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"NOUVEAU FOUR PERFECTIONNET POUR L'ACTIVATION DES
MATIERES CARBONEES PAR LES GAZ"
La présente invention se rapporte à l'emploi combiné de plusieurs fours pour l'activation de matières carbonées par diffusion de gaz activants à haute température, de telle sorte que l'ensemble ainsi réalisé permet une accélération des réactions d'activation grâce à un usage judicieux des gaz de chauffage et des gaz activants ainsi qu'une économie considérable dans le chauffage, en raison de la production de gaz d'activation à haut pouvoir calorifique et à leur utili- sation immédiate d'une manière particulièrement efficace.
Il est usuel de fabriquer les charbons actifs absorbants @
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ou décolorants en soumettant des matières carbonées à l'ac- tion des gaz activants à température élevée, soit par passage direct de gaz activants et chauffants à travers la masse, soit par l'intermédiaire de diaphragmes poreux ou ajourés.
Les matières carbonées soumises à ce traitement d'activation peuvent être des substances crues telles que bois ou déchets de matières végétales ou animales quelconques, tourbe, lignite, anthracite, etc..., ou ces mêmes substances ayant subi une carbonisation plus ou moins complète. Elles peuvent: également avoir été additionnées ou non de substances chimiques favorisant l'activation ou avoir subi une aggloméra- tion par des moyens divers.
La présente invention est caractérisée par la combi- naison de l'emploi de deux fours dans chacun desquels le traite- ment des matières a lieu par phases alternées de chauffage et d'activation, l'un des fours étant en phase de chauffage pendant que l'autre est en phase d'activation, et vice-versa.
Il a été décrit dans le brevet belge déposé le 26 juil. let 1930, sous le N 12.239 , au nom de la "Société de Recher- ches et d'Exploitations Pétrolifères", pour "Nouveau procédé perfectionné pour l'activation des matières carbonées par les gaz", le principe du fonctionnement des fours d'activation avec phases alternées de chauffage et d'activation, chacune de ces deux opérations ayant lieu isolément avec des gaz de compositions différentes et parfaitement appropriées aux buts à remplir.
La présente invention pemet, entre autres, grâce à la combinaison des deux fours fonctionnant d'après le principe ci-dessus énoncé, et dont l'un est en phase de chauffage pendant que l'autre est en phase d'activation, une utilisation immé- diate des gaz combustibles encore chauds produits dans le fcur en phase d'activation, après combustion avec la quantité voulue d'air,de préférence préalablement réchauffé, ,pour chauffer le four en période de chauffage.
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Il est ainsi possible de réaliser le chauffage des fours le plus souvent sans aucun apport de combustible supplé- mentaire, ou du moins avec un apport des plus réduits, d'où un fonctionnement particulièrement économique.
Les fours peuvent être indépendants ou jumelés.
Leur disposition interne peut être telle qu'elle permette le passage direct des gaz activant s et chauffants à travers la matière carbonée à activer, ou bien cette matière peut être contenue dans toutes cornues ou récipients appropriés munis de parois poreuses ou aj ourées, convenablement disposés à l'inté- rieur du laboratoire des fours.
Cette -matière carbonée subit ainsi pendant son séjour dans le fcur d'activation un traitement ininterrompu par des gaz alternativement chauffants et activants, jusqu'à ce qu'elle ait atteint le degré d'activité voulu.
De plus, conformément à l'invention, les fumées de chauffage qui ont servi au chauffage de la matière carbonée dans les fours et qui contiennent une certaine quantité de gaz combustibles, par suite de l'effet réducteur des matières car- bonées sur lesdites fumées, peuvent être brûlées avec une petite quantité d'air et servir au chauffage de régénérateurs de cha- leur, puis être envoyées dans tous appareils de récupération de chaleurs perdues tels que surchauffeur de vapeur, réchauffeur d'air ou de gaz divers, appareil évaporatoire, etc...; certains de ces appareils étant en particulier destinés à réaliser la surchauffe jusqu' à une température élevée des gaz activants envoyés dans le four en période d'activation.
