calcine le sulfate de calcium hydraté sans produire de dioxyde de carbone. - the hydrated calcium sulfate is calcined without producing carbon dioxide.
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. The description which follows with reference to the appended drawings, given as non-limiting examples, will make it clear what the invention consists of and how it can be carried out.
Sur les dessins annexés : On the attached drawings:
[Fig. 1] est une vue schématique d'un diagramme de phase de l'anhydrite, [Fig. 1] is a schematic view of an anhydrite phase diagram,
[Fig. 2] est une vue schématique d'un premier ensemble industriel mettant en œuvre un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention, [Fig. 2] is a schematic view of a first industrial assembly implementing a first embodiment of the method according to the invention,
[Fig. 3] est une vue schématique d'un deuxième ensemble industriel mettant en œuvre un deuxième mode de réalisation du procédé selon l'invention, [Fig. 3] is a schematic view of a second industrial assembly implementing a second embodiment of the method according to the invention,
[Fig. 4] est une vue schématique d'un troisième ensemble industriel mettant en œuvre un troisième mode de réalisation du procédé selon l'invention, [Fig. 5] est une vue schématique d'un quatrième ensemble industriel mettant en œuvre un quatrième mode de réalisation du procédé selon l'invention, [Fig. 4] is a schematic view of a third industrial assembly implementing a third embodiment of the method according to the invention, [Fig. 5] is a schematic view of a fourth industrial assembly implementing a fourth embodiment of the method according to the invention,
[Fig. 6] est un graphe représentant la variation de la température d'un échantillon de gypse G1 en fonction du temps lorsqu'il est calciné dans un four à micro-ondes avec une température de consigne de 250°C pendant 2 minutes, le gypse G1 étant un gypse naturel de classe granulaire 0/10 mm avec 12% d'humidité, [Fig. 6] is a graph representing the variation of the temperature of a sample of gypsum G1 as a function of time when it is calcined in a microwave oven with a set temperature of 250°C for 2 minutes, gypsum G1 being a natural gypsum of granular class 0/10 mm with 12% humidity,
[Fig. 7] est un graphe représentant la variation de la température d'un échantillon de gypse G1 en fonction du temps lorsqu'il est calciné dans un four à micro-ondes avec une température de consigne de 350°C pendant 2 minutes, [Fig. 7] is a graph representing the variation in the temperature of a gypsum sample G1 as a function of time when it is calcined in a microwave oven with a set temperature of 350°C for 2 minutes,
[Fig. 8] est un graphe représentant la variation de la température d'un échantillon de gypse G1 en fonction du temps lorsqu'il est calciné dans un four à micro-ondes avec une température de consigne de 500°C pendant 2 minutes, [Fig. 8] is a graph representing the variation in the temperature of a gypsum sample G1 as a function of time when it is calcined in a microwave oven with a set temperature of 500°C for 2 minutes,
[Fig. 9] est une vue schématique en coupe longitudinale d'un four à micro-ondes muni d'un corps de chauffe cylindrique rotatif utilisé pour la mise en œuvre des modes de réalisation du procédé représentés sur les figures 2 à 5, [Fig. 9] is a schematic view in longitudinal section of a microwave oven provided with a rotating cylindrical heating body used for implementing the embodiments of the method shown in Figures 2 to 5,
[Fig. 10] est une vue en coupe selon le plan ll-ll de la figure 9, [Fig. 10] is a sectional view along the plane ll-ll of Figure 9,
[Fig. 11] est une vue schématique montrant un exemple de joint de piégeage d'ondes du four à microondes de la figure 9, [Fig. 11] is a schematic view showing an example of a wave trapping joint of the microwave oven of Figure 9,
[Fig. 12] est une vue schématique montrant un exemple de guide d'ondes à fentes du four à microondes de la figure 9, [Fig. 12] is a schematic view showing an example of a slotted waveguide of the microwave oven of Figure 9,
[Fig. 13] est une vue schématique en coupe transversale d'un premier exemple de corps de chauffe du four à micro-ondes de la figure 9, [Fig. 13] is a schematic cross-sectional view of a first example of a heating body of the microwave oven of Figure 9,
[Fig. 14] est une vue schématique en coupe transversale d'un deuxième exemple de corps de chauffe du four à micro-ondes de la figure 9, [Fig. 14] is a schematic cross-sectional view of a second example of the heating body of the microwave oven of Figure 9,
[Fig. 15] est une vue schématique en coupe transversale d'un troisième exemple de corps de chauffe du four à micro-ondes de la figure 9. [Fig. 15] is a schematic cross-sectional view of a third example of the heating body of the microwave oven of Figure 9.
Dans la description qui va suivre, par convention, le termes « amont » et « aval » seront utilisés par référence au sens du cheminement des matériaux introduits dans le four à micro-ondes, et plus généralement en référence au sens du cheminement des matériaux puis des produits dans l'ensemble industriel utilisé pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention. En préliminaire, on notera que, d'une figure à l'autre, les éléments identiques ou similaires des différents exemples de mise en œuvre de l'invention seront référencés par les mêmes signes de référence et ne seront pas décrits à chaque fois. In the description which follows, by convention, the terms "upstream" and "downstream" will be used with reference to the direction of the flow of the materials introduced into the microwave oven, and more generally with reference to the direction of the flow of the materials then products in the industrial assembly used for the implementation of the process according to the invention. As a preliminary point, it should be noted that, from one figure to another, the identical or similar elements of the different examples of implementation of the invention will be referenced by the same reference signs and will not be described each time.
L'invention concerne un procédé de production industrielle d'anhydrite artificielle à partir de sulfate de calcium hydraté. Le tableau suivant résume les principales propriétés des composés de cette famille. On souhaite favoriser la production d'anhydrite artificielle soluble, c'est-à-dire d'anhydrite (II) ou (III). The invention relates to a process for the industrial production of artificial anhydrite from hydrated calcium sulfate. The following table summarizes the main properties of the compounds in this family. We wish to promote the production of soluble artificial anhydrite, that is to say anhydrite (II) or (III).
[Table 1]
Figure imgf000009_0001
[Table 1]
Figure imgf000009_0001
Sur les figures 2 à 5, on a représenté quatre modes de réalisation d'un ensemble industriel 300 ; 400 ; 500 ; 600 adapté à mettre en œuvre le procédé selon l'invention. In Figures 2 to 5, four embodiments of an industrial assembly 300 are shown; 400; 500; 600 adapted to implement the method according to the invention.
Chacun de ces ensembles industriels 300 ; 400 ; 500 ; 600 comprend de manière remarquable un four à micro-ondes 2 utilisé selon le procédé de l'invention pour produire l'anhydrite artificielle. Each of these industrial units 300; 400; 500; 600 remarkably comprises a microwave oven 2 used according to the process of the invention to produce artificial anhydrite.
Ce four à micro-ondes 2 est muni d'un corps de chauffe 4 s'étendant selon un axe longitudinal X-X entre deux extrémités longitudinales opposées, d'au moins un générateur de micro-ondes 24a, 24b et d'au moins un guide d'ondes 22 s'étendant à l'intérieur du corps de chauffe 4 (voir figures 2 et 9). Ce corps de chauffe 4 est ici cylindrique et rotatif. This microwave oven 2 is provided with a heating body 4 extending along a longitudinal axis X-X between two opposite longitudinal ends, with at least one microwave generator 24a, 24b and at least one guide of waves 22 extending inside the heating body 4 (see Figures 2 and 9). This heating body 4 is here cylindrical and rotary.
Selon le procédé de l'invention, on effectue les étapes suivantes : a) on introduit du sulfate de calcium hydraté à l'intérieur du corps de chauffe, b) on expose le sulfate de calcium hydraté introduit dans le corps de chauffe aux micro-ondes émises par le générateur de micro-ondes et acheminées dans le corps de chauffe par le guide d'ondes, de manière à déshydrater au moins une partie du sulfate de calcium hydraté introduit et produire une anhydrite artificielle, c) on extrait du corps de chauffe l'anhydrite artificielle produite. De manière générale, ledit guide d'ondes 22 est monté à l'intérieur du corps de chauffe 4. Il s'étend selon une direction longitudinale parallèle à l'axe longitudinal X-X du corps de chauffe 4 et est raccordé à l'une de ses deux extrémités F, F' audit générateur de micro-ondes 24a, 24b (figures 1 à 5, 9 et 12). Le corps de chauffe 4 comprend une cavité interne qui accueille les matériaux introduits dans ce corps de chauffe. Un exemple de four à micro-ondes adapté à la mise en œuvre du procédé selon l'invention sera décrit plus en détails ultérieurement en référence aux figures 9 à 15. According to the process of the invention, the following steps are carried out: a) hydrated calcium sulfate is introduced inside the heating body, b) the hydrated calcium sulfate introduced into the heating body is exposed to micro- waves emitted by the microwave generator and conveyed into the heating body by the wave guide, so as to dehydrate at least part of the hydrated calcium sulfate introduced and produce an artificial anhydrite, c) extracting from the body of heats the artificial anhydrite produced. Generally, said waveguide 22 is mounted inside the heating body 4. It extends in a longitudinal direction parallel to the longitudinal axis XX of the heating body 4 and is connected to one of its two ends F, F' to said microwave generator 24a, 24b (Figures 1 to 5, 9 and 12). The heating body 4 includes an internal cavity which accommodates the materials introduced into this heating body. An example of a microwave oven suitable for implementing the method according to the invention will be described in more detail later with reference to Figures 9 to 15.
Etape a) Step a)
A l'étape a), le sulfate de calcium hydraté introduit dans le corps de chauffe 4 du four 2 comprend un unique composant ou plusieurs composants. Ces composants présentent différentes compositions chimiques et/ou différentes structures cristallographiques. In step a), the hydrated calcium sulfate introduced into the heating body 4 of the oven 2 comprises a single component or several components. These components have different chemical compositions and/or different crystallographic structures.
En particulier, le sulfate de calcium hydraté peut contenir au moins l'un des composants suivants : du gypse naturel, des sulfates de calcium d'origine industrielle, du phosphogypse, du désulfogypse, du fluorogypse, du borogypse ou un mélange de ces composants. In particular, the hydrated calcium sulfate may contain at least one of the following components: natural gypsum, calcium sulfates of industrial origin, phosphogypsum, desulfogypsum, fluorogypsum, borogypsum or a mixture of these components.
En référence au tableau précédent, le sulfate de calcium hydraté introduit dans le corps de chauffe 4 peut contenir par exemple du sulfate de calcium dihydraté (Gypse) ou du sulfate de calcium semihydraté : a-hémihydraté ou p-hémihydraté. With reference to the previous table, the hydrated calcium sulfate introduced into the heating body 4 may contain for example calcium sulfate dihydrate (Gypsum) or calcium sulfate hemihydrate: a-hemihydrate or p-hemihydrate.
Le matériau est introduit dans le corps de chauffe 4 du four 2 de préférence sous une forme divisée, par exemple sous la forme d'une poudre. Les particules du matériau présentent de préférence une taille inférieure à 80 microns. Cette forme divisée peut être naturelle ou obtenue par broyage ou micronisation. The material is introduced into the heating body 4 of the oven 2 preferably in a divided form, for example in the form of a powder. The particles of the material preferably have a size less than 80 microns. This divided form can be natural or obtained by grinding or micronization.
En pratique, à l'étape a), on introduit le sulfate de calcium hydraté dans le four 2 grâce à un système d'alimentation 34 débouchant dans le corps de chauffe 4 à une première desdites deux extrémités longitudinales de celui-ci. Un exemple d'un tel système d'alimentation sera décrit ultérieurement.In practice, in step a), the hydrated calcium sulfate is introduced into the oven 2 using a supply system 34 opening into the heating body 4 at a first of said two longitudinal ends thereof. An example of such a power system will be described later.
En pratique, le sulfate de calcium est introduit, à l'étape a), à une première des deux extrémités longitudinales du corps de chauffe. In practice, the calcium sulfate is introduced, in step a), at a first of the two longitudinal ends of the heating body.
Etape b) Step b)
Le matériau introduit dans le corps de chauffe 4 du four 2 est chauffé par les micro-ondes. Ce chauffage permet différents traitements thermiques simultanés du matériau, notamment son séchage, sa montée en température et sa déshydratation. Le séchage correspond ici à une déshydratation superficielle du matériau. La déshydratation du sulfate de calcium hydraté sous haute température est réalisée jusqu'au cœur du matériau, en volume, et sera également appelé « calcination » dans la suite. The material introduced into the heating body 4 of the oven 2 is heated by microwaves. This heating allows different simultaneous thermal treatments of the material, in particular its drying, its rise in temperature and its dehydration. Drying here corresponds to superficial dehydration of the material. The dehydration of hydrated calcium sulfate under high temperature is carried out down to the heart of the material, in volume, and will also be called "calcination" in the following.
On chauffe de préférence le sulfate de calcium hydraté à une température comprise entre 150 et 800 degrés Celsius pour réaliser la déshydratation par calcination de ce composé. En variante, on chauffe le sulfate de calcium hydraté à une température par exemple égale à 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750 ou 800 degrés Celsius. On chauffe de préférence le sulfate de calcium hydraté pendant un temps compris entre 5 minutes et 240 minutes, qui dépend du matériau et de la température utilisée. The hydrated calcium sulfate is preferably heated to a temperature between 150 and 800 degrees Celsius to carry out dehydration by calcination of this compound. Alternatively, the hydrated calcium sulfate is heated to a temperature for example equal to 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750 or 800 degrees Celsius. The hydrated calcium sulfate is preferably heated for a time of between 5 minutes and 240 minutes, which depends on the material and the temperature used.
