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Perfectionnements à la fabrication de briquettes de combustible à base de matière carbonacée
La présente invention est relative à des perfectionnements dans la fabrication de combustible artificiel sous la forme de blocs ou de briquettes à base de matière carbonacée telle que charbon, coke, sciure, tan, tourbe, lignite, anthracite, résidus carbonacés et matières analogues.
Il est désirable de produire différentes variétés de com bustible avec les produits variés ci-dessus seuls ou en combi- naison, pour satisfaire aux exigences variables du commerce, qui vont depuis la combustion dans un foyer ouvert jusqu'à la pro- duction de vapeur dans des foyers à tirage forcé ; encore pour servir au chauffa des hauts-fourneaux, c'est-à-dire pour pou- voir être utilisée dans les différentes conditions d'épaisseur du feu et de vitesse du courant d'air.,
Dans ce but, il est nécessaire de contrôler non seulement la vitesse de combustion de la briquette ou bloc finalement pro
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duit (en l'accélérant ou la ralentissant), mais aussi l'intensi té de combustion ou la température obtenue du bloc ou briquette.
Un combustible composé, pour constituer un produit commer- cial parfait doit encore satisfaire à un certain nombre d'autres conditions. En substance, il doit être non-hygrocopique de ma- nière à pouvoir être facilement mis en réserve; il doit être à l'épreuve contre la triabilité à la suite des manipulations aux- quelles il se trouve nécessairement soumis lors de sa mise en magasin ou de son utilisation ;
et il ne doit pas se diviser ou devenir friable durant la combustion,
Au cours de recherches raites pour arriver à ralentir la vitesse trop rapide de combustion de la briquette ou bloc cons- tituée de charbon granulaire ou matière analogue, il a été cons- taté que la densité du bloc n'est pas le seul facteur à envisa- ger, mais que ce facteur est gouverné par la pression de moulage du bloc ou briquette et le mode de son application, par le rem- plissage des pores de la briquette ou bloc avec un agent liant, par l'accélération au moyen d'un sel minéral ajouté, et par la répartition parfaite du lien à l'aide d'un liquide véhiculaire, tous facteurs d'importance,
Il est évident qu'il est essentiel, primo que l'élément combustible se trouve sous une forme de laquelle il puisse faci- lement passer à l'état gazeux,
secondo que le mélaage d'agents favorisant la combustion ajoutés à ceux inhérents au combustible produise sous l'action de la chaleur ultérieure la plus grande quantité de gaz combusibles et tertio que le mélange des gaz combustibles avec les agents activant la combustion s'opère in- tensivement et intimement. à chaque instant ou unité de temps, lorsque chaque particule de matière combustible est consumée, afin'de produire le plus grand dégagement d'énergie calorifique.
En vue. de ne pas accroître sensiblement la teneur en cendre du combustible et d'éviter la formation de scories Indésirables, et en vue d'autres conditions qui peuvent se présenter dans cer-
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tains cas, comme par exemple lorsqu'on utilise des liants du genre du bitume ou des agents analogues ordinaires produisant de la fumée, il est recommandable de porter à un minium cette quan- tité de liant employée pour agglomérer les granules de matiere carbonacée.
A cette fin, une très petite quantité de matière liante qui, lorsqu'elle est constituée par du ciment, ne doit habituellement pas dépasser un pour cent en poids du combustible, et dans le cas d'addition de bitume, ne doit pas, avec le bitume, excéder sept pour cent en poids du conbustible est distribuée dans'toute la masse de la matière carbonacée par un volume rela- tivement grand d'eau agissant comme agent véhiculaire, la quantité' d'eau étant par exemple sensiblement la même que celle du lien, si celui-ci est du ciment, et quelque peu supérieure à celle du lien, si celui-ci est du ciment additionné de bitume,
La quantité d'eau nécessaire pour répartir uniformément la matière liante constitue un facteur déterminant de la pression de moulage à appliquer, et dépend de la grosseur de granule de la matière carbonacée,
comme il apparaît plus loin.