Sur le dessin ci-annexé auquel on se réfère dans la description qui va suivre, il a été représenté, à titre d'exemple, deux ensembles de deux fours combinés suivant les principes de la présente invention exposés précédemment.
La figure 1 représent e, en plan, avec coupes partielles, un ensemble avec fours d'activation indépendants comportant un passage direct de gaz activants ou chauffants à
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travers la masse de matière carbonée.
La figure 2 représente, en plan, avec coupe par- tielle, un ensemble comportant deux fours jumelés dont les labo- ratoires sont pourvus intérieurement de récipients destinés à contenir la matière carbonée et munis de parois poreuses ou convenablement ajourées.
Sur ces deux figures les mêmes lettres de référence désignent les mêmes éléments ou organes.
Dans l'ensemble représenté fig .l, les deux fours d'activation indépendants, F1, F2 sont reliés entre eux par un carneau b servant à conduire les gaz combustibles sortant du four en phase d'activation vers le four en phase de chauffage.
A cet effet, on admet par une conduite]. la quantité d'air voulue pour réaliser la combustion de ces gaz.
Le four F2 est représenté en coupe suivant trois sections horizontales différentes :
Cl est une coupe partielle de la base du four au niveau du carneau b.
C2 est une coupe partielle au niveau de la grille supportant la matière carbonée et de la porte de déchargement.
C3 est une coupe partielle de la partie supérieure du four, au niveau du carneau de sortie-des gaz dont il sera question ci-dessous.
Sur le four Fl, représenté schématiquement en plan, on a indiqué une trémie de chargement .
Les fcurs Fl, F2 sont reliés respectivement à leur partie supérieure par des carneaux e1, e2 à deux régénérateurs de chaleur Rl, R2. Ces régénérateurs Rl, R2 sont du type normal à garnissage intérieur de briques réfractaires, ou toute autre matière appropriée susceptible de réaliser un emmagasinage de la chaleur .
Les régénérateurs R1, R2 sont reliés à un surchauf- feur de vapeur S par des carneaux f1, f2 munis chacun 'd'une vanne g1, g2.
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Le surchauffeur S reçoit de la vapeur d'une chau- dière par une conduite h. Cette vapeur, après surchauffe, res- sort par une conduite i qui se divise en deux conduites k1, k2 munies chacune d'une vanne et aboutissant respectivement dans' les carneaux f1, f2 entre les vannes g1, g2 et les régénéra- teurs R1, R2.
' Le surchauffeur S est relié par un carneau 1 à un réchauffeur d'air T après lequel les fumées peuvent être con- duites par un carneau .9. à une cheminée U.
Le réchauffeur d'air T reçoit de l'air provenant d'un ventilateur ou d'un appareil analogue par une conduite m et l'air réchauffé sort du dit réchauffeur par une conduite n pour venir, d'une part, par la conduite p dans le carneau b, et d'autre part par des conduites o1, o2, munies chacune d'une vanne, dans lescarneaux e1, e2.
Le fonctionnement de l'ensemble de l'appareil,objet de la présente invention, est le suivant :
En supposant que le four F1 soit en période d'acti- vation et le four F2 en période de chauffage, il sort du fourF1 par le carneau b., suivant la flèche, des gaz d'activation à haut pouvoir calorifique ; ceux-ci sont brûlés grâce à l'air arrivant par la conduite p, et se rendent dans le four F2 qu'ils traversent en cédant une partie de leur chaleur à la matière carbonée.
Dans le cas où, éventuellement, la quantité de gaz combustibles provenant du four F1 serait insuffisante, on peut, à l'aide d'un brûleur quelconque, (par exemple à gaz, à mazout, etc...)disposé dans un orifice approprié, tel que a, ménagé dans la paroi du carneau.9., admettre une quantité supplémentaire de gaz en combustion ou de fumées de combustion à très haute tempé- rature.
