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"PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LE DECOMPOSITION THERMIQUE DE MATIERES OU MELANGES DE MATIERES"
L'invention concerne la décomposition thermique de matières qui, aux températures élevées, ne sont plus stables et se décom- posent en composés chimiques plus simples, ou en composés ohimi- ' ques plus simples et en éléments. A ces matières appartiennent par exemple la plupart des sels des métaux lourds et de nombreux sels des métaux terreux, alcaline terreux, et alcalins. Par exem- ple, le sulfate d'argent se décompose à environ II00 C en argent, anhydride sulfureux, anhydride sulfurique et oxygène.
Avec ou sans séparation d'oxygène et formation de. composés oxygénés du sou- fre et d'oxydes métalliques se décomposent par exemple aussi les sulfates de fer, de manganèse, de cuivre,de nickel, de cobalt,
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de zinc, de magnésium, etc., à des températures connues comme telles, situées entre 8000 et 1300 C. D'une manière semblable peu- vent être décomposés thermiquement les chlorures, les nitrates, les carbonates, les hydrates et les composés analogues des mé- taux lourds. De même les nitrates, les carbonates ou les hydre,... tes terreux, aloalino-terreux et alcalins, ainsi que différents chlorures de ces matières,par exemple le chlorure de magnésium, se laissent décomposer par phauffage, sous formation dtoxydes.
De plus, les mélanges des dites matières ainsi que des nombreux composés organiques, peuvent être décomposés thermiquement sui- vant l'invention.
Suivant l'invention des solutions concentrées, des suspen- sions, ou des bains de fusion à teneur d'eau des matières de ces espèces, ou de mélanges de ces matières, sont finement divisés et portés ,à l'état de répartition fine, suivant le principe des équicourants en contact intime, dans une chambre étendue en lon- gueur, avec un agent gazeux chauffé à haute température. L'agent gazeux chauffé à haute température cède ainsi sa chaleur aux matières de départ pulvérisées. Il est employé à une température tellement élevée et en quantités telles, qu'il en résulte successi- vement l'élimination d'eau et la transformation thermique en- trant en ligne de compte dans chaque cas particulier,des matières de départ.
L'élimination d'eau se produit ainsi d'une manière ins- tantanée et provoque une division ultérieure très prononcée des gouttelettes distinctes. Ensuite, les produits solides de la décomposition thermique sont séparés de l'agent gazeux, généra- lement sous Poorme d'un produit pulvérulent solide. Les produits gazeux de la décomposition et l'eau vaporisée de la solution,de la suspension ou du bain de fusion, passent à l'agent gazeux, duquel ils peuvent être séparés et récupérés le cas échéant.
Le procédé suivant l'invention est réalisé par exemple par le fait,que les matières de départ sont finement pulvérisées et sont
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portées en contact intime avec de la vapeur d'eau fortement surchauffée, ou avec des gaz chauds, dont la température est supérieure à la température de décomposition des matières de départ. Par la pulvérisation des matières de départ en forme de solution concentrée, ou de bain de fusion à teneur d'eau, ou de suspension de matières solides, par exemple dans l'eau ,ou dans des solutions aqueuses, on parvient à pouvoir réaliser la pulvé- risation d'une manière très uniforme, et surtout à pouvoir par- faient contrôler le mouvement des brouillards, ou nappes, de pulvérisation au travers de la chambre de chauffage.
Ceci à son tour, a pour résultat que la décomposition thermique se produit d'une manière très uniforme et complète ainsi qu'en très pou de temps. Le procédé travaille donc avec des grands rendements de production. Par la transformation en brouillard, ou la pulvé- risation, suivie d'une vaporisation subite, d'eau, on atteint une répartition particulièrement avantageuse des matières de départ dans la chambre de décomposition. D'autre part, la surface de réaction est augmentée à l'optimum.
Les gaz chauds peuvent, par conséquent, agir d'une manière très intense sur les matières de départ.Il en résulte l'avantage ultérieur, qu'en cas de néces- sité les gaz servant à, la décomposition nont besoin d'être chauf- fés qu'à. une température dépassant modérément la température de décomposition théoriquement nécessaire. Mais on peut naturellement travailler aussi en chauffant plus fort.
8'fil y a danger que les produitsde décomposition réagissent, lors du refroidissement,d'une manière indésirable avec des ma- tières oontenues dans les gaz sortant , on évite ceci par exemple par le fait qu'on sépare les composantes solides d'avec les gaz des températures tellement élevées, ou qu'on refroidit les gaz avec une rapidité telle en dessous de la température de réaction, que des changements nuisibles ne puissent plus se produire. Après la séparation des matières solides, les gaz et leurs composantes distinctes peuvent être utilisés comme décrit.