Ces traitements thermiques peuvent occasionner la libération de gaz. La déshydratation du sulfate de calcium produit de la vapeur d'eau. These heat treatments can cause the release of gas. Dehydration of calcium sulfate produces water vapor.
Pendant le chauffage du sulfate de calcium hydraté, on évacue les gaz libérés par un dispositif d'évacuation 42 des gaz (figures 2 à 5 et 9) assurant une mise en dépression du corps de chauffe 4 du four 2. During heating of the hydrated calcium sulfate, the gases released are evacuated by a gas evacuation device 42 (Figures 2 to 5 and 9) ensuring a depression of the heating body 4 of the oven 2.
Le sulfate de calcium hydraté est ainsi traité thermiquement dans le four 2 sous une atmosphère «fermée». The hydrated calcium sulfate is thus heat treated in oven 2 under a “closed” atmosphere.
On peut également prévoir d'injecter des gaz à l'intérieur du corps de chauffe 4. Cette injection peut par exemple être réalisée au droit du guide d'ondes afin d'éviter l'entrée de poussière dans ce dernier.It is also possible to inject gases inside the heating body 4. This injection can for example be carried out in line with the waveguide in order to avoid the entry of dust into the latter.
Etape c) Step c)
A l'étape c), l'anhydrite artificielle produite par la calcination du sulfate de calcium hydraté à l'étape b) est sortie hors du corps de chauffe 4 du four 2. In step c), the artificial anhydrite produced by the calcination of the hydrated calcium sulfate in step b) exits the heating body 4 of the oven 2.
En pratique, l'anhydrite artificielle est sortie du four 2 par un système d'évacuation 36 s'ouvrant dans le corps de chauffe 4 à une deuxième extrémité longitudinale de celui-ci opposée à la première extrémité longitudinale. Ainsi, l'anhydrite artificielle est extraite, à l'étape c), à la deuxième extrémité longitudinale du corps de chauffe. Un exemple d'un système d'évacuation sera décrit ultérieurement.In practice, the artificial anhydrite leaves the oven 2 via an evacuation system 36 opening into the heating body 4 at a second longitudinal end thereof opposite the first longitudinal end. Thus, the artificial anhydrite is extracted, in step c), at the second longitudinal end of the heating body. An example of an evacuation system will be described later.
Les avantages du procédé selon l'invention sont nombreux. Il permet notamment une concentration des micro-ondes sur un lit de matériaux en mouvement ce qui permet d'homogénéiser la calcination. Il permet également une maîtrise satisfaisante de la température du sulfate de calcium hydraté dans le four, donc de la température de calcination. Enfin, les rejets de gaz de combustion et des polluants associés sont réduits, voire supprimés. On notera en outre que l'une des particularités du chauffage par micro-ondes est que celui-ci chauffe le cœur du matériau, sans chauffer directement le corps de chauffe. Celui-ci est chauffé indirectement par l'élévation de la température du matériau. En conséquence, la température du corps de chauffe est inférieure à celle observé dans les dispositifs de traitement thermique à énergie fossile classique. La durée de vie du four est ainsi allongée. The advantages of the process according to the invention are numerous. In particular, it allows microwaves to be concentrated on a bed of moving materials, which makes it possible to homogenize the calcination. It also allows satisfactory control of the temperature of the hydrated calcium sulfate in the oven, and therefore of the calcination temperature. Finally, discharges of combustion gases and associated pollutants are reduced or even eliminated. It should also be noted that one of the particularities of microwave heating is that it heats the core of the material, without directly heating the heating body. This is heated indirectly by raising the temperature of the material. As a result, the temperature of the heating body is lower than that observed in conventional fossil energy heat treatment devices. The lifespan of the oven is thus extended.
De manière générale, l'énergie fossile utilisée est issue de la combustion de combustible fossile, tel que gaz, fuel, charbon ou coke. Generally speaking, the fossil energy used comes from the combustion of fossil fuels, such as gas, fuel oil, coal or coke.
De manière avantageuse, selon l'invention, le procédé de production de l'anhydrite artificielle est effectué en continu. Advantageously, according to the invention, the process for producing artificial anhydrite is carried out continuously.
Cela signifie que le sulfate de calcium hydraté n'est pas chauffé dans le four à micro-ondes par lot séparés successifs. En d'autres termes, une première quantité de sulfate de calcium n'est pas introduite, chauffée et calcinée dans le four à micro-ondes pour produire l'anhydrite artificielle, puis entièrement extraite du four avant l'introduction d'une deuxième quantité de sulfate de calcium hydraté, comme cela serait le cas dans un procédé discontinu. Après un régime transitoire correspondant à l'initiation du procédé, le sulfate de calcium est introduit dans le four à micro-ondes, calciné et extrait du four en continu. This means that the hydrated calcium sulfate is not heated in the microwave oven in successive separate batches. In other words, a first quantity of calcium sulfate is not introduced, heated and calcined in the microwave oven to produce the artificial anhydrite, then completely extracted from the oven before the introduction of a second quantity of hydrated calcium sulfate, as would be the case in a batch process. After a transient regime corresponding to the initiation of the process, the calcium sulfate is introduced into the microwave oven, calcined and extracted from the oven continuously.
En pratique, la production est dite « continue » car il est possible de réaliser l'étape c) d'extraction de l'anhydrite artificielle produite sur une plage de temps de durée supérieure à 4 heures, sans interruption supérieure à 1 minute. En d'autres termes, le débit d'anhydrite artificielle extraite du four à micro-ondes ne présente pas d'interruption de plus d'une minute pendant une durée d'extraction d'au moins 4 heures. Des interruptions de 5, 10, 20, 30, 40 ou 50 secondes sont possibles. In practice, the production is called "continuous" because it is possible to carry out step c) of extraction of the artificial anhydrite produced over a time range of more than 4 hours, without interruption of more than 1 minute. In other words, the flow of artificial anhydrite extracted from the microwave oven does not present an interruption of more than one minute during an extraction duration of at least 4 hours. Interruptions of 5, 10, 20, 30, 40 or 50 seconds are possible.
De préférence, lors de la mise en œuvre d'une telle méthode en continu, les étapes a), b) et c) peuvent être réalisées de manière simultanée. Cela est par exemple le cas lorsque le système d'alimentation du four à micro-ondes 2 utilisé comprend une vanne de type vanne écluse métallique permettant de réguler le débit de sulfate de calcium hydraté introduite dans le four, comme cela est décrit ultérieurement. L'alimentation du four en sulfate de calcium hydraté et l'extraction d'anhydrite artificielle du four peuvent être alors réalisées en continu, sans interruption, sur ladite plage de temps.Preferably, when implementing such a method continuously, steps a), b) and c) can be carried out simultaneously. This is for example the case when the supply system of the microwave oven 2 used comprises a metal sluice valve type valve making it possible to regulate the flow rate of hydrated calcium sulfate introduced into the oven, as described later. The supply of hydrated calcium sulfate to the furnace and the extraction of artificial anhydrite from the furnace can then be carried out continuously, without interruption, over said time range.
En variante, on réalise les étapes a) et/ou c) à intervalles de temps. Cela est par exemple le cas lorsque le système d'alimentation du four à micro-ondes comporte un sas d'entrée pouvant être réalisé par deux vannes guillotines consécutives. L'alimentation est alors réalisée par saccade. De manière similaire, l'extraction de l'anhydrite artificielle peut être réalisée par saccade. On peut également envisager en variante que seule l'alimentation ou seule l'extraction soit réalisée par saccade. Alternatively, steps a) and/or c) are carried out at time intervals. This is for example the case when the microwave oven supply system includes an inlet airlock which can be produced by two consecutive gate valves. Feeding is then carried out in jerky fashion. Similarly, the extraction of artificial anhydrite can be carried out by jerking. It is also possible to envisage as a variant that only the feeding or only the extraction is carried out by jerk.
Afin d'assurer ce fonctionnement en continu, à l'étape b), on fait avancer le sulfate de calcium hydraté et/ou l'anhydrite artificielle contenus dans le corps de chauffe selon une direction parallèle à l'axe longitudinal X-X du corps de chauffe 4, de la première extrémité longitudinale vers la deuxième extrémité longitudinale. Cette avance des matériaux contenus dans le corps de chauffe autorise la mise en œuvre continue de la méthode selon l'invention. In order to ensure this continuous operation, in step b), the hydrated calcium sulfate and/or the artificial anhydrite contained in the heating body are advanced in a direction parallel to the longitudinal axis XX of the heating body. heater 4, from the first longitudinal end towards the second longitudinal end. This advance of the materials contained in the heating body authorizes the continuous implementation of the method according to the invention.
De préférence, on fait avancer ces matériaux sans arrêt pendant toute la durée de mise en œuvre de la méthode. Le four présente à cet effet des moyens d'amenée autorisant le transport du sulfate de calcium hydraté et de l'anhydrite artificielle de la première vers la deuxième extrémité longitudinale du corps de chauffe du four à micro-ondes. Preferably, these materials are advanced continuously throughout the duration of the method. For this purpose, the oven has supply means allowing the transport of hydrated calcium sulfate and artificial anhydrite from the first to the second longitudinal end of the heating body of the microwave oven.
Ici par exemple, le corps de chauffe 4 est mis en rotation autour de son axe longitudinal incliné afin de faire avancer le matériau contenu dans le four depuis l'extrémité longitudinale du corps de chauffe à laquelle le système d'alimentation introduit le sulfate de calcium hydraté vers l'extrémité longitudinale du corps de chauffe à laquelle le système d'évacuation extrait l'anhydrite artificielle. Les moyens d'amenée comprennent donc un dispositif de mise en rotation du corps de chauffe et un support incliné pour ce corps de chauffe. Here for example, the heating body 4 is rotated around its inclined longitudinal axis in order to advance the material contained in the oven from the longitudinal end of the heating body to which the supply system introduces the calcium sulfate hydrated towards the longitudinal end of the heating body to which the evacuation system extracts the artificial anhydrite. The supply means therefore comprise a device for rotating the heating body and an inclined support for this heating body.
L'agencement du four à micro-ondes 2, dont un exemple est détaillé plus loin, assure l'étanchéité à l'air ainsi que le piégeage des micro-ondes à l'intérieur du corps de chauffe. The arrangement of the microwave oven 2, an example of which is detailed below, ensures airtightness as well as the trapping of microwaves inside the heating body.
Ces opérations sont réalisées de manière continue afin de maintenir l'ensemble des équipements de production à une température stable. These operations are carried out continuously in order to maintain all production equipment at a stable temperature.
Le procédé selon l'invention peut également être réalisé de manière discontinue : un lot de sulfate de calcium hydraté est introduit dans un four. L'introduction de sulfate de calcium hydraté cesse et le sulfate de calcium hydraté introduit est chauffé, puis extrait hors du four lors d'une vidange avant l'introduction d'un autre lot de sulfate de calcium hydraté. The process according to the invention can also be carried out discontinuously: a batch of hydrated calcium sulfate is introduced into an oven. The introduction of hydrated calcium sulfate ceases and the hydrated calcium sulfate introduced is heated, then extracted from the oven during emptying before the introduction of another batch of hydrated calcium sulfate.
Les opérations de vidange du four conduisent à des arrêts de production pendant lesquels les températures baissent fortement. Cette discontinuité induit des surconsommations d'énergie. En outre, lors de la production d'anhydrite artificielle, la maîtrise des températures et des temps de calcination est indispensable pour maîtriser la forme cristalline d'anhydrite artificielle majoritairement produite et éviter les incuits et les surcuits. Un chauffage continu présente donc un double avantage : d'une part une amélioration de la qualité de l'anhydrite artificielle produite par l'uniformisation de ses caractéristiques, et d'autre part la réduction de la consommation d'énergie du procédé. Un procédé discontinu peut néanmoins être envisagé et mis en œuvre grâce aux ensembles industriels décrits. Furnace emptying operations lead to production stoppages during which temperatures drop sharply. This discontinuity induces excess energy consumption. In addition, during the production of artificial anhydrite, controlling temperatures and calcination times is essential to control the crystalline form of artificial anhydrite mainly produced and to avoid uncooking and overcooking. Continuous heating therefore has a double advantage: on the one hand an improvement in the quality of the artificial anhydrite produced by standardizing its characteristics, and on the other hand the reduction in the energy consumption of the process. A discontinuous process can nevertheless be considered and implemented using the industrial units described.
De manière particulièrement avantageuse, dans le four à micro-ondes 2 utilisé pour la mise en œuvre de ce procédé, ledit guide d'ondes 22 comprend un guide d'onde à fentes monté à l'intérieur du corps de chauffe 4 entre les deux extrémités longitudinales de celui-ci et raccordé à l'une de ces extrémités longitudinales audit générateur de micro-ondes 24a. Le guide d'ondes s'étend de préférence d'une extrémité longitudinale du corps de chauffe à l'autre. On achemine donc les micro-ondes d'une extrémité longitudinale du corps de chauffe à l'autre. Chaque générateur de micro-ondes 24a, 24b est disposé à l'extérieur du corps de chauffe 4, à l'une des extrémités longitudinales du corps de chauffe.Particularly advantageously, in the microwave oven 2 used for the implementation of this method, said waveguide 22 comprises a slotted waveguide mounted inside the heating body 4 between the two longitudinal ends thereof and connected to one of these longitudinal ends to said microwave generator 24a. The waveguide preferably extends from one longitudinal end of the heating body to the other. The microwaves are therefore conveyed from one longitudinal end of the heating body to the other. Each microwave generator 24a, 24b is arranged outside the heating body 4, at one of the longitudinal ends of the heating body.