Lorsque le faible pourcentage de matière liante est réparti de cette manière, il a été constaté que le ciment, ou le ciment ' et le bitume, comme ce peut être le cas, forme un lien intime par composition avec les constituants volatils des granules du charbon, c'est-à-dire que le lien se constitue dans la masse même.
Il est recommandable aussi d'analyser le charbon .on matière combustible analogue avant de commencer la fabrication des bri- quettes pour déterminer son coefficient de dilatation sous l'ac- tion de la chaleur.. Lorsque par exemple la briquette possède un grand coefficient de dilatation, une matière liante inerte peut être ajoutée pour éviter le gonflement de la briquette.Cette ' addition supplémentaire de matière liante inerte telle que du bitume ou du ciment (dont la teneur en oxyde est inconnue) peut être compensée par d'autres additions d'un agent oxydant, La proportion augmentée d'agent oxydant (si on la compare avec du
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cnarbon de moindre dilatation) sert alors à prévenir l'auto- cokéfaction de la briquette et compense aussi la diminution de pression de moulage,
qui est désirable.
Comme le ciment contient déjà un agent oxydant (et n'est donc pas strictement une matière liante inerte), il est désira- ble dans certains cas d'ajouter du bitume comme agent liant, dans laquelle circonstance, pour aider à son émulsionnement dans le li- quide véhiculaire, il peut être ajouté une proportion d'amidon (habituellement 1/2% seulement) ou d'un autre émulsionnant.
Cet émulsionnement aide aussi à éviter la décomposition de l'aci- de borique ou agent oxydant acide analogue, pendant les étapes suivantes de la fabrication de la masse pulvérulente en briquet- tes.
L'émulsionnement est facilité par l'addition d'une quantité d'amidon pouvant atteindre jusqu'à 1/% De la soude caustique ou d'autres agents émulsionnants peuvent être employés.
Le ciment hydraulique du commerce est un agent liant avan- tageux, employé en proportions n'excédant pas 5% du poids total de matière carbonacée. Le ciment n'est pas strictement un agent liant inerte puisqu'il contient de l'oxyde acide, mais on peut évidemment tenir compte de sa teneur en oxyde acide.,
Le bitume qui est connu sous la marque de commerce Mexphalt de 40 à 50 de pénétration peut aussi être utilisé comme matière liante en même temps que le ciment, en proportions ne dépassant pas 7 en poids du poids total de matière carbonacée
Si, par exemple, la proportion et la nature des ingrédients d'un mélange de briquette, et d'autres facteurs tels que la di- mension du granule de charbon, la pression de moulage,
la tempé- rature de cuisson et conditions analogues sont déterminés pour fabriquer une briquette donnant satisfaction pour une combustion avec tirage normal, et si l'on veut alors produire des briquettes à base de la même matière carbonacée mais destinées à brûler de façon satisfaisante dans des conditions différentes, par
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exemple dans un poële à combustion lente, ou encore dans le cas d'une plus grande épaisseur de feu et d'une plus grande vitesse de tirage, les facteurs variables susmentionnés demandent à être revus pour éviter que la briquette brûle trop rapidement., touten ne désirant pas réduire l'intensité de la température.
Le procédé de fabrication peut par conséquent,être modifié pour l'adapter à ces nouvelles conditions primo en augmentant la pression de moulage rendant la briquette plus dense, secondo en ajoutant une plus grande proportion de bitume ou liant inerte analogue tendant à ralentir la combustion, et tertio en ajoutant une quantité un peu plus grande d'accélérateur pour rétablir l'animation du feu ou compenser sous le rapport de la température l'addition d'agent ralentisseur de combustion. Au lieu d'employer du bitume comme liant, on peut utiliser du ciment, auquel cas il peut ne pas être nécessaire d'ajouter des accélérateurs, le ci- ment choisi pouvant en contenir suffisamment.