Un tel brûleur pourrait d'ailleurs être utilisé avantageusement lors de la mise en marche de l'ensemble ou après les arrêts, mais en marche normale, quand la quantité de gaz pro- duite est suffisante, l'orifice a peut être obturé, ainsi qu'il
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est montré sur la fige 1.
Les fumées de combustion devenues très réductrices par suite de leur passage dans le four F2 au contact de la matière carbonée sont brûlées dans le carneau e2 grâce à l'arrivée d'une petite quantité d'air par la conduite c2. Ces fumées ainsi réchauf- fées traversent le régénéra beur R2 ou elles cèdent une partie de leur chaleur aux empilages réfraotaires, puis sortent du régénéra- teur par le carneau f2, traversent la vanne g2 qui doit être ouverte pendant cette phase, se rendent au surchauffeur S puis au réchauf- feur d'air T et de là à la cheminée U.
D'autre part, la vanne g1 étant fériée, la vapeur sortant du surchauffeur S par la conduite i, est amenée, en ou- vrant le robinet de la conduite k1, dans le carneau f1. Cette va- peur qui a subi dans le sur chauffeur S un commencement de surchauffe traverse l'empilage des briques du régénérateur R1, préalablement chauffé où elle se trouve portée à une température sensiblement égale à celle qui règne dans l'enceinte du laboratoire du four, puis elle se rend de là, par le carneau e1, dans le four F1 ; elle traverse ce four où elle se décompose en partie en activant la matière carbonée et sort par la partie inférieure, transformée en gaz combustible composé principalement d'hydrogène et d'oxyde de carbone dilués dans une petite quantité de gaz carbonique et de , vapeur d'eau non entrée en réaction.
Ce gaz est brûlé dans le carneau b grâce à l'air arrivant par la conduite p, comme il a été expliqué précédemment, pour servir au chauffage du four F2.
Lorsque la température s'est trop abaissée dans le four Fl, par suite des réactions endothermiques de l'activation, pour que celle-ci ne se produise plus dans des conditions satisfaisantes, et que, simultanément, le four F2 a été réchauffé à une température suffisante, on procède à une inversion des gaz.
A cet effet, on ferme la vanne g2 et le robinet des conduites k1 et o2, on ouvre la vanne g1 et les robinets des conduites k2 et o1 ; ainsi la vapeur surchauffée introduite par la conduite dans le carneau' 1:2 traverse dans le sens
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inverse à celui des fumées de combustion de la phase précédente, le régénérateur R2, le carneau e et le four F2 dans lequel a lieu une phase d'activation.
Les gaz sortant de 12 sont brûles dans le carneau b par l'air introduit en p et servent au chauffage du four F1 qui est alors en période de chauffage. Ces fumées sortent par le carneau e1, où les éléments combustibles sont brûlés grâce à l'air introduit par la conduite o1 puis traversent le régénéra- teur R1, le carneau fi, la vanne g1, le sur chauffeur S, etc...
L'alternance des phases est ainsi répétée indé- finiment, et la matière carbonée, pendant la durée de son séjour dans les fours considérés est ainsi soumise à une série de phases de chauffage et d'activation.
On conçoit qu'on obtient de cette manière une accélération importante des réactions d'activation et une éco- nomie considérable dans le chauffage.
La figure 2 représente une disposition analogue d'appareils, mais avec des fours jumelés et pourvus intérieure- ment de récipients destinés à recevo ir la matière carbonée, ainsi qu'il a été dit précédemment.