Chaque guide d'ondes est de préférence raccordé à un générateur de micro-ondes. Cependant, on peut envisager de raccorder chaque guide d'ondes à plusieurs générateurs de micro-ondes afin d'augmenter la puissance délivrée. En outre, au cours des étapes a), b) et c), on met en rotation ledit corps de chauffe 4 autour de son axe longitudinal X-X et on incline l'axe longitudinal X-X du corps de chauffe 4 par rapport à l'horizontale de façon à réguler la vitesse d'avance du sulfate de calcium hydraté puis de l'anhydrite artificielle dans le corps de chauffe 4 (voir figures 2 à 5). Cela permet de faire avancer le sulfate de calcium hydraté introduit et l'anhydrite artificielle produite à travers le four à micro-ondes 2. Each waveguide is preferably connected to a microwave generator. However, it is possible to consider connecting each waveguide to several microwave generators in order to increase the power delivered. In addition, during steps a), b) and c), said heating body 4 is rotated around its longitudinal axis X-X and the longitudinal axis X-X of the heating body 4 is tilted relative to the horizontal so as to regulate the speed of advance of the hydrated calcium sulfate then of the artificial anhydrite in the heating body 4 (see figures 2 to 5). This allows the introduced hydrated calcium sulfate and the produced artificial anhydrite to be fed through the microwave oven 2.
Comme mentionné dans l'exemple détaillé plus loin, le corps de chauffe peut également être muni de pales de brassage (non représentées). Les pales de brassage s'étendent à l'intérieur du corps de chauffe. Elles s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal ou de manière inclinée par rapport à l'axe longitudinal du corps de chauffe. Elles sont solidaires en rotation avec celui-ci, et, à l'étape b), on met en rotation les pales de brassage avec le corps de chauffe tout en inclinant l'axe longitudinal de celui- ci. On brasse alors le matériau contenu dans le corps de chauffe lors de la rotation du corps de chauffe. Cela permet d'homogénéiser le mélange de matériaux présent dans le corps de chauffe et de contribuer, éventuellement, à contrôler l'avance de ce mélange de matériaux dans le corps de chauffe.As mentioned in the example detailed below, the heating body can also be provided with stirring blades (not shown). The stirring blades extend inside the heating body. They extend parallel to the longitudinal axis or inclined relative to the longitudinal axis of the heating body. They are integral in rotation with it, and, in step b), the stirring blades are rotated with the heating body while tilting the longitudinal axis thereof. The material contained in the heating body is then mixed during the rotation of the heating body. This makes it possible to homogenize the mixture of materials present in the heating body and to contribute, possibly, to controlling the advance of this mixture of materials in the heating body.
De plus, on piège les micro-ondes à l'intérieur du four 2 grâce à deux capots 14 fixes, chaque capot étant monté sur l'une des extrémités longitudinales du corps de chauffe 4 avec interposition de joints annulaires 16 de piégeage d'ondes (figures 9 et 11). In addition, the microwaves are trapped inside the oven 2 using two fixed covers 14, each cover being mounted on one of the longitudinal ends of the heating body 4 with the interposition of annular seals 16 for trapping waves. (figures 9 and 11).
Un exemple détaillé de four décrivant les moyens de mise en œuvre de ces caractéristiques du procédé selon l'invention est décrit plus loin (en référence aux figures 9 à 15). A detailed example of an oven describing the means of implementing these characteristics of the method according to the invention is described below (with reference to Figures 9 to 15).
Selon un mode de réalisation particulier du procédé, qui sera décrit plus en détail ultérieurement, le four comporte deux générateurs de micro-ondes 24a, 24b et deux guides d'ondes 22 correspondants et le corps de chauffe 4 du four 2 comporte une première partie dans laquelle s'étend un premier desdits deux guides d'ondes associé à un premier 24a desdits deux générateurs de micro-ondes et une deuxième partie dans laquelle s'étend le deuxième guide d'ondes associé au deuxième générateur de micro-ondes 24b (figure 9). According to a particular embodiment of the method, which will be described in more detail later, the oven comprises two microwave generators 24a, 24b and two corresponding wave guides 22 and the heating body 4 of the oven 2 comprises a first part in which extends a first said two waveguides associated with a first 24a of said two microwave generators and a second part in which extends the second waveguide associated with the second microwave generator 24b (FIG. 9).
Les deux guides d'ondes peuvent comprendre deux guides d'ondes indépendants reliés chacun à l'un des deux générateurs de micro-ondes ou deux tronçons 22a, 22b de guide d'ondes 22 reliés l'un à l'autre, chaque tronçon 22a, 22b étant raccordé à une extrémité à l'un des deux générateurs de microondes 24a, 24b. Les deux tronçons 22a, 22b s'étendent alors selon le même axe parallèle à l'axe longitudinal X-X du corps de chauffe, comme cela est le cas sur la figure 9. Dans ce cas, l'un des deux générateurs de micro-ondes 24a, 24b est disposé à une première des deux extrémités longitudinales du corps de chauffe 4 et l'autre générateur de micro-ondes est disposé à la deuxième extrémité longitudinale du corps de chauffe. The two waveguides may comprise two independent waveguides each connected to one of the two microwave generators or two sections 22a, 22b of waveguide 22 connected to each other, each section 22a, 22b being connected at one end to one of the two microwave generators 24a, 24b. The two sections 22a, 22b then extend along the same axis parallel to the longitudinal axis X-X of the heating body, as is the case in Figure 9. In this case, one of the two microwave generators 24a, 24b is arranged at a first of the two longitudinal ends of the heating body 4 and the other microwave generator is arranged at the second longitudinal end of the heating body.
En variante, on peut prévoir deux guides d'ondes distincts s'étendant côte à côte, par exemple selon deux directions parallèles à l'axe longitudinal du corps de chauffe. Alternatively, two separate waveguides can be provided extending side by side, for example in two directions parallel to the longitudinal axis of the heating body.
Bien entendu, on peut envisager un nombre supérieur à deux de guides d'ondes s'étendant dans le corps de chauffe, chaque guide d'ondes étant relié à un générateur de micro-ondes distinct ou au même générateur de micro-ondes. Of course, it is possible to envisage a number greater than two of wave guides extending in the heating body, each wave guide being connected to a separate microwave generator or to the same microwave generator.
Alors, à l'étape b), le sulfate de calcium hydraté traverse successivement la première partie puis la deuxième partie du corps de chauffe, lesdites première et deuxième parties du corps de chauffe présentant des profils de températures différents. Then, in step b), the hydrated calcium sulfate passes successively through the first part then the second part of the heating body, said first and second parts of the heating body having different temperature profiles.
De manière particulièrement avantageuse, on peut prévoir que le premier générateur de micro-ondes et le premier guide d'ondes étant configurés de manière à produire une augmentation progressive de la température le long de la première partie du corps de chauffe et le deuxième générateur de microondes et le deuxième guide d'ondes étant configurés de manière à maintenir une température cible constante le long de la deuxième partie du corps de chauffe, à l'étape b), le sulfate de calcium hydraté est soumis à l'augmentation progressive de la température le long de la première partie du corps de chauffe puis est maintenue à la température cible le long de la deuxième partie du corps de chauffe. Ladite première partie constitue une zone amont de montée en température, tandis que la deuxième partie constitue une zone aval de maintien à une température cible. In a particularly advantageous manner, it can be provided that the first microwave generator and the first wave guide are configured so as to produce a progressive increase in the temperature along the first part of the heating body and the second microwave generator microwaves and the second wave guide being configured so as to maintain a constant target temperature along the second part of the heating body, in step b), the hydrated calcium sulfate is subjected to the progressive increase of the temperature along the first part of the heating body then is maintained at the target temperature along the second part of the heating body. Said first part constitutes an upstream temperature rise zone, while the second part constitutes a downstream zone for maintaining a target temperature.
L'augmentation progressive peut amener le sulfate de calcium jusqu'à ladite température cible.The gradual increase can bring the calcium sulfate up to said target temperature.
D'autres profils de températures peuvent évidemment être envisagés, avec deux ou plus de deux guides d'ondes définissant deux ou plus de deux parties du corps de chauffe ayant des profils de températures différents. En outre, on peut envisager d'utiliser deux ou plus de deux fours à micro-ondes disposés en série pour calciner le sulfate de calcium hydraté. Par exemple, un premier four peut être utilisé pour chauffer le sulfate de calcium hydraté avec un premier profil de température, par exemple une montée en température, et le deuxième four peut être utilisé pour chauffer le sulfate de calcium hydraté et/ou l'anhydrite artificielle avec un deuxième profil de température, par exemple un maintien d'une température de calcination. Le deuxième four est alimenté par le sulfate de calcium hydraté chauffé et/ ou l'anhydrite artificielle produite dans le premier four et extraits de celui-ci. Other temperature profiles can obviously be considered, with two or more than two waveguides defining two or more than two parts of the heating body having different temperature profiles. Furthermore, one can consider using two or more microwave ovens arranged in series to calcine the hydrated calcium sulfate. For example, a first furnace may be used to heat hydrated calcium sulfate with a first temperature profile, for example a temperature rise, and the second furnace may be used to heat hydrated calcium sulfate and/or anhydrite artificial with a second temperature profile, for example maintaining a calcination temperature. The second furnace is powered by the heated hydrated calcium sulfate and/or artificial anhydrite produced in the first furnace and extracted therefrom.
En pratique, le procédé de production de l'anhydrite artificielle comporte d'autres étapes intervenant avant ou après le chauffage dans le four à micro-ondes 2. In practice, the process for producing artificial anhydrite includes other steps occurring before or after heating in the microwave oven 2.
De manière générale, le procédé selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des étapes additionnelles suivantes : Generally speaking, the method according to the invention may comprise one or more of the following additional steps:
- on sèche le sulfate de calcium hydraté à l'aide d'un dispositif de séchage 120 avant son introduction dans le corps de chauffe 4 (figures 2 à 5) ; - the hydrated calcium sulfate is dried using a drying device 120 before its introduction into the heating body 4 (Figures 2 to 5);
- on broie le sulfate de calcium hydraté avant son introduction dans le corps de chauffe 4, par exemple à l'aide d'un broyeur 130 (figures 2 et 4) ; - the hydrated calcium sulfate is crushed before its introduction into the heating body 4, for example using a grinder 130 (Figures 2 and 4);
- après broyage, on filtre le sulfate de calcium hydraté, par exemple à l'aide d'un sélecteur dynamique 140 et/ou d'un filtre à manches 150 et/ou on la stocke dans un dispositif de stockage 170 avant d'effectuer l'étape a) (figures 2 et 4) ; - after grinding, the hydrated calcium sulfate is filtered, for example using a dynamic selector 140 and/or a bag filter 150 and/or it is stored in a storage device 170 before carrying out step a) (Figures 2 and 4);
- avant son introduction dans le corps de chauffe 4, le sulfate de calcium hydraté est préchauffé dans un dispositif de préchauffage 180 ; 185 (figures 2, 4 et 5), le dispositif de préchauffage pouvant comprendre un dispositif de traitement thermique à énergie fossile 185 ; - before its introduction into the heating body 4, the hydrated calcium sulfate is preheated in a preheating device 180; 185 (Figures 2, 4 and 5), the preheating device may comprise a fossil energy heat treatment device 185;
- après l'étape c), l'anhydrite artificielle produite est calcinée à nouveau à l'aide d'un calcinateur flash 230 à énergie fossile (figure 4) ; - after step c), the artificial anhydrite produced is calcined again using a flash calciner 230 using fossil fuels (figure 4);
- après l'étape c), l'anhydrite artificielle produite est acheminée à travers un système de refroidissement 210 pour être refroidie (figures 2 et 4) ; - after step c), the artificial anhydrite produced is routed through a cooling system 210 to be cooled (Figures 2 and 4);
- on broie l'anhydrite artificielle après son extraction hors du corps de chauffe 4, par exemple à l'aide d'un broyeur 240 (figures 3 et 5) ; - the artificial anhydrite is crushed after its extraction from the heating body 4, for example using a grinder 240 (Figures 3 and 5);
- on filtre l'anhydrite artificielle broyée, par exemple à travers un sélecteur dynamique 250 et/ou un filtre à manches 260 (figures 3 et 5) ; - the crushed artificial anhydrite is filtered, for example through a dynamic selector 250 and/or a bag filter 260 (Figures 3 and 5);
- on stocke l'anhydrite artificielle broyée et filtrée, par exemple dans une trémie de stockage 220 (figures 2 à 5) ; - on mesure la température du sulfate de calcium hydraté de l'anhydrite artificielle présentes à l'intérieur du four à micro-ondes 2, par exemple à l'aide d'un pyromètre infrarouge. - the crushed and filtered artificial anhydrite is stored, for example in a storage hopper 220 (Figures 2 to 5); - the temperature of the hydrated calcium sulfate of the artificial anhydrite present inside the microwave oven 2 is measured, for example using an infrared pyrometer.
Le séchage du sulfate de calcium hydraté par le dispositif de séchage est un séchage de surface du sulfate de calcium hydraté, réalisé à des températures inférieures à celles utilisées lors du chauffage pour la déshydratation du sulfate de calcium hydraté en volume ou calcination. Drying of hydrated calcium sulfate by the drying device is a surface drying of hydrated calcium sulfate, carried out at temperatures lower than those used during heating for dehydration of hydrated calcium sulfate by volume or calcination.