Si par exemple encore, on veut produire des briquettes - destinées à une combustion avec tirage forcé et constituées de la même matière carbonacée que celle envisagée plus haut, comme on a alors affaire à un feu encore plus épais et à une vitesse d'air encore plus grande,11 peut être désirable de broyer le combustible jusqu'à ce qu'il passe à travers un tamis à mailles plus serrées, et d'appliquer une plus grande pression pendant le moulage, et d'ajouter un plus grand pourcentage d'un agent ralen- tisseur, tel que le ciment ou le bitume;
mais il peut alors ne pas être nécessaire dans ce cas, d'ajouter un nouveau pourcentage d'agent oxydant, étant donné la vitesse plus grande de l'air, existant le pourcentage pouvant même, dans certains cas, être réduit. fig1 des diagrammes annexés montre comment la quantité d'eau nécessaire pour la répartition parfaite de la matière a- joutée varie avec le pourcentage de matière organique ajoute. "
A B représente les pourcentages d'eau ajoutée au charbon pulvérisé.
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A C représente les pourcentages de matière organique ajoutée.
La courbe D est celle d'un charbon passant à travers un tamis de 30 mailles par pouce linéaire, et dont 60% des fines passent aussi à travers un tamis de 100 mailles par pouce liné- aire.
La courbe E est celle d'un charbon passant à travers un ta- mis de 30 mailles par pouce linéaire, et dont 45% des fines pas- seut aussi à travers un tamis de 100 mailles par pouce linéaire.
La courbe F est celle d'un charbon passant à travers un ta- mis de 30 mailles par pouce linéaire, et dont 30% des fines pas- sent aussi à travers un tamis de 100 mailles par pouce linéaire. fig.2 du dessin annexé montre la relation existant entre la dimension des granules de matière carbonacée et l'humidité a- joutée pour obtenir une distribution parfaite des agents liants, accélérateurs et ralentisseurs de combustion, ajoutés.
A B représente les pourcentages en poids d'humidité, et
A C la dimension des granules de matière carbonacée.
La quantité d'eau nécessaire pour distribuer le lien de ciment ou de ciment et bitume est. aussi un facteur dont dépend la pression de moulage appliquée au mélange carbonacé pour le cois- tituer en briquettes..
Comme la matière carbonacée est quelque peu élastique, il a été constaté que'la constitution de la briquette moulée dépend aussi de la manière dont la pression est appliquée 4 la masse à mouler.
Dans le cas d'une briquette rectangulaire, il apparait que la pression de moulage peut être appliquée sur les six faces si- multanément ou sur une ou plusieurs quelconques d'entre elles en même .temps, les autres faces étant supportées par des parois ri- gides du moule. fig.3 des diagrammes annexés montre les pressions variables nécessaires pour obtenir la dureté désirée de la briquette dans
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des-conditions variables d'application de la pression de moulage et selon la nature variable de l'agent liant employé., car il a été constaté que la pression de moulage varie suivant qu'on uti lise comme. matière liante une matière organique ou inorganique./gaz
Dans le diagramme de la Fig.3, A B indique la dureté varia- ble fournie à la briquette.
la pression variable
A C indique en milliers de livres anglaises par pouce carré.
Dans l'exemple suivant, la briquette considérée avait deux et trois huitièmes de pouce par deux pouces.
La courbe G est celle d'une pression vive dans une direc- tion seulement (lien inorganique).
La courbe H est celle d'une pression vive dans deux direc- tions opposées (lien inorganique).
La courbe 1 est celle d'une pression vive dans trois direc- tions ou plus (lien inorganique).
La courbe G' est celle d'une pression'vive dans une direc- tion (lien organique).
La courbe H est celle d'une pression vive dans deux direc- tions opposées (lieu organique).
La courbe I' est celle d'une pression vive dans trois di- rections ou plus (lien organique).
Une briquette tendre est appropriée pour l'emploi dans un foyer ouvert ; une briquette friable, pour l'emploi dans les ap- pareils de chauffage central à tirage naturel ; briquette du- re, pour l'emploi dans les machines locomotives; une briquette très dure, pour l'emploi dans les fours à grand tirage forcé.