La coupe horizontale du four F permet de voir ces récipients contenant la matière carbonée, lesquels sont formés, par exemple comme montré sur la figure, de chambres parallélépi- pédiques .Ci, c 2, c3 disposées verticalement dans le labo- rato ire du pour'et dont les parois sont constituées par des dia- phragmes poreux ou des pièces réfractaires munies ci'orifices appropriés. Entre ces récipients sont ménagés des espaces d1, d2, d3, etc... pour la circulation des gaz de chauffage et des gaz activant s.
Les fours FI, F2 sont munis à leur partie supérieure de trémies de chargement et à la partie inférieure des portes de déchargement, non représentées sur la figure, permettant une des- cent e continue ou semi-continue de -'La ratière à l'intérieur des récipients.
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Les deux fours F1, F2 sont reliés par un carneau b dans lequel les gaz combustibles sortant de l'un des fours sont brûlés, grâce à une introduction d'air par la conduite p pour servir au chauffage de l'autre four. Les fours communi- quent par des carneaux e1, e2 avec des régénérateurs de cha- leur Rl, R2 reliés eux-mêmes au surchauffeur de vapeur S par des carneaux f1, f2 munis chacun d'une vanne g1, g2. Les fumées sortant de S traversent un réchauffeur d'air T, puis se rendent à la cheminée U. Tous ces éléments existaient déjà dans le premier exemple de réalisation mentionné précédemment.
Le fonctionnement de l'ensemble montré fig. 2 est analogue à celui décrit en regard de la figure 1 sous - réserve que les gaz de chauffage et les gaz activant s traver- sent les fours en empruntant les passages tels que d1, d2, d3 ..... ménagés entre les récipients c1, c2, c3 représentés dans la coupe du four F2 et agissent par suite'indirectement sur la matière carbonée.
La présente invention n'est pas limitée aux dis- positions d'appareils représentées sur les dessins, mais s'ap- plique naturellement à toute implantation différente des mêmes appareils. On peut, par exemple, sans sortir du cadre de l'invention, combiner plus de deux fcurs, utiliser plusieurs régénérateurs et envoyer les fumées de chauffage dans tous appareils d'utilisation des chaleurs perdues autres que ceux mentionnés précédemment. Les fours peuvent être séparés, jume- lés, etc... De même les récipients disposés à l'intérieur du laboratoire des fours et destinés à recevoir la matière car- bonée peuvent présenter toute autre forme ou toute autre dis- position que celles qui ont été figurées notamment avoir une forme tubulaire, polygonale, etc... être disposés obliquement etc...
La circulation des gaz peut se faire verticalement à l'intérieur du. four ou suivre, grâce à des chicanes convena- blement disposées, tout trajet approprié, etc.... On peut éga- lement modifier les emplacements des entrées d'air de combus-
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tion ou en ajouter de nouvelles sur le parcours/des gaz combustibles. On peut aussi utiliser comme gaz activant tout autre gaz que la vapeur d'eau citée, par exemple du gaz carbo- nique ou des mélanges gazeux à for te teneur en vapeur d'eau, gaz carbonique, etc....
En outre, pour faciliter les manoeuvres des vannes aux inversions, il est loisible de prévoir des dispo- sitifs mécaniques permettant de réaliser simultanément les ou- vertures de vannes ou fermetures voulues sans que de tels perfectionnements puissent, bien entendu, sortir du cadre de l' invention.
Il a déjà été décrit un four d'activation de matières carbonées dans lequel les gaz d'activation sortants étaient conduits dans les régénérateurs de chaleur lesquels servaient à surchauffer les gaz activants avant leur introduc- tion dans le four d'activation. Mais, dans cet appareil, le fonctionnement alternatif avec période de chauffage et période de récupération de chaleur n'intéressait que les régénérateurs et dans le laboratoire de l'unique four utilisé il y avait introduction continue de gaz chauffants et activants mélangés.
Au contraire, dans la présente invention, l'alternance des périodes de chauffage et d'activation est une des conditions fondamentales de la réalisation et de l'emploi des fours combi- nés, tels qu'ils ont été décrits ci-dessus.