De manière générale, on prévoit en outre que les gaz chauffés dans le dispositif de préchauffage lorsque celui-ci est utilisé et/ou les gaz libérés lors du chauffage du sulfate de calcium hydraté dans le four sont recirculés vers le dispositif de séchage 120. Generally speaking, it is further provided that the gases heated in the preheating device when it is used and/or the gases released during the heating of the hydrated calcium sulfate in the oven are recirculated towards the drying device 120.
On peut également prévoir, lorsque le sulfate de calcium hydraté est préchauffé, que les gaz libérés lors du chauffage du sulfate de calcium hydraté dans le four sont recirculés vers le dispositif de préchauffage 180 ; 185. It can also be provided, when the hydrated calcium sulfate is preheated, that the gases released during heating of the hydrated calcium sulfate in the oven are recirculated towards the preheating device 180; 185.
En outre, dans le cas où l'anhydrite artificielle est refroidie par passage à travers un système de refroidissement 210, la chaleur de l'anhydrite artificielle récupérée par le système de refroidissement 210 est réutilisée par le dispositif de préchauffage 180 ; 185. En pratique, les gaz chauffés par l'anhydrite artificielle dans le dispositif de refroidissement 210 sont recirculés vers le dispositif de préchauffage. Furthermore, in the case where the artificial anhydrite is cooled by passing through a cooling system 210, the heat of the artificial anhydrite recovered by the cooling system 210 is reused by the preheating device 180; 185. In practice, the gases heated by the artificial anhydrite in the cooling device 210 are recirculated to the preheating device.
Dans la suite, différents modes de réalisation du procédé selon l'invention sont décrits en référence aux figures 2 à 5. Sur ces figures, les transferts de matériau avant et après calcination sont représentés par des flèches en traits pleins. Les transferts de gaz chauds sont représentés par des traits en pointillés. La flèche R indique un apport d'air frais. In the following, different embodiments of the process according to the invention are described with reference to Figures 2 to 5. In these figures, the transfers of material before and after calcination are represented by arrows in solid lines. Hot gas transfers are represented by dotted lines. The arrow R indicates a supply of fresh air.
Selon le premier mode de réalisation du procédé selon l'invention représenté sur la figure 2, le matériau alimentant l'ensemble industriel 300 et contenant le sulfate de calcium hydraté est introduit dans un dispositif de séchage 120 ou sécheur. According to the first embodiment of the method according to the invention shown in Figure 2, the material supplying the industrial assembly 300 and containing the hydrated calcium sulfate is introduced into a drying device 120 or dryer.
Le matériau est ensuite acheminé à travers le broyeur 130. Le matériau broyé passe à travers le sélecteur dynamique 140 permettant de sélectionner les particules de matériau présentant des caractéristiques granulométriques prédéterminées. The material is then conveyed through the crusher 130. The crushed material passes through the dynamic selector 140 making it possible to select the particles of material having predetermined particle size characteristics.
On sélectionne de préférence des particules de sulfate de calcium de taille inférieure à 80 microns. Les caractéristiques granulométriques du sulfate de calcium sont ici déterminées par exemple à l'aide d'une colonne de tamis ou d'un granulomètre laser. Calcium sulfate particles less than 80 microns in size are preferably selected. The particle size characteristics of the calcium sulfate are determined here for example using a sieve column or a laser particle size analyzer.
Les particules de matériau sélectionnées dans le sélecteur dynamique 140 sont récupérées et l'air est filtré dans le filtre à manches 150. Celui-ci est reliée à une cheminée 160. L'ensemble est mis en dépression grâce à un ventilateur. Les particules de matériau sont stockées dans un dispositif de stockage 170, par exemple dans une trémie. The particles of material selected in the dynamic selector 140 are recovered and the air is filtered in the bag filter 150. This is connected to a chimney 160. The whole is placed in depression using a fan. The material particles are stored in a storage device 170, for example in a hopper.
Le matériau stocké dans le dispositif de stockage 170 est ensuite acheminé à travers une tour de préchauffage 180 qui chauffe progressivement le matériau jusqu'à une température comprise entre 50 et 400°C. The material stored in the storage device 170 is then passed through a preheating tower 180 which gradually heats the material to a temperature between 50 and 400°C.
A la sortie de la tour de préchauffage, le matériau contenant le sulfate de calcium hydraté est introduit dans le four à micro-ondes 2. Il est introduit dans le corps de chauffe 4 à travers le système d'alimentation 34 et chauffé à une température de consigne comprise entre 200 et 650°C. At the exit of the preheating tower, the material containing the hydrated calcium sulfate is introduced into the microwave oven 2. It is introduced into the heating body 4 through the supply system 34 and heated to a temperature setpoint between 200 and 650°C.
Le corps de chauffe 4 est mobile en rotation autour de son axe longitudinal X-X. Il tourne en continu pendant le chauffage du matériau. Il est supporté par une plateforme 12 réglable en inclinaison.The heating body 4 is movable in rotation around its longitudinal axis X-X. It rotates continuously while heating the material. It is supported by a platform 12 adjustable in inclination.
L'axe longitudinal X-X du corps de chauffe 4 étant incliné par rapport à l'horizontal de tel sorte que la première extrémité longitudinale par laquelle le matériau est introduit se trouve plus haute que la deuxième extrémité longitudinale du corps de chauffe 4 le long d'un axe vertical, le matériau est progressivement acheminé vers le système d'évacuation 36 situé à la deuxième extrémité longitudinale du corps de chauffe par l'effet de la gravité et de la rotation du corps de chauffe 4 autour de son axe longitudinal X-X. The longitudinal axis X-X of the heating body 4 being inclined relative to the horizontal such that the first longitudinal end through which the material is introduced is higher than the second longitudinal end of the heating body 4 along a vertical axis, the material is gradually conveyed towards the evacuation system 36 located at the second longitudinal end of the heating body by the effect of gravity and the rotation of the heating body 4 around its longitudinal axis XX.
Un exemple de four à micro-ondes 2 sera décrit plus en détails ultérieurement. An example of a microwave oven 2 will be described in more detail later.
A la sortie du four 2, le matériau calciné qui comprend l'anhydrite artificielle est acheminé à travers une tour de refroidissement 210 de manière à abaisser progressivement la température du matériau calciné jusqu'à une température comprise entre 50 et 150 °C. Le matériau calciné refroidi est stocké dans un dispositif de stockage 220 tel qu'une trémie. At the exit from oven 2, the calcined material which comprises the artificial anhydrite is conveyed through a cooling tower 210 so as to gradually lower the temperature of the calcined material to a temperature between 50 and 150°C. The cooled calcined material is stored in a storage device 220 such as a hopper.
Comme cela est schématiquement représenté sur la figure 2, les gaz chauffés dans la tour de préchauffage 180 sont de préférence recirculés vers le dispositif de séchage 120 afin de réduire la consommation énergétique de ce dispositif de séchage. Ces gaz présentent ici une température comprise entre 100 et 250°C. As is schematically represented in Figure 2, the gases heated in the preheating tower 180 are preferably recirculated towards the drying device 120 in order to reduce the energy consumption of this drying device. These gases here have a temperature between 100 and 250°C.
De manière similaire, les gaz chauffés dans le dispositif de refroidissement 210 et/ou les gaz chauffés dans le four à micro-ondes 2 et évacués par le dispositif d'évacuation des gaz 42 sont de préférence recirculés vers la tour de préchauffage 180 et/ou vers le dispositif de séchage 120 afin de réduire la consommation énergétique de ces éléments de l'ensemble industriel 300. Ces gaz ont ici une température comprise entre 150 et 500°C. Similarly, the gases heated in the cooling device 210 and/or the gases heated in the microwave oven 2 and evacuated by the gas evacuation device 42 are preferably recirculated towards the preheating tower 180 and/or or towards the drying device 120 in order to reduce the energy consumption of these elements of the industrial assembly 300. These gases here have a temperature of between 150 and 500°C.
Selon le deuxième mode de réalisation du procédé selon l'invention représenté sur la figure 3, le matériau alimentant l'ensemble industriel 400 et contenant le sulfate de calcium hydraté est introduit dans le dispositif de séchage 120 ou sécheur. Celui-ci est reliée à une cheminée 160 autorisant la sortie des gaz libérés pendant le séchage du matériau. Le séchage chauffe le matériau jusqu'à une température comprise entre 50 et 100°C. According to the second embodiment of the method according to the invention shown in Figure 3, the material supplying the industrial assembly 400 and containing the hydrated calcium sulfate is introduced in the drying device 120 or dryer. This is connected to a chimney 160 allowing the exit of gases released during drying of the material. Drying heats the material to a temperature between 50 and 100°C.
Selon ce mode de réalisation, le matériau n'est pas broyé avant son introduction dans le four 2.According to this embodiment, the material is not crushed before its introduction into the oven 2.
Après séchage, le matériau est introduit dans le four à micro-ondes 2. Il est introduit dans le corps de chauffe 4 à travers le système d'alimentation 34 et calciné à une température de consigne comprise de préférence entre 200 et 650°C. After drying, the material is introduced into the microwave oven 2. It is introduced into the heating body 4 through the supply system 34 and calcined at a set temperature preferably between 200 and 650°C.
Comme décrit précédemment, le matériau est progressivement acheminé vers le système d'évacuation 36 situé à la deuxième extrémité longitudinale du corps de chauffe par l'effet de la gravité et de la rotation du corps de chauffe 4 autour de son axe longitudinal X-X. As described previously, the material is gradually conveyed to the evacuation system 36 located at the second longitudinal end of the heating body by the effect of gravity and the rotation of the heating body 4 around its longitudinal axis XX.
A la sortie du four 2, le matériau calciné qui comprend l'anhydrite artificielle est acheminé à travers un broyeur 240. Le matériau broyé passe à travers un sélecteur dynamique 250 permettant de sélectionner les particules de matériau calciné présentant des caractéristiques granulométriques prédéterminées. At the exit from oven 2, the calcined material which comprises the artificial anhydrite is conveyed through a grinder 240. The crushed material passes through a dynamic selector 250 making it possible to select the particles of calcined material having predetermined particle size characteristics.
On sélectionne de préférence des particules d'anhydrite artificielle de tailles inférieures à 80 microns.Particles of artificial anhydrite with sizes less than 80 microns are preferably selected.
Les particules de matériau calciné sélectionnées dans le sélecteur dynamique 250 sont récupérées et les gaz chauds les accompagnant sont filtrés dans un filtre à manches 260. Les gaz chauds sont recirculés vers le dispositif de séchage 120. Ces gaz ont une température comprise entre 150 et 250 °C.The particles of calcined material selected in the dynamic selector 250 are recovered and the hot gases accompanying them are filtered in a bag filter 260. The hot gases are recirculated towards the drying device 120. These gases have a temperature between 150 and 250 °C.
Les particules de matériau calciné sont stockées dans le dispositif de stockage 220, par exemple dans une trémie. The particles of calcined material are stored in the storage device 220, for example in a hopper.
Comme cela est schématiquement représenté sur la figure 3, les gaz chauffés dans le four à microondes 2 et évacués par le dispositif d'évacuation des gaz 42 sont de préférence recirculés vers le dispositif de séchage 120 afin de réduire sa consommation énergétique. As is schematically represented in Figure 3, the gases heated in the microwave oven 2 and evacuated by the gas evacuation device 42 are preferably recirculated towards the drying device 120 in order to reduce its energy consumption.
En fonction du débit souhaité d'anhydrite artificielle, les puissances électriques nécessaires peuvent être très importantes. Par conséquent, compte tenu des capacités disponibles localement sur les réseaux de distribution électrique, le four à micro-ondes 2 peut être associé à un dispositif de traitement thermique à énergie fossile, par exemple un four rotatif en continu utilisant un combustible fossile ou un calcinateur flash utilisant également un combustible fossile, pour pré-calciner ou terminer la calcination du sulfate de calcium hydraté. Dans ce cas, il s'agira d'un procédé hybride. Deux exemples de procédé hybrides sont représentés sur les figures 4 et 5 et décrits ci-dessous. Le troisième mode de réalisation du procédé selon l'invention représenté sur la figure 4, est identique au mode de réalisation de la figure 2, à ceci près qu'à la sortie du four à micro-ondes 2, le matériau calciné dans le four à micro- ondes 2 est introduit dans un calcinateur flash 230 de l'ensemble industriel 500. Depending on the desired flow rate of artificial anhydrite, the electrical power required can be very high. Consequently, taking into account the capacities available locally on the electrical distribution networks, the microwave oven 2 can be associated with a fossil energy heat treatment device, for example a continuously rotating kiln using a fossil fuel or a calciner flash also using fossil fuel, to pre-calcinate or complete the calcination of hydrated calcium sulfate. In this case, it will be a hybrid process. Two examples of hybrid processes are shown in Figures 4 and 5 and described below. The third embodiment of the method according to the invention shown in Figure 4, is identical to the embodiment of Figure 2, except that at the outlet of the microwave oven 2, the material calcined in the oven microwave 2 is introduced into a flash calciner 230 of the industrial assembly 500.
Le four à micro-ondes 2 calcine partiellement ici le matériau avant son introduction dans le calcinateur flash 230. La température de consigne du four à micro-ondes est ici par exemple fixée entre 150 et 400°C. Le calcinateur flash achève la calcination en portant le matériau entre 200 et 650°C. The microwave oven 2 partially calcines the material here before its introduction into the flash calciner 230. The set temperature of the microwave oven is here, for example, set between 150 and 400°C. The flash calciner completes the calcination by bringing the material between 200 and 650°C.