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Lorsque la décomposition thermique est réalisée suivant l'inven- tion par le fait que la solution,ou la susponsion, finement pulvé- risée, ou le bain de fusion à teneur d'eau finement pulvérisé, est conduit en équicourant avec l'agent de chauffage par une chambre état- due en longueur,par exemple une tour, ou un canal oblique ou horizon- tal,l'agent de chauffage à hautetempérature provoque d'abord la vaporisation de l'eau introduite avec les matières de départ dans la chambre de décomposition,et devient inopérant lorsque sa tem- pérature est descendue sous la température de décomposition des matières de départ.Pat contre ,
l'invention offre l'avantage que - l'agent de chauffage peut être conduit à grande vitesse au travers du dispositif de décomposition et que le rendement de production de ce dernier peut être augmenté dans une mesure extraordinairement élevée.
On introduit par exemple une solution concentrée de sel, ou un bain de fusion à teneur d'eau, par une tuyère avec de la vapeur ou de l'air comprimé, ou analogue, dans la partie inférieure de la tour de manière, à ce que le liquide introduit soit dispersé sous forme de brouillards fins ou de nappes fines montant dans la tour. Le dispositif pulvérisateur peut être prévu dans le fond inférieur de la tour,utilement dans son centre.Mais il peut aussi être prévu aux, ou dans les parois latérales de la partie inférieure de la tour,ou,l'on peut prévoir plusieurs dispositifs pulvérisateurs dans le fond et/ou dans les parois latétales. L'agent de chauffage entre dans la tour près de l'entrée de la solution de sel, à un ou plusieurs ene 5 droits, et se mélange rapidement avec les brouillards ou nappes de liquide.
A titre d'exemple, l'agent de chauffage est appli- qué, - si des températures de décomposition élevées sont avan- tageuses ou nécessaires,- à une température de 15000 à. I800 0.
Pendant que le mélange de l'agent de chauffage avec les matières de départ pulvérisées monte dans la tour,il se produit la vaporisation de l'eau véhiculée par les matières de départ,le chauffage de ces
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dernières à la température de décomposition et leur décomposi- tion.
Si l'on veut maintenir l'agent de chauffage à des tempé- ratures plus basses, on peut prévoir aans lesparties plus éle- yées de la tour des admissions supplémentaires d'agent de chauffage, de manière à avoir dans la chambre de décomposition étendue en longueur un apport de chaleur par étapes.
Afin d'utiliser la chambre de décomposition aussi complè- tement que possible il est recommandable de coordonner l'apport de chaleur et l'admission des matières à décomposer de manière, à ce que les gaz sortent de la tour à des températures situées dans la, voisinage de la température de décomposition des ma- tières à décomposer.
Les gaz sortant de la dour emportent,suivant cette méthode de travail en équioourant, pratiquement toute la quantité des produits de décomposition solides. Utilement la majeure partie des matières solides est d'abord séparée des gaz par exemple dans un cyclone.Ensuite les gaz sont conduits,- enves de l'uti- lisation de leur chaleur, par exemple dans une chaudière à cha- leur perdue, ou dans un récupérateur , ou analogue. Cependant ces échangeurs de chaleur peuvent aussi être disposés entre la chambre de décomposition et le cyclone.
En vue d'un refroidisse- ment ultérieur les gaz passent par exemple par un préchauffeur diair, ou par des dispositifs échangeurs de chaleur semblables, pour être ensuite libérés le cas échéant, dans des dispositifs épurateurs finisseurs, par exemple à épuration électrique de gaz, du reste des matières solides.
On a fait la constatation surprenante que la ohaleur des gaz pout être récupérée dans une très large mesure au moyen des dispositifs échangeurs de chaleur susmentionnés ou autres.
Comme agent de chauffage gazeux on peut employer suivant l'invention, outre la vapeur d'eau surchauffée, des gaz de oom- bustion, qui sont portés à la température la plus appropriée dans chaque cas, par leur production appropriée, ou par mélan-
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ge avec de l'air ou avec d'autre gaz, ou par mélange.- avec du gaz conduit en circuit. Au lieu de gaz de combustion on peut aussi employer d'autres gaz chauds, comme agent de chauf- fage, par exemple de l'air, de l'azote, ou de l'acide carbonique, correspondamment chauffés.
L'agent de chauffage est appliqué suivant l'invention a- vantageusement sous pression atmosphérique. mans certains cas il peut cependant être recommandable de travailler à une pres- sion plus élevée, ou avec une faible dépression. En cas d'em-, ploi de vapeur d'eau surohauffée comme agent de chauifage, l'ex- cès de vapeur généré dans le procédé, pour autant qu'il n'est pas consommé dans le procédé même, peut ëtre utilisé à d'autres buts, par exemple à des buts de préchauffage ou de vaporisation, ou il peut être employé comme vapeur motrice pour appareils à. jet.