Il a été trouvé désirable également de donner une certaine durée à la pression appliquée, c'est-à-dire d'appliquer la pres- sion pendant une période de temps déterminée, cette période de maintien de la pression variant avec la dureté de la briquette fabriquée.
Dans la fig.4 A B représente la dureté de la briquette, et
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A C représente la période de maintien en 60emes de seconde.
La courbe M est celle d'une pression de moulage de 2500 livres anglaises par pouce carré.
La courbe. est celle d'une pression de moulage de 3000 livres anglaises par pouce carre*
La courbe 0 est celle d'une pression de moulage de 4000 livres anglaises par pouce carré.
La courbe P est celle d'une pression de moulage de 5000 livres anglaises par pouce carre
La courbe % est celle d'une pression de moulage de 6000 livres anglaises par pouce carré.
Dans cet exemple, la pression maintenue est appliquée dans trois directions ou plus sur la briquette dans la presse à mouler. fabriquer Si l'on veut une briquette destinée à l'usage dans un foyer ouvert (domestique), en utilisant du charbon an- thracite réduit jusqu'à passer à travers un tamis de 30 mailles par pouce linéaire, alors ce charbon, à titre d'exemple, est additionné de 30% de ciment, de 1% de bituem de 40 à 50 de péné- tration, de 1/2% d'acide borique (ou au lieu d'acide borique
1/4% de chlorure de sodium, 1/4% de chlorure de potassiums 1/4% de chlorure de barium), de 1/4% d'amidon comme agent émulsion- nant du bitume, de 8% d'eau pour répartir la matière ajoutée, de la manière exposée plus haut,
la briquette étant moulée à une pression de 4000 livres anglaises par pouce carré.
Avec le même charbon réduit jusqu'à passer à travers un tamis de 30 mailles par pouce linéaire, si l'on a en vue de pro- duire une briquette convenant pour les poêles à combustion lete, 11 est désirable de réduire . 2 1/2% la quantité de aiment ajou- té et d'augmenter la quantité de matière organique (bitume) jus- qu'à 1 1/4%.
la quantité d'eau restant la même ainsi que celle des sels ajoutés, mais il est adéquat d'accroître la pression de moulage jusqu'à 5000 livres anglaises par pouce carre,
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Encore avea le même charbon anthracite réduit jusqu'à pas- ser à travers un tamis de 30 mailles par pouce linéaire,, si l'on veut fabriquer une briquette destinée à être employer dans des conditions de combustion avec tirage forcé, il est alors' ,{il' désirable d'ajouter 4% de ciment et 1 1/4% de bitume, de ré- duire l'eau à 7% de laisser inchangés les pourcentages de sels ajoutés et d'augmenter la pression de moulage jusqu'à 8000 li- vres anglaises par pouce carré.
Toutefois si l'on prend comme matière carbonacée un charbon à courte flamme., secréduit jus- qu'à passer à travers un tamis de 30 mailles par pouce linéaire, et s'il faut produire une briquette destinée à la combustion dans un foyer ouvert, il est alors désirable d'ajouter 3% de ciment.
1% de bitume, 1/2% d'acide borique, 1/4% de chlorure de potas- sium, 1/2% d'amidon comme agent émulsionnant, 8% d'eau comme agent distributeur, et d'utiliser une pression de moulage de 6000 livres anglaises par pouce carré.
Avec le même cnarbon à courte flamme, sec, de dimension analogue, s'il faut fabriquer une briquette pour les poêles à combustion lente, les mêmes facteurs variables sont à appliquer, à cette exception que 1/2% de chlorure de sodium est ajouté à la place du 1/4% de chlorure de potassium..
Si maintenant la matière carbonacée, du charbon à courte flamme, sec doit être employée à la fabrication d'une briquette donnant satisfaction dans des conditions de tirage forcé, il est alors désirable d'ajouter 3 1/2% de ciment, 1% de bitume, 1/4% d'acide borique, 1/4% de chlorure de sodium, 1/2% d'amidon, 7% d'eau comme agent distributeur, et d'utiliser une pression de moulage de 8000 livres anglaises par pouce carré.