Le quatrième mode de réalisation du procédé selon l'invention représenté sur la figure 5, est similaire en tout point au mode de réalisation de la figure 3, à ceci près que le matériau séché dans le dispositif de séchage 120 n'est pas introduit directement dans le four à micro-ondes mais dans un dispositif de préchauffage. Le dispositif de préchauffage est ici un dispositif de traitement thermique à énergie fossile 185 classique de l'ensemble industriel 600. The fourth embodiment of the method according to the invention shown in Figure 5, is similar in every respect to the embodiment of Figure 3, except that the material dried in the drying device 120 is not introduced directly in the microwave oven but in a preheating device. The preheating device here is a classic fossil energy heat treatment device 185 of the industrial assembly 600.
Le dispositif de traitement thermique à énergie fossile 185 chauffe le matériau avant son introduction dans le four. Il peut également réaliser une calcination partielle du sulfate de calcium hydraté. La température de consigne du dispositif de traitement thermique à énergie fossile 185 est ici par exemple fixée à une valeur comprise entre 150 et 400°C. Le four à micro-ondes 2 effectue ou finalise la calcination du matériau à une température de consigne comprise entre 200 et 650°C. The fossil fuel heat treatment device 185 heats the material before it is introduced into the furnace. It can also carry out partial calcination of hydrated calcium sulfate. The set temperature of the fossil energy heat treatment device 185 is here for example set at a value between 150 and 400°C. The microwave oven 2 carries out or finalizes the calcination of the material at a set temperature of between 200 and 650°C.
Des essais de faisabilité du procédé de calcination du sulfate de calcium hydraté utilisant un four à micro-ondes ont été réalisés sur un four à micro-ondes de laboratoire de type C400, d'une puissance de 6000 W et d'une fréquence de 2450 MHz. Ce four à micro-ondes comprend une cavité cylindrique rotative de diamètre 400 millimètre (mm) et de hauteur 400 mm. Cette cavité est entraînée en rotation grâce à un moteur à vitesse variable. La température des matériaux à l'intérieur du four est relevée par un pyromètre infrarouge. Feasibility tests of the hydrated calcium sulfate calcination process using a microwave oven were carried out on a C400 type laboratory microwave oven, with a power of 6000 W and a frequency of 2450 MHz. This microwave oven includes a rotating cylindrical cavity with a diameter of 400 millimeters (mm) and a height of 400 mm. This cavity is rotated by a variable speed motor. The temperature of the materials inside the oven is measured by an infrared pyrometer.
Un tel four à micro-ondes est par exemple décrit dans le document EP2530059. Such a microwave oven is for example described in document EP2530059.
Un échantille de gypse G1 a été testé dans ce four à micro-ondes de laboratoire. Le gypse G1 est un gypse naturel de classe granulaire 0/10 mm avec 12% d'humidité. A G1 gypsum sample was tested in this laboratory microwave oven. G1 gypsum is a natural gypsum of granular class 0/10 mm with 12% humidity.
La classe granulaire est indiquée selon le formalisme d/D ou d est le plus petit diamètre représentatif, D le plus grand diamètre représentatif des grains du matériau déterminés par analyse granulométrique. Cette analyse est réalisée ici à l'aide d'une colonne de tamis ou d'un granulomètre laser. The granular class is indicated according to the formalism d/D where d is the smallest representative diameter, D the largest representative diameter of the grains of the material determined by particle size analysis. This analysis is carried out here using a sieve column or a laser particle size analyzer.
Les essais ont été réalisés selon le protocole expérimental résumé dans le tableau suivant : The tests were carried out according to the experimental protocol summarized in the following table:
[Table 2]
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[Table 2]
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Ces essais de faisabilité ont été menés sans optimisation du procédé ou des résultats obtenus, en partant des caractéristiques du procédé par calcination flash, au temps de calcination près étant posé la nature différente de cette méthode de calcination. These feasibility tests were carried out without optimization of the process or the results obtained, starting from the characteristics of the flash calcination process, except for the calcination time given the different nature of this calcination method.
Les graphes représentés sur les figures 6 à 8 montrent les courbes et paliers de montée en température mesurée en fonction du temps pour chacun des essais réalisés. Sur chacun des graphes, la puissance en watt (w) est mentionnée à titre indicatif. Les figures 6 à 8 présentent également les temps de refroidissement des différents échantillons après calcination. The graphs represented in Figures 6 to 8 show the curves and levels of temperature rise measured as a function of time for each of the tests carried out. On each of the graphs, the power in watts (w) is mentioned for information purposes only. Figures 6 to 8 also show the cooling times of the different samples after calcination.
Ces différentes courbes correspondent à différentes températures de calcination : 250, 350 et 500°C qui encadrent en théorie l'élaboration d'anhydrite III, anhydrite la plus soluble. These different curves correspond to different calcination temperatures: 250, 350 and 500°C which theoretically govern the production of anhydrite III, the most soluble anhydrite.
Ces courbes présentent des paliers semblables, notamment compris entre 140 et 150°C et qui correspondent à la transformation du gypse, c'est-à-dire le sulfate de calcium hydraté, en anhydrite artificielle, c'est-à-dire du, sulfate de calcium anhydre par perte d'eau de constitution. Cette perte d'eau a été observée pendant l'essai par un dégagement de vapeur d'eau. These curves present similar levels, in particular between 140 and 150°C and which correspond to the transformation of gypsum, that is to say hydrated calcium sulfate, into artificial anhydrite, that is to say, anhydrous calcium sulfate by loss of constitutional water. This loss of water was observed during the test by the release of water vapor.
Ces essais confirment donc que la calcination du gypse en anhydrite artificielle a été réalisée dans le four à micro-ondes. These tests therefore confirm that the calcination of gypsum into artificial anhydrite was carried out in the microwave oven.
Pour comparaison, une partie de ces différents essais a été comparée à des essais réalisés avec le même gypse naturel G1 calciné dans un calcinateur flash aux températures suivantes : For comparison, part of these different tests was compared to tests carried out with the same natural gypsum G1 calcined in a flash calciner at the following temperatures:
[Table 3]
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[Table 3]
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L'analyse des anhydrites artificielles obtenues par calcination du gypse G1 vise à déterminer les quantités relatives des différents composés chimiques produits, par exemple le pourcentage d'anhydrite II, III, voire I, la présence de traces éventuelles de gypse non transformé, ainsi que leurs caractéristiques, par exemple leurs formes cristallographiques. Une telle analyse a été réalisée pour les anhydrites artificielles produites lors de chaque essai de référence El MW, E2 MW, El F et E2 F des tableaux 2 et 3. Les résultats de ces analyses sont présentés dans le tableau 4. The analysis of artificial anhydrites obtained by calcination of G1 gypsum aims to determine the relative quantities of the different chemical compounds produced, for example the percentage of anhydrite II, III, or even I, the presence of possible traces of untransformed gypsum, as well as their characteristics, for example their crystallographic forms. Such an analysis was carried out to the artificial anhydrites produced during each reference test El MW, E2 MW, El F and E2 F in tables 2 and 3. The results of these analyzes are presented in table 4.
La comparaison des deux procédés montre une meilleure maîtrise de la déshydratation avec le four à micro-ondes par rapport à un four de calcination flash, ce qui est confirmé par les marqueurs suivants :The comparison of the two processes shows better control of dehydration with the microwave oven compared to a flash calcination oven, which is confirmed by the following markers:
- Aucun gypse résiduel avec le four à micro-ondes (des traces avec le four de calcination flash)- No residual gypsum with the microwave oven (traces with the flash calcination oven)
- Production d'anhydrite III à 250°C avec le four à micro-ondes (absente avec le four de calcination flash) - Production of anhydrite III at 250°C with the microwave oven (absent with the flash calcination oven)
- Production d'anhydrite II à 350°C avec le four à micro-ondes (moindre avec le four de calcination flash). - Production of anhydrite II at 350°C with the microwave oven (less with the flash calcination oven).
[Table 4]
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[Table 4]
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De manière générale, l'émotteur, le dispositif de séchage, le broyeur, le sélecteur dynamique, le filtre à manche les dispositifs de stockage, le dispositif de préchauffage, le dispositif de refroidissement, le dispositif de traitement thermique à énergie fossile et les autres éléments de l'ensemble industriel peuvent être de tout type connu de l'Homme du métier et adapté au traitement du sulfate de calcium hydraté décrit ci-dessus. Ils ne seront pas décrits plus en détails ici. Generally speaking, the crusher, drying device, crusher, dynamic selector, bag filter storage devices, preheating device, cooling device, fossil energy heat treatment device and others elements of the industrial assembly can be of any type known to those skilled in the art and adapted to the treatment of hydrated calcium sulfate described above. They will not be described in more detail here.
Grâce au procédé selon l'invention, on chauffe le sulfate de calcium hydraté au moins partiellement sans produire de dioxyde de carbone. Thanks to the process according to the invention, the hydrated calcium sulfate is heated at least partially without producing carbon dioxide.
Sous réserve de recourir à une énergie électrique décarbonée, le procédé selon l'invention permettra de réduire de façon considérable les émissions de dioxyde de carbone CO2 issues de la calcination du sulfate de calcium hydraté. En fonction du mode de réalisation utilisé (100% micro-ondes ou hybride), les émissions de CO2 par tonne de gypse calciné seront comprises entre 10 et 80 kg d'équivalent CO2 par tonne, soit une réduction minimale de 40% par rapport à la technologie émettant le moins de CO2 à cette heure, la technologie flash. Subject to using carbon-free electrical energy, the process according to the invention will make it possible to considerably reduce carbon dioxide CO2 emissions from the calcination of hydrated calcium sulfate. Depending on the embodiment used (100% microwave or hybrid), CO2 emissions per ton of calcined gypsum will be between 10 and 80 kg of CO2 equivalent. per tonne, a minimum reduction of 40% compared to the technology emitting the least CO2 at this time, flash technology.
Selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention, on utilise le four à micro-ondes 2 tel que représenté sur les figures 9 à 15. Ce four 2 peut être utilisé par exemple dans l'un des ensembles industriels 300 ; 400 ; 500 ; 600 décrits précédemment et représentés aux figures 2 à 5. According to one embodiment of the method according to the invention, the microwave oven 2 is used as shown in Figures 9 to 15. This oven 2 can be used for example in one of the industrial assemblies 300; 400; 500; 600 described previously and shown in Figures 2 to 5.
Le four peut permettre de réaliser un traitement thermique continu des matériaux introduits dans ce four. Lors d'un tel traitement continu, le matériau traité thermiquement est extrait du four sur une plage de temps de durée supérieure à 4 heures, sans interruption du débit d'anhydrite artificielle supérieure à 1 minute dans cette plage de temps. The oven can make it possible to carry out continuous heat treatment of the materials introduced into this oven. During such continuous processing, the heat-treated material is extracted from the furnace over a time range of duration greater than 4 hours, without interruption of the flow of artificial anhydrite greater than 1 minute in this time range.
Comme représenté sur les figures 9 et 10, le four 2 comprend notamment le corps de chauffe 4 cylindrique rotatif qui est centré sur l'axe longitudinal X-X positionné de façon à former un angle 6 compris entre 0,1 et 10° par rapport à l'horizontale. As shown in Figures 9 and 10, the oven 2 notably comprises the rotating cylindrical heating body 4 which is centered on the longitudinal axis X-X positioned so as to form an angle 6 of between 0.1 and 10° relative to the 'horizontal.
Le corps de chauffe 4 est un tube réalisé par exemple en acier réfractaire et qui est ouvert à chacune de ses extrémités longitudinales. Il est muni d'une couche externe d'isolation thermique 6 enroulée autour de son diamètre extérieur. Différentes configurations de conception du corps de chauffe seront décrites ultérieurement en liaison avec les figures 13 à 15. The heating body 4 is a tube made for example of refractory steel and which is open at each of its longitudinal ends. It is provided with an external thermal insulation layer 6 wrapped around its external diameter. Different design configurations of the heating body will be described later in conjunction with Figures 13 to 15.
A chacune de ses extrémités longitudinales, le corps de chauffe 4 est muni d'un disque annulaire 7 qui s'étend depuis la couche externe d'isolation thermique 6 et qui permet de créer un volume de chauffe maîtrisé en fonction de sa hauteur. Des pales de relevage 9 positionnées à l'intérieur du corps de chauffe permettent d'assurer la vidange complète du matériau traité thermiquement en le faisant passer par-dessus le disque annulaire 7 situé en sortie du corps de chauffe 4. At each of its longitudinal ends, the heating body 4 is provided with an annular disc 7 which extends from the external thermal insulation layer 6 and which makes it possible to create a controlled heating volume as a function of its height. Lifting blades 9 positioned inside the heating body ensure complete emptying of the heat-treated material by passing it over the annular disc 7 located at the outlet of the heating body 4.
Au niveau de ses extrémités longitudinales, le corps de chauffe 4 comprend en outre des anneaux de roulement 8 qui sont montés autour de la couche d'isolation thermique 6 et qui reposent sur des galets rotatifs 10 de façon à pouvoir mettre en rotation le corps de chauffe 4 autour de son axe longitudinal X-X à une vitesse typiquement comprise entre 0,1 et 40 tours par minute. At its longitudinal ends, the heating body 4 further comprises rolling rings 8 which are mounted around the thermal insulation layer 6 and which rest on rotating rollers 10 so as to be able to rotate the heating body. heats 4 around its longitudinal axis X-X at a speed typically between 0.1 and 40 revolutions per minute.