Lemploi de gaz comme le Na ou le CO2' dont la prépa- ration entraine certains frais , peut être-rendu économique par le fait qu'on réutilise les gaz de chauffage en circuit.
La pulvérisation des matières de départ est réalisée avan- tageusement au moyen d'air comprimé ou de vapeur, qui est amené dans le dispositif pulvérisateur,- par exemple une tuyère,- par une conduite, la vapeur pouvant cependant être générée en- tièrement ou en partie par le fait, qu'une solution ,ou une sus- pension, ou un bain de fusion à. teneur d'eau, des matières de départ, est soumise , ou soumis, a une détente à partir d'une pression plus élevée,- par exemple de la pression à la- quelle fût concentrée auparavant la solution étendue,- à la pres- sion réguant dans le récipient de décomposition.
Suivant l'in- vention l'économie thermique du procédépeut être rendue dans tous les cas très avantageuse par le fait que la chaleur des gaz de sortie chauds est utilisée dans le procédé même, ou dans d'autres buts, par exemple par le fait qu'on réutilise les gaz
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de chauffage en qirouit ,avantageusement en leur soustrayant d'abord leur chaleur en excès dans des échangeurs de chaleur, après une séparation plus ou moins complète des produits aoli- des de la décomposition. Ensuite on procède à la séparation des produits de décomposition gazeux et le cas échéant de la vapeur d'eau. Les gaz traités de cette manière sont ensuite d'abord préchauffés par échange de chaleur avec les gaz de sortie chauds, et sont ensuite portés à la température de tra- vail nécessaire, dans un réchauffeur spécial.
Ce chauffage définitif peut se faire dans des régénérateurs ou récupérateurs.
Mais il est également possible de réaliser le chauffagepar l'ad- mission de gaz chauffés à hautes températures.Au lieu de cir- cuit à gaz on peut faire usage d'un circuit thermique réalisé par la génération d'un agent de chauffage continuellement frais, par exemple par la combustion de combustibles gazeux ou liquides avec de l'air, l'air de combustion, ou le gaz combustible, ou les deux étant préchauffée par exemple à l'aide de la chaleur des gaz de sortie ou de cheminée .D'autre part il est possible qu'une partie des gaz présents dans le procédé suivant l'invention soit réutilisée,après un chauffage correspondant, directement comme agent de chauffage, c'est à dire sans dépoussiérage préa- lable, ni séparation préalable des produits de décomposition gazeux ou de la vapeur,
tandis qu'une partieexcédente de gaz peut être exploitée de la manière décrite plus haut, c'est à dir.e en la soumettant à une séparation et récupération des produits de décomposition solides et le cas échéant gazeux avec récupération de chaleur. Cette forme d'exécution du procéde suivant l'invention peut encore être modifiée de manière qu'on élimine du gaz conduit en circuit les produits de décomposition solides et le cas échéant gazeux, ainsi que la vapeur d'eau.
Si l'on utilise suivant la présente invention, comme agent de chauffage de la vapeur d'eau surohauffée, la récupération de -chaleur se fait d'une manière semblable, par exemple, en pas de
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décomposition thermique de sels dissouts ou analogue, susoepti- bles de former des cristaux à teneur d'eau de constitution, on conduit de la vapeur d'eauen circuit par la chambre de chauffa- ge et par un surchauffeur, tandis que la vapeur en excès est séparée du circuit et est utilisée à d'autres buts de chauffage, par exémple à. la préparation ou à la concentration des solu- tions à traiter.
Les exemples suivants expliquent le fond de l'invention d'une manière plus détaillée.
Par exemple, une solution de sulfate de magpésium, ou analogue, est pulvérisée au moyen de tuyères disposées dans la partie inférieure d'un récipient de l'espèce d'une tour, pen- dant que des gaz chauds, par exemple des gaz de combustion chauds, entrent -simultanément dans la tour par sa partie in- férieure, la température des dits gaz étant située correspon- damment au dessus de la température de décomposition théori- quement déterminée du sulfate de magnésium, ces gaz cheminant en équicourant avec la matière traitée dans la tour, de manié- re à provoquer l'élimination de l'eau du sulfate de magnésium, le chauffage du suliate de magnésium à.
la température de décon- position et la décomposition du sulfate de magnésium en oxyde de magnésium et anhydride sulfutique, respectivement anhydti- de sulfureux.