Si l'on prend du charbon cokéfiant tel que celui de Kent, réduit jusuq'à passer à travers un tamis de 30 mailles par pouce linéaire, pour la fabrication d'une briquette pour usage dans un foyer ouvert, il est désirable d'ajouter 5% de ciment, 1% de bitume, 3/1% d'acide borique, 1/5% de chlorure de sodium, 1/5%
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d'amidon, 8% d'eau comme agent distributeur, et d'appliquer une pression de 7000 livres anglaises par pouce carré.
Pour des conditions de tirage forcé, si l'on utilise le même charbon de Kent, réduit jusqu'à passer à travers un tamis de 30 mailles par pouce linéaire, les facteurs ci-dessus peuvent rester les mêmes avec cette exception que la pression de moulage doit être portée à 9000 livres anglaises par pouce carré.
En prenant enfin'du coke réduit jusqu'à, passer à travers un tamis de 30 mailles par pouce linéaire, pour la fabrication d'une briquette pour foyer ouvert, il est désirable d'ajouter
4% de ciment, 1 1/2% de bitume, 3/4/d'acide borique, 1/2% de chlorure de potassium, 8 d'eau comme agent distributeur, et d'appliquer une pression de 7000 livres anglaises par pouce carré.
Avec le même coke comme matière carbonacée, pour fabrquer une briquette à utiliser dans un poêle à comoustion lente, les mêmes facteurs sont à appliquer, en remplaçant toutefois le
1/2% de cnlorure de potassium par 1/4% de chlorure de sodium; dans le cas de fabrication en vue d'utilisation avec tirage for- cé, la pression de moulage doit être portée à 8000 livres an- glaises par pouce carré.
Les instructions ci-dessus sont données simplement à titre d'exemple pour illustrer la façon dont varient les facteurs va- riables selon l'espèce différente de combustible utilisé, et il n'est pas nécessaire de donner des exemples particuliers pour chacune des différentes espèces de combustible ou pour chacune des destinations des briquettes, Lorsque le combustible est destiné à des usages domestiques, des substances capables de fournir une coloration à la flamme peuvent être ajoutées à la matière avant l'opération de mélange.
Comme exemples de ces substances, l'oxyde de cuivre ou encore les sels de strontium peuvent être cités.
Dans la fabrication des briquettes, à titre d'exemple, la matière liante telle que le ciment, et si l'on veut, la matière
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colorante, est mélangée à sec avec par exemple environ 10% de la matière carbonacée telle que du charbon ou coke, broyé, Cette proportion de la masse totale est alors immédiatement mélangée avec la matière carbonacée pulvérulente restante. L'agent oxy- dant tel que du chlorure de potassium, et l'eau ajoutée sont alors de préférence insufflée iL l'aide d'un jet de vapeur sèche dans la matière qui est alors conduite dans un mélangeur par voie humide.
La matière est alors prête pour la presse à mouler qui peut être de type quelconque connu et est réglée pour donner la pression de moulage voulue selon l'usage ultérieur auquel le combustible est destiné, selon la quantité d'eau employée, et en outre selon la dimension du grain de la matière carbonacée,
A partir du moment où le liquide véhiculaire vient au con- tact de la matière carbonacée jusqu'au moment de l'achèvement du moulage en briquettes par la presse, il ne doit pas s'écouler une période de temps dépassant le moment initial de la prise du ciment ou le commencement de réactions chimiques agissant sur le lien, ou ces deux moments.
Les briquettes sont alors conduites dans un tour ou four- neau de séchage porté à une température allant de par exemple 200 F à 350 et rarement jusque 500 où elles sont cuites pendant 30 à. 60 minutes selon la teneur en matières volatiles de la briquette, et en vue de ramener cette proportion des agents liants tels que le bitume qui se trouvent présents dans le mlar- bon ou sont ajoutés à celui-ci, aux constituants liants désirés.
Il sera alors préférable d'acclimater les briquettes en les tenant en réserve pendant une période de deux à six jours avant leur usage, afin d'aider au durcissement,
Résumé.
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