Bien entendu, d'autres mécanismes de mise en rotation du corps de chauffe pourraient être envisagés (moteur à engrenage, crémaillère, etc.). Of course, other mechanisms for rotating the heating body could be considered (gear motor, rack, etc.).
Les galets rotatifs 10 sont montés sur une plateforme 12 réglable en inclinaison par rapport à l'horizontale de l'angle 6 compris entre 0,1 et 10° de façon à réguler la vitesse d'avance du sulfate de calcium hydraté introduit dans le corps de chauffe 4. The rotating rollers 10 are mounted on a platform 12 adjustable in inclination relative to the horizontal of the angle 6 between 0.1 and 10° so as to regulate the speed of advance of the hydrated calcium sulfate introduced into the body heating 4.
Le corps de chauffe peut également comprendre des pales de brassage afin de favoriser et de contrôler l'avance du sulfate de calcium hydraté dans le corps de chauffe 4 et d'améliorer l'homogénéisation de la température du sulfate de calcium hydraté et de l'anhydrite artificielle contenue dans le corps de chauffe. La disposition et la géométrie de ces pales de brassage peuvent être très variables et dépendent du matériau (poudre, granulat, siccité à l'entrée, etc.). Par exemple, les pales de brassage peuvent être disposées en tronçons dans le sens de l'axe longitudinal du four ou être inclinées par rapport à cet axe. Les longueurs peuvent être identiques pour toutes les pales ou variables. Le profil des pales peut être triangulaire, droit, incliné ou courbé par exemple. The heating body can also include stirring blades in order to promote and control the advance of the hydrated calcium sulfate in the heating body 4 and to improve the homogenization of the temperature of the hydrated calcium sulfate and the artificial anhydrite contained in the heating body. The arrangement and geometry of these stirring blades can be very variable and depend on the material (powder, aggregate, dryness at the inlet, etc.). For example, the stirring blades can be arranged in sections in the direction of the longitudinal axis of the oven or be inclined relative to this axis. Lengths can be the same for all blades or variable. The profile of the blades can be triangular, straight, inclined or curved for example.
Ainsi, selon le procédé de l'invention, on contrôle la vitesse d'avance du sulfate de calcium hydraté dans le corps de chauffe. On assure également une homogénéité de température du sulfate de calcium hydraté et de l'anhydrite artificielle contenu dans le corps de chauffe. Thus, according to the process of the invention, the speed of advance of the hydrated calcium sulfate in the heating body is controlled. We also ensure temperature homogeneity of the hydrated calcium sulfate and the artificial anhydrite contained in the heating body.
Le four 2 comprend également deux capots (ou flasques) fixes 14 qui sont montés sur chaque extrémité longitudinale du corps de chauffe avec interposition de joints annulaires de piégeage d'ondes 16. Ces capots 14 sont par exemple réalisés en acier réfractaire. The oven 2 also includes two fixed covers (or flanges) 14 which are mounted on each longitudinal end of the heating body with the interposition of annular wave trapping joints 16. These covers 14 are for example made of refractory steel.
Plus précisément, chaque capot 14 se compose d'un disque 14a venant obturer l'une des extrémités longitudinales du corps de chauffe et une collerette annulaire 14b venant recouvrir partiellement la couche d'isolation thermique 6 du corps de chauffe. More precisely, each cover 14 consists of a disc 14a which closes one of the longitudinal ends of the heating body and an annular collar 14b which partially covers the thermal insulation layer 6 of the heating body.
Les joints de piégeage d'ondes 16 sont positionnés entre la collerette 14b de chaque capot 14 et la couche d'isolation thermique 6 du corps de chauffe. Ils permettent d'assurer une étanchéité aux micro-ondes entre les capots fixes et le corps de chauffe rotatif malgré les contraintes et dilatations thermiques. The wave trapping joints 16 are positioned between the flange 14b of each cover 14 and the thermal insulation layer 6 of the heating body. They ensure microwave tightness between the fixed covers and the rotating heating body despite thermal constraints and expansions.
Comme représenté sur la figure 11, chaque joint de piégeage d'ondes 16 comprend au moins une paire de disques 18 centrés sur l'axe longitudinal X-X du corps de chauffe et fixés sur la collerette 14b du capot en s'étendant radialement vers la couche d'isolation thermique 6 du corps de chauffe.As shown in Figure 11, each wave trapping joint 16 comprises at least one pair of discs 18 centered on the longitudinal axis X-X of the heating body and fixed on the flange 14b of the cover extending radially towards the layer thermal insulation 6 of the heating body.
Les disques 18 sont réalisés en matériau conducteur électriquement et résistants thermiquement aux hautes températures (de l'ordre de 1000°C). Par exemple, ils peuvent être réalisés en acier réfractaire.The discs 18 are made of electrically conductive material and thermally resistant to high temperatures (of the order of 1000°C). For example, they can be made of refractory steel.
Par ailleurs, les disques 18 d'une même paire sont espacés longitudinalement l'un de l'autre de façon à former une rainure annulaire 20 ayant une profondeur p correspondant au quart de la longueur d'onde des micro-ondes émises par le guide d'ondes à un multiple de la longueur d'ondes près (c'est- à-dire : p = À/4 + k À avec À pour la longueur d'ondes et k un nombre entier). Furthermore, the discs 18 of the same pair are spaced longitudinally from each other so as to form an annular groove 20 having a depth p corresponding to a quarter of the wavelength of the microwaves emitted by the guide of waves to a multiple of the wavelength (that is to say: p = À/4 + k À with À for the wavelength and k an integer).
De préférence, chaque joint de piégeage d'ondes 16 comprend plusieurs paires de disques 18 (au nombre de cinq paires sur l'exemple de la figure 11) qui sont espacées longitudinalement les unes des autres d'une distance d correspondant au quart de la longueur d'onde des micro-ondes émises par le guide d'ondes à un multiple de la longueur d'ondes près (c'est-à-dire : d = À/4 + n À avec À pour la longueur d'ondes et n un nombre entier). Preferably, each wave trapping joint 16 comprises several pairs of discs 18 (five pairs in number in the example of Figure 11) which are spaced longitudinally from each other by a distance d corresponding to a quarter of the wavelength of the microwaves emitted by the waveguide to a multiple of the wavelength (that is to say: d = À/4 + n À with À for the wavelength and n an integer).
Cette géométrie particulière des joints de piégeage d'ondes 16 permet d'annuler en grande partie toute onde qui passerait entre la collerette 14b du capot 14 et la couche d'isolation thermique 6 du corps de chauffe. En effet, une partie de l'onde incidente passe directement le long de la couche d'isolation thermique (selon une direction longitudinale) et une autre partie s'introduit dans l'une des paires de disques 18. La longueur parcourue (selon une direction radiale) par cette partie d'onde dans la rainure 20 est telle qu'un aller-retour de l'onde permet d'obtenir un déphasage de À/2 par rapport à l'onde incidente, ce qui a pour effet d'annuler cette onde incidente. Le cumul de plusieurs paires de disques permet d'obtenir une fuite nulle. This particular geometry of the wave trapping joints 16 makes it possible to largely cancel any wave which would pass between the flange 14b of the cover 14 and the thermal insulation layer 6 of the heating body. Indeed, part of the incident wave passes directly along the thermal insulation layer (in a longitudinal direction) and another part enters one of the pairs of discs 18. The length traveled (in a longitudinal direction) radial direction) by this wave part in the groove 20 is such that a round trip of the wave makes it possible to obtain a phase shift of λ/2 with respect to the incident wave, which has the effect of cancel this incident wave. The accumulation of several pairs of disks makes it possible to obtain zero leakage.
De plus, l'espacement longitudinal d entre les paires de disques 18 représente un second type de piégeage d'ondes (dans le sens longitudinal). En effet, une partie de l'onde incidente s'échappant sous la première paire de disques rencontrée est reflétée par le disque de la paire suivante sur son trajet et revient vers la première paire de disques avec un déphasage de À/2. In addition, the longitudinal spacing d between the pairs of disks 18 represents a second type of wave trapping (in the longitudinal direction). Indeed, part of the incident wave escaping under the first pair of disks encountered is reflected by the disk of the next pair on its path and returns to the first pair of disks with a phase shift of λ/2.
Comme représenté sur les figures 9 et 10, le four 2 comprend le guide d'ondes à fentes 22 qui est monté à l'intérieur du corps de chauffe 4 en s'étendant longitudinalement entre chaque extrémité de celui-ci. As shown in Figures 9 and 10, the oven 2 comprises the slotted waveguide 22 which is mounted inside the heating body 4 extending longitudinally between each end thereof.
Le guide d'ondes 22 est raccordé à une extrémité à un générateur de micro-ondes 24a, 24b (ou à plusieurs générateurs de micro-ondes) et traverse longitudinalement le corps de chauffe entre ses deux extrémités longitudinales. Il est conçu pour distribuer de façon régulée les micro-ondes tout le long du corps de chauffe directement sur le sulfate de calcium hydraté 26 à traiter. The waveguide 22 is connected at one end to a microwave generator 24a, 24b (or to several microwave generators) and passes longitudinally through the heating body between its two longitudinal ends. It is designed to distribute microwaves in a regulated manner all along the heating body directly onto the hydrated calcium sulfate 26 to be treated.
Typiquement, le générateur de micro-ondes 24a, 24b comprend un magnétron ayant une puissance unitaire pouvant varier entre lkW et 10MW, couplé à un générateur de fréquences pouvant varier de 200MHz à 4000MHz. Typically, the microwave generator 24a, 24b comprises a magnetron having a unit power which can vary between 1kW and 10MW, coupled to a frequency generator which can vary from 200MHz to 4000MHz.
Le guide d'ondes 22 peut être réalisé en un tronçon unique ou en plusieurs tronçons reliés les uns aux autres, chaque tronçon étant raccordé à une extrémité à un générateur de micro-ondes. Ainsi, dans l'exemple de réalisation de la figure 9, le guide d'ondes 22 comprend deux tronçons 22a, 22b qui sont reliés l'un à l'autre et raccordés chacun à l'un des deux générateurs de micro-ondes 24a, 24b. The waveguide 22 can be made in a single section or in several sections connected to each other, each section being connected at one end to a microwave generator. Thus, in the exemplary embodiment of Figure 9, the waveguide 22 comprises two sections 22a, 22b which are connected to each other and each connected to one of the two microwave generators 24a , 24b.
De même, il est possible de prévoir une pluralité de guides d'ondes qui sont montés à l'intérieur du corps de chauffe et qui s'étendent parallèlement les uns aux autres en chaque extrémité du corps de chauffe, chacun de ces guides d'ondes pouvant être réalisé en un ou plusieurs tronçons. Par ailleurs, le guide d'ondes 22 est de préférence enveloppé d'un isolant thermique 28 qui est transparent aux micro-ondes générées par le générateur d'ondes. Par exemple, cet isolant thermique est constitué de fibres de silice et d'alumine ou de quartz. Likewise, it is possible to provide a plurality of wave guides which are mounted inside the heating body and which extend parallel to each other at each end of the heating body, each of these guides waves that can be produced in one or more sections. Furthermore, the waveguide 22 is preferably enveloped in a thermal insulator 28 which is transparent to the microwaves generated by the wave generator. For example, this thermal insulator is made of silica and alumina or quartz fibers.
Le guide d'ondes 22 peut également être isolé des poussières par des fenêtres de protection 30 (voir la figure 10) qui sont transparentes aux micro-ondes générées par le générateur d'ondes et résistantes aux hautes-températures. Ces fenêtres de protection sont par exemple réalisées en quartz ou en céramique et présentent une épaisseur comprise entre 5 et 20mm. Elles peuvent être fixées sur le guide d'ondes par l'intermédiaire de pattes ou tout autre système de fixation. The waveguide 22 can also be isolated from dust by protective windows 30 (see Figure 10) which are transparent to the microwaves generated by the wave generator and resistant to high temperatures. These protective windows are for example made of quartz or ceramic and have a thickness of between 5 and 20mm. They can be fixed to the waveguide using tabs or any other fixing system.
Alternativement, ou de façon complémentaire aux fenêtres de protection, le guide d'ondes peut être mis en légère surpression (par rapport à l'intérieur du corps de chauffe) par injection d'air à l'une de ses extrémités longitudinales de façon à limiter les entrées de poussière. Alternatively, or in addition to the protective windows, the waveguide can be placed under slight overpressure (relative to the interior of the heating body) by injecting air into one of its longitudinal ends so as to limit dust entry.
Alternativement encore, il peut être prévu un système de nettoyage des poussières comprenant un cylindre perforé placé sur une face supérieure du guide d'ondes. Les phases de nettoyage sont assurées par injection d'air pulsé. Alternatively, a dust cleaning system may be provided comprising a perforated cylinder placed on an upper face of the waveguide. The cleaning phases are carried out by injection of pulsed air.
De plus, comme représenté sur la figure 12, chaque guide d'ondes 22 comprend une pluralité de fentes 32 qui sont positionnées en regard du sulfate de calcium hydraté 26 introduit dans le corps de chauffe. Furthermore, as shown in Figure 12, each waveguide 22 comprises a plurality of slots 32 which are positioned facing the hydrated calcium sulfate 26 introduced into the heating body.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 12, les fentes 32 du guide d'ondes ont une forme sensiblement de rectangle dont la longueur est alignée avec l'axe longitudinal A du guide d'ondes. De plus, les fentes 32 de cet exemple de réalisation sont disposées de part et d'autre de l'axe longitudinal A du guide d'ondes. In the exemplary embodiment of Figure 12, the slots 32 of the waveguide have a substantially rectangular shape whose length is aligned with the longitudinal axis A of the waveguide. In addition, the slots 32 of this exemplary embodiment are arranged on either side of the longitudinal axis A of the waveguide.
De manière générale, la disposition et la géométrie des fentes 32 du guide d'ondes sont conçues d'une part pour être compatibles avec la fréquence de micro-ondes utilisées, et d'autre part pour que la chauffe du sulfate de calcium hydraté soit réalisée de façon optimale avec une ou plusieurs zones spécifiques de chauffe en fonction du profil de température souhaité. Generally speaking, the arrangement and geometry of the slots 32 of the waveguide are designed on the one hand to be compatible with the frequency of microwaves used, and on the other hand so that the heating of the hydrated calcium sulfate is carried out optimally with one or more specific heating zones depending on the desired temperature profile.
Par exemple, il est possible de prévoir une zone amont de montée en température et une zone aval de maintien à une température cible. Dans cet exemple, dans la zone amont de montée en température (voir la figure 12), les fentes 32 du guide d'ondes sont par exemple espacées, d'une part longitudinalement les unes des autres d'une distance e correspondant à la moitié de la longueur d'onde des micro-ondes émises par le guide d'ondes à un multiple de la longueur d'ondes près (c'est- à-dire : e = À/2 + m À avec À pour la longueur d'ondes et m un nombre entier), et d'autre part transversalement de l'axe longitudinal A du guide d'ondes d'une distance h. Toujours dans cet exemple à deux zones spécifiques de chauffe, les fentes du guide d'ondes correspondant à la zone aval de maintien en température (non représentée sur les figures) sont espacées longitudinalement les unes des autres d'une distance différente de la distance e, et/ou transversalement de l'axe longitudinal A du guide d'ondes d'une distance différente de la distance h.For example, it is possible to provide an upstream temperature rise zone and a downstream zone to maintain a target temperature. In this example, in the upstream temperature rise zone (see Figure 12), the slots 32 of the waveguide are for example spaced, on the one hand longitudinally from each other by a distance e corresponding to half of the wavelength of the microwaves emitted by the waveguide to a multiple of the wavelength (that is to say: e = À/2 + m À with À for the length d 'waves and m an integer), and on the other hand transversely of the longitudinal axis A of the waveguide by a distance h. Still in this example with two specific heating zones, the slots of the waveguide corresponding to the downstream temperature maintenance zone (not shown in the figures) are spaced longitudinally from each other by a distance different from the distance e , and/or transversely of the longitudinal axis A of the waveguide by a distance different from the distance h.
Par ailleurs, la fente 32a qui est la plus en aval du guide d'ondes est située à une distance f de l'extrémité aval F du guide d'ondes qui est égale au quart de la longueur d'onde des micro-ondes émises par le guide d'ondes à un multiple de la longueur d'ondes près (c'est-à-dire : f = À/4 + p À avec À pour la longueur d'ondes et p un nombre entier). Furthermore, the slot 32a which is the most downstream of the waveguide is located at a distance f from the downstream end F of the waveguide which is equal to a quarter of the wavelength of the microwaves emitted by the waveguide to a multiple of the wavelength (that is to say: f = À/4 + p À with À for the wavelength and p an integer).
De manière similaire, la fente 32b qui est la plus en amont du guide d'ondes est située à une distance g de l'extrémité amont F' du guide d'ondes qui est égale à la moitié de la longueur d'onde des microondes émises par le guide d'ondes à un multiple de la longueur d'ondes près (c'est-à-dire : g = À/2 + q À avec À pour la longueur d'ondes et q un nombre entier). Similarly, the slot 32b which is most upstream of the waveguide is located at a distance g from the upstream end F' of the waveguide which is equal to half the wavelength of the microwaves emitted by the waveguide to a multiple of the wavelength (that is to say: g = À/2 + q À with À for the wavelength and q an integer).
Le four 2 utilisé dans le procédé selon l'invention comprend également le système d'alimentation 34 en sulfate de calcium hydraté qui traverse le capot amont 14 et qui débouche dans le corps de chauffe 4 à la première extrémité longitudinale (ou extrémité amont) de celui-ci. The oven 2 used in the process according to the invention also comprises the hydrated calcium sulfate supply system 34 which passes through the upstream cover 14 and which opens into the heating body 4 at the first longitudinal end (or upstream end) of this one.
Alternativement, l'alimentation peut être réalisée par gravité au moyen de tubes dont le diamètre et la longueur sont déterminés pour ne pas présenter de fuites d'ondes. Alternatively, the supply can be carried out by gravity using tubes whose diameter and length are determined so as not to present wave leaks.
Pour des produits sous forme de poudres, on choisira un système d'alimentation par une vanne de type vanne écluse métallique permettant de réguler le débit, d'éviter les fuites micro-ondes et d'éviter la mise à l'air du corps de chauffe. For products in the form of powders, we will choose a supply system using a metal sluice valve type valve making it possible to regulate the flow rate, avoid microwave leaks and prevent the body from being exposed to air. heated.
Pour des produits granulaires de granulométrie plus importante, on choisira de préférence d'alimenter le four par saccades via un sas d'entrée pouvant être réalisé par deux vannes guillotines consécutives. Ce sas d'entrée permet de garantir une étanchéité aux ondes et à l'air. For granular products of larger particle size, we will preferably choose to feed the oven in jerks via an inlet airlock which can be created by two consecutive guillotine valves. This entrance airlock guarantees airtightness against waves and air.
De même, le four comprend le système d'évacuation 36 de l'anhydrite artificielle qui traverse le capot aval 14 et qui s'ouvre dans le corps de chauffe 4 à une deuxième extrémité longitudinale (ou extrémité aval) de celui-ci opposée à la première extrémité longitudinale. Ce système d'évacuation 36 peut être couplé à une vanne de régulation de débit 38 et à une sonde 40 de mesure de la température à l'intérieur du corps de chauffe (figure 9). Likewise, the oven includes the artificial anhydrite evacuation system 36 which passes through the downstream cover 14 and which opens into the heating body 4 at a second longitudinal end (or downstream end) thereof opposite to the first longitudinal end. This evacuation system 36 can be coupled to a flow control valve 38 and to a probe 40 for measuring the temperature inside the heating body (figure 9).
Le four 2 comprend encore le dispositif d'évacuation des gaz 42 qui comprend ici un tube d'évacuation de fumées. Ce tube peut également être utilisé pour l'injection de gaz à l'intérieur du corps de chauffe.The oven 2 also includes the gas evacuation device 42 which here includes a smoke evacuation tube. This tube can also be used for the injection of gas inside the heating body.
En liaison avec les figures 13 à 15, on décrira maintenant différentes configurations possibles pour la réalisation du corps de chauffe du four. Dans le mode de réalisation de la figure 9, le corps de chauffe 4-1 comprend notamment un tube interne 44 qui est composé d'une pluralité de plaques angulaires 46 réalisées en acier réfractaire et réparties angulairement autour de l'axe longitudinal X-X du corps de chauffe. In conjunction with Figures 13 to 15, we will now describe different possible configurations for producing the heating body of the oven. In the embodiment of Figure 9, the heating body 4-1 comprises in particular an internal tube 44 which is composed of a plurality of angular plates 46 made of refractory steel and distributed angularly around the longitudinal axis XX of the body heating.
Les plaques 46 se chevauchent deux à deux dans le sens circonférentiel, chaque plaque étant apte à glisser tangentiellement sur les deux plaques qui lui sont directement adjacentes afin de permettre au tube interne 44 de pouvoir absorber les dilatations thermiques. The plates 46 overlap two by two in the circumferential direction, each plate being able to slide tangentially on the two plates which are directly adjacent to it in order to allow the internal tube 44 to be able to absorb thermal expansions.
Le corps de chauffe 4-1 comprend également un tube externe 48 qui est disposé autour du tube interne 44 en lui étant coaxial. Des goujons 50 s'étendant selon des directions radiales permettent de relier le tube externe 48 aux plaques du tube interne 44. The heating body 4-1 also comprises an external tube 48 which is arranged around the internal tube 44 while being coaxial with it. Studs 50 extending in radial directions make it possible to connect the outer tube 48 to the plates of the inner tube 44.
Enfin, un isolant thermique 52 est positionné dans l'espace annulaire formé entre le tube interne 44 et le tube externe 48. Finally, a thermal insulator 52 is positioned in the annular space formed between the internal tube 44 and the external tube 48.
Dans le mode de réalisation de la figure 14, le corps de chauffe 4-2 comprend un tube interne 54 qui est réalisé en acier réfractaire et qui est monobloc, ainsi qu'un tube externe 48 qui est disposé autour du tube interne en lui étant coaxial. In the embodiment of Figure 14, the heating body 4-2 comprises an internal tube 54 which is made of refractory steel and which is in one piece, as well as an external tube 48 which is arranged around the internal tube being coaxial.
De plus, une pluralité de lamelles ressorts 56 (ou bracons) s'étendant selon des directions tangentielles au tube interne viennent relier le tube externe 48 au tube interne 54. In addition, a plurality of leaf springs 56 (or struts) extending in directions tangential to the internal tube connect the external tube 48 to the internal tube 54.
Enfin, comme pour le précédent mode de réalisation, un isolant thermique 52 est positionné dans l'espace annulaire formé entre le tube interne 54 et le tube externe 48. Finally, as for the previous embodiment, a thermal insulator 52 is positioned in the annular space formed between the internal tube 54 and the external tube 48.
Dans le mode de réalisation de la figure 15, le corps de chauffe 4-3 comprend un tube interne 58 qui est réalisé en acier réfractaire, monobloc et fendu longitudinalement pour lui permettre de se dilater dans le sens circonférentiel. A cet effet, le tube interne 58 présente une discontinuité 60, les deux extrémités angulaires du tube interne délimitant cette discontinuité étant reliées l'une à l'autre par une plaque 62 vissée sur le tube interne. In the embodiment of Figure 15, the heating body 4-3 comprises an internal tube 58 which is made of refractory steel, one-piece and split longitudinally to allow it to expand in the circumferential direction. For this purpose, the internal tube 58 has a discontinuity 60, the two angular ends of the internal tube delimiting this discontinuity being connected to each other by a plate 62 screwed onto the internal tube.
Le corps de chauffe 4-3 comprend également un tube externe 48 qui est disposé autour du tube interne 58 en lui étant coaxial, et un isolant thermique 52 positionné dans l'espace annulaire formé entre le tube interne et le tube externe. The heating body 4-3 also comprises an external tube 48 which is arranged around the internal tube 58 while being coaxial with it, and a thermal insulator 52 positioned in the annular space formed between the internal tube and the external tube.
Par ailleurs, de façon connue, le four rotatif comprend également des dispositifs (non représentés sur les figures) pour l'étanchéité aux gaz et pour l'isolation thermique entre le corps de chauffe et les capots fixes. Typiquement, ces dispositifs peuvent être des joints de tissu thermique. Furthermore, in known manner, the rotary oven also includes devices (not shown in the figures) for gas tightness and for thermal insulation between the heating body and the fixed covers. Typically, these devices may be thermal fabric seals.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés sur les différentes figures. The present invention is not limited to the embodiments described and represented in the various figures.

Claims

Tl Revendications Tl Claims
1. Procédé de production industrielle d'anhydrite artificielle utilisant un four à micro-ondes (2) muni : 1. Process for the industrial production of artificial anhydrite using a microwave oven (2) equipped with:
- d'un corps de chauffe (4), - a heating body (4),
- d'au moins un générateur de micro-ondes (24a, 24b) et d'au moins un guide d'ondes (22) s'étendant suivant une direction longitudinale à l'intérieur du corps de chauffe (4), le procédé comportant les étapes suivantes : a) on introduit du sulfate de calcium hydraté à l'intérieur du corps de chauffe (4), b) on expose le sulfate de calcium hydraté introduit dans le corps de chauffe (4) aux micro-ondes émises par ledit au moins un générateur de micro-ondes (24a, 24b) et acheminées dans le corps de chauffe (4) par ledit au moins un guide d'ondes (22), de manière à déshydrater au moins une partie du sulfate de calcium hydraté introduit et produire une anhydrite artificielle, le guide d'ondes distribuant les micro-ondes directement sur le sulfate de calcium hydraté, c) on extrait du corps de chauffe (4) l'anhydrite artificielle produite. - at least one microwave generator (24a, 24b) and at least one waveguide (22) extending in a longitudinal direction inside the heating body (4), the method comprising the following steps: a) hydrated calcium sulfate is introduced inside the heating body (4), b) the hydrated calcium sulfate introduced into the heating body (4) is exposed to the microwaves emitted by said at least one microwave generator (24a, 24b) and conveyed into the heating body (4) by said at least one waveguide (22), so as to dehydrate at least part of the hydrated calcium sulfate introduces and produces an artificial anhydrite, the waveguide distributing the microwaves directly to the hydrated calcium sulfate, c) the artificial anhydrite produced is extracted from the heating body (4).
2. Procédé selon la revendication 1, selon lequel, le corps de chauffe (4) du four à micro-ondes (2) s'étendant selon un axe longitudinal (X-X) entre deux extrémités longitudinales opposées,2. Method according to claim 1, according to which, the heating body (4) of the microwave oven (2) extending along a longitudinal axis (X-X) between two opposite longitudinal ends,
- le sulfate de calcium est introduit, à l'étape a), à une première des deux extrémités longitudinales du corps de chauffe (4), - the calcium sulfate is introduced, in step a), at a first of the two longitudinal ends of the heating body (4),
- à l'étape b) on fait avancer le sulfate de calcium hydraté et/ou l'anhydrite artificielle contenus dans le corps de chauffe selon une direction parallèle à l'axe longitudinal (X-X) du corps de chauffe (4), de la première extrémité longitudinale vers une deuxième extrémité longitudinale- in step b) the hydrated calcium sulfate and/or artificial anhydrite contained in the heating body are advanced in a direction parallel to the longitudinal axis (X-X) of the heating body (4), from the first longitudinal end towards a second longitudinal end
- l'anhydrite artificielle est extraite, à l'étape c), à la deuxième extrémité longitudinale du corps de chauffe. - the artificial anhydrite is extracted, in step c), at the second longitudinal end of the heating body.
3. Procédé selon la revendication 2, selon lequel la production de l'anhydrite artificielle est réalisée en continu. 3. Method according to claim 2, according to which the production of artificial anhydrite is carried out continuously.
4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, selon lequel 4. Method according to one of claims 2 and 3, according to which
- ledit guide d'ondes (22) comprenant un guide d'ondes à fentes (32) monté à l'intérieur du corps de chauffe (4) s'étendant selon une direction longitudinale parallèle à l'axe longitudinal (X-X) du corps de chauffe (4) et raccordé à l'une de ses extrémités (F-F)audit générateur de micro-ondes (24a, 24b), le guide d'onde ayant des fentes positionnées en regard du sulfate de calcium hydraté,- said waveguide (22) comprising a slotted waveguide (32) mounted inside the heating body (4) extending in a longitudinal direction parallel to the longitudinal axis (X-X) of the body heating (4) and connected at one of its ends (F-F) to said microwave generator (24a, 24b), the waveguide having slots positioned facing the hydrated calcium sulfate,
- à l'étape a), le sulfate de calcium hydraté est introduit dans le corps de chauffe (4) par un système d'alimentation (34) débouchant dans le corps de chauffe (4) à la première desdites deux extrémités longitudinales de celui-ci, - in step a), the hydrated calcium sulfate is introduced into the heating body (4) by a supply system (34) opening into the heating body (4) at the first of said two longitudinal ends of that -this,
- à l'étape c), on extrait l'anhydrite artificielle par un système d'évacuation (36) s'ouvrant dans le corps de chauffe (4) à la deuxième extrémité longitudinale de celui-ci, - in step c), the artificial anhydrite is extracted by an evacuation system (36) opening into the heating body (4) at the second longitudinal end thereof,
- au cours de l'étape b), on met en rotation ledit corps de chauffe (4) autour de son axe longitudinal (X-X), on incline l'axe longitudinal (X-X) du corps de chauffe (4) par rapport à l'horizontale de façon à réguler la vitesse d'avance du sulfate de calcium hydraté dans le corps de chauffe (4). - during step b), said heating body (4) is rotated around its longitudinal axis (XX), the longitudinal axis (XX) of the heating body (4) is inclined relative to the horizontal so as to regulate the speed of advance of the hydrated calcium sulfate in the heating body (4).
5. Procédé selon la revendication 4, selon lequel on piège les micro-ondes à l'intérieur du four (2) grâce à deux capots (14) fixes, chaque capot (14) étant monté sur l'une des extrémités longitudinales du corps de chauffe avec interposition de joints annulaires (16) de piégeage d'ondes. 5. Method according to claim 4, according to which the microwaves are trapped inside the oven (2) using two fixed covers (14), each cover (14) being mounted on one of the longitudinal ends of the body heating with the interposition of annular seals (16) for trapping waves.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, selon lequel, à l'étape b), on évacue les gaz libérés lors du chauffage du sulfate de calcium hydraté par un dispositif d'évacuation (42) assurant une mise en dépression du corps de chauffe (4) du four (2) et/ou on injecte des gaz à l'intérieur du corps de chauffe (4). 6. Method according to one of claims 1 to 5, according to which, in step b), the gases released during the heating of the hydrated calcium sulfate are evacuated by an evacuation device (42) ensuring a depression of the heating body (4) of the oven (2) and/or gases are injected inside the heating body (4).
7. Procédé selon l'une des revendication 1 à 6, selon lequel, 7. Method according to one of claims 1 to 6, according to which,
- le four (2) comportant deux générateurs de micro-ondes (24a, 24b) et deux guides d'ondes (22a, 22b) correspondant et - the oven (2) comprising two microwave generators (24a, 24b) and two corresponding wave guides (22a, 22b) and
- le corps de chauffe (4) du four (2) comportant une première partie dans laquelle s'étend un premier (22a) desdits deux guides d'ondes associé à un premier (24a) desdits deux générateurs de micro-ondes et une deuxième partie dans laquelle s'étend le deuxième guide d'ondes (22b) associé au deuxième générateur de micro-ondes (24b), à l'étape b), le sulfate de calcium hydraté traverse successivement la première partie puis la deuxième partie du corps de chauffe (4), lesdites première et deuxième parties du corps de chauffe (4) présentant des profils de température différents. - the heating body (4) of the oven (2) comprising a first part in which extends a first (22a) of said two waveguides associated with a first (24a) of said two microwave generators and a second part in which the second wave guide (22b) associated with the second microwave generator (24b) extends, in step b), the hydrated calcium sulfate passes successively through the first part then the second part of the body heating body (4), said first and second parts of the heating body (4) having different temperature profiles.
8. Procédé selon la revendication 7, selon lequel le premier générateur de micro-ondes (24a) et le premier guide d'ondes (22a) étant configurés de manière à produire une augmentation progressive de la température le long de la première partie du corps de chauffe et le deuxième générateur de micro-ondes (24b) et le deuxième guide d'ondes (22b)étant configurés de manière à maintenir une température cible constante le long de la deuxième partie du corps de chauffe, à l'étape b) le sulfate de calcium hydraté est soumis à l'augmentation progressive de la température le long de la première partie du corps de chauffe puis est maintenu à la température cible le long de la deuxième partie du corps de chauffe. 8. Method according to claim 7, wherein the first microwave generator (24a) and the first waveguide (22a) are configured so as to produce a progressive increase in temperature along the first part of the body heating and the second microwave generator (24b) and the second waveguide (22b) being configured so as to maintain a constant target temperature along the second part of the heating body, in step b) the hydrated calcium sulfate is subjected to the gradual increase in temperature along the first part of the heating body then is maintained at the target temperature along the second part of the heating body.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, selon lequel, à l'étape a), le sulfate de calcium hydraté introduit dans le corps de chauffe comprend au moins l'un des composants suivants : du gypse naturel, des sulfates de calcium d'origine industrielle, du phosphogypse, du désulfogypse, du fluorogypse, du borogypse ou un mélange de ces composants. 9. Method according to one of claims 1 to 8, according to which, in step a), the hydrated calcium sulfate introduced into the heating body comprises at least one of the following components: natural gypsum, sulfates calcium of industrial origin, phosphogypsum, desulfogypsum, fluorogypsum, borogypsum or a mixture of these components.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, selon lequel à l'étape b) on chauffe le sulfate de calcium hydraté à une température comprise entre 150 et 800 degrés Celsius pour réaliser la déshydratation d'au moins une partie de ce sulfate de calcium hydraté. 10. Method according to one of claims 1 to 9, according to which in step b) the hydrated calcium sulfate is heated to a temperature between 150 and 800 degrees Celsius to carry out the dehydration of at least part of this hydrated calcium sulfate.
11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, selon lequel on sèche le sulfate de calcium hydraté à l'aide d'un dispositif de séchage (120) avant son introduction dans le corps de chauffe. 11. Method according to one of the preceding claims, according to which the hydrated calcium sulfate is dried using a drying device (120) before its introduction into the heating body.
12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, selon lequel on broie le sulfate de calcium hydraté avant son introduction dans le corps de chauffe. 12. Method according to one of the preceding claims, according to which the hydrated calcium sulfate is crushed before its introduction into the heating body.
13. Procédé selon la revendication précédente, selon lequel, après broyage, on filtre le sulfate de calcium hydraté et/ou on le stocke avant son introduction dans le corps de chauffe (4). 13. Method according to the preceding claim, according to which, after grinding, the hydrated calcium sulfate is filtered and/or stored before its introduction into the heating body (4).
14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, selon lequel, avant son introduction dans le corps de chauffe, le sulfate de calcium hydraté est préchauffé dans un dispositif de préchauffage (180 ; 185). 14. Method according to one of claims 1 to 13, according to which, before its introduction into the heating body, the hydrated calcium sulfate is preheated in a preheating device (180; 185).
15. Procédé selon la revendication précédente, selon lequel, avant son préchauffage, on sèche le sulfate de calcium hydraté à l'aide d'un dispositif de séchage (120), et selon lequel les gaz chauffés dans le dispositif de préchauffage (180 ; 185) et/ou les gaz libérés lors du chauffage du sulfate de calcium hydraté dans le four sont recirculés vers le dispositif de séchage (120). 15. Method according to the preceding claim, according to which, before preheating, the hydrated calcium sulfate is dried using a drying device (120), and according to which the gases heated in the preheating device (180; 185) and/or the gases released during heating of the hydrated calcium sulfate in the oven are recirculated to the drying device (120).
16. Procédé selon l'une des revendications 14 et 15, selon lequel les gaz libérés lors du chauffage du sulfate de calcium hydraté dans le four sont recirculés vers le dispositif de préchauffage (120).16. Method according to one of claims 14 and 15, according to which the gases released during heating of the hydrated calcium sulfate in the oven are recirculated towards the preheating device (120).
17. Procédé selon l'une des revendications 12 à 16, selon lequel, après l'étape c), l'anhydrite artificielle est calcinée à nouveau à l'aide d'un calcinateur flash (230) à énergie fossile. 17. Method according to one of claims 12 to 16, according to which, after step c), the artificial anhydrite is calcined again using a flash calciner (230) with fossil energy.
18. Procédé selon l'une des revendications 12 à 17, selon lequel, après l'étape c), l'anhydrite artificielle est acheminée à travers un système de refroidissement (210) pour être refroidie. 18. Method according to one of claims 12 to 17, according to which, after step c), the artificial anhydrite is conveyed through a cooling system (210) to be cooled.
19. Procédé selon la revendication 18, selon lequel, avant son introduction dans le corps de chauffe, le sulfate de calcium hydraté est préchauffé dans un dispositif de préchauffage (180 ; 185) et selon lequel la chaleur de l'anhydrite artificielle récupérée par le système de refroidissement (210) est réutilisée par le dispositif de préchauffage (180 ; 185). 19. Method according to claim 18, according to which, before its introduction into the heating body, the hydrated calcium sulfate is preheated in a preheating device (180; 185) and according to which the heat of the artificial anhydrite recovered by the cooling system (210) is reused by the preheating device (180; 185).
20. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, selon lequel on broie l'anhydrite artificielle après son extraction hors du corps de chauffe. 20. Method according to one of claims 1 to 11, according to which the artificial anhydrite is crushed after its extraction from the heating body.
21. Procédé selon la revendication 20, selon lequel l'anhydrite artificielle broyée est filtrée et/ou stockée. 21. Method according to claim 20, according to which the crushed artificial anhydrite is filtered and/or stored.
22. Procédé selon la revendication 21, selon lequel, avant l'étape a), le sulfate de calcium hydraté est préchauffé par acheminement à travers un dispositif de traitement thermique (185) à énergie fossile. 22. Method according to claim 21, according to which, before step a), the hydrated calcium sulfate is preheated by conveying it through a heat treatment device (185) using fossil energy.
23. Procédé selon la revendication précédente, selon lequel, avant son préchauffage, on sèche le sulfate de calcium hydraté à l'aide d'un dispositif de séchage (120), et selon lequel les gaz chauffés dans le dispositif de traitement thermique à énergie fossile (185) et/ou dans le four (2) sont recirculés vers le dispositif de séchage (120). 23. Method according to the preceding claim, according to which, before preheating, the hydrated calcium sulfate is dried using a drying device (120), and according to which the gases heated in the energy heat treatment device fossil (185) and/or in the oven (2) are recirculated to the drying device (120).
24. Procédé selon l'une des revendications précédentes, selon lequel, le corps de chauffe (4) étant muni intérieurement de pales de brassage qui s'étendent de manière inclinée par rapport à l'axe longitudinal du corps de chauffe et sont solidaires en rotation avec celui-ci, et à l'étape b), on met en rotation les pales de brassage avec le corps de chauffe (4) tout en inclinant l'axe longitudinal de celui-ci pour faire avancer le sulfate de calcium hydraté et/ou l'anhydrite artificielle contenus dans le corps de chauffe (4). 24. Method according to one of the preceding claims, according to which, the heating body (4) being provided internally with stirring blades which extend in an inclined manner relative to the longitudinal axis of the heating body and are integral in rotation with the latter, and in step b), the stirring blades are rotated with the heating body (4) while tilting the longitudinal axis thereof to advance the hydrated calcium sulfate and /or the artificial anhydrite contained in the heating body (4).
25. Procédé selon l'une des revendications précédentes, selon lequel on calcine le sulfate de calcium hydraté sans produire de dioxyde de carbone. 25. Method according to one of the preceding claims, according to which the hydrated calcium sulfate is calcined without producing carbon dioxide.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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