Les gaz produits dans le traitement se mélangent aveo l'agent de chauffage gazeux et sont évacués par la partie supé- rieure de la tour. Vu que la décomposition du sulfate de magné- sium se produit en un temps extrêmement court, les produits de décomposition gazeux contenus dans les gaz de sortie sont en ma- jeure partie de l'anhydride sulfurique. Ce dernier peut donc être récupéré des gaz de sortie déjà par simple condensation à une température correspondante, sous forme d'acide sulfurique con- centré.
Lorsque les gaz de sortie contiennent des quantités assez
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importantes d'anhydride sulfureux ,il est possible de le récupérer également sous forme d'acide sulfurique,-,après un ré- glage approprié de la température et pares procédés connus, par exemple dans des installations de contact, ou dans des systèmes de tours, - soit séparément, soit ensemble avec l'anhy- dride sulfurique.
Les gaz de sortie contiennent également les produits de décomposition solides, par exemple l'oxyde de-magnésium. Ces derniers sont séparés des premiers'par des procédés connus, avant le traitement des gaz, en vue de-l'obtention de l'acide sulfurique.
Similairement à ce qui vient d'être décrit par rapport au sulfate de magnésium on peut aussi réaliser la décomposi- tion thermique d'autres sels qui se décomposent en leurs oxy- des à des températures techniquement réalisables.On peut trai- ter de la même manière par exemple les sulfates, les chlorures, les nitrates, les carbonates, les hydrates, ou analogues, de manganèse de fer, de cuivre ou de zinc et de métaux semblables.
Dans ces cas et dans d'autres, les oxydes métalliques peuvent souvent être récupérés sous forme de corps colorants précieux, dont les tons peuvent être changés suivant les besoins par un réglage correspondant des conditions auxquelles se fait la décomposition, par exemple par le réglage de la composition et de la température de l'agent de chauffage, ou par 1 'addition de faibles quantités d'autres matières appropriées.
Par exemple lorsqu'il s'agit de traiter des matières qui peuvent subir un changement par oxydation , ou analogue, à la température de travail nécessaire, et lorsqu'il s'agit d'éviter de tels changements, on se servira d'un agent de chauffage i- nete, par exemple de gaz exempt d'oxygène comme l'azote. Lorsqu'il s'agit, d'autre part, de ne pas dépasser une certaine tempera- ture de travail, afin d'éviter une décomposition indésirable, comme c'est le cas pour certains sels organiques ou des matières
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semblables, on emploie l'agent de chauffage gazeux à, une @ basse température d'entrée, en une quantité correspondamment grande suffisante pour le convertissement chimique en un trai- tement unique.
Comme exemple d'exécution Ultérieur on décrira dans ce qui suit d'une manière plus détaillée la décomposition du chlo- rure de magnésium.
Suivant l'invention les solutions concentrées de chlorure de magnésium,-,avantageusement à l'état chaud,- ou des bains de fusion de chlorure de magnésium à teneur d'eau, par exemple de l'hexahydrate de chlorure de magnésium fondu, qui peuvent e@core contenir certaines quantités d'oxyde de magnésium ou d'oxychlorure de magnésium finement réparties, par exemple en suspension,sont transformés enrouillard ou pulvérisés dame un agent gazeux.
L'agent gazeux est employé à des températures tellement élevées,- à environ 1300 -1700 c,- qu'il provoque une élimination subite de l'eau des brouillards ou des gouttelettes fines, ainsique la décomposition de chlorure de magnésium et le cas échéant de l'oxychlorure de magnésium en oxyde de magnésium et en acide chlorhydrique.Ce derniet ainsi que le cas échéant la vapeur d'eau ,peuvent être séparés de l'agent gazeux suivant des procédés connus.
Aprèsréchauffage et le cas échéant après séparation de l'acide chlorhydrique et de la vapeur d'eau, l'agent gazeux peut être réutilisé comme agent de chauffage dans le procédé suivant l'invention. L'oxyde de magnésium est entraîné par l'agent gazeux et peut en être récupéré suivant des procédés connus, par exemple au moyen d'un cyclone ou par épuration é- lectrique de gaz.
Le dessin annexé sert à. l'explication ultérieure de l'in- vent ion.
En 21 est représenté un récipient semblable à une tour, dont l'enveloppe en fer est utilement garnie d'un revêtement
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en matière céramique, résistant àla corrosion et réfractaire, ou est constituée en aciers précieux, alliages chrome-nickel, Chrome-nickel-cobalt et analogue. En 23 est représenté un dis- positif pulvérisateur, en 23 un(ou plusieurs) four de combustion ou brûleur, auquel le combustible, par exemple un gaz combus- tible, ou une huile combustible, est admis par la conduite 24 et l'air utilement préchauffé, par la conduite 25. En 2b sont représentés des dispositifs ultérieurs pour la génération de gaz de chauffage.
Ils sont alimentés, par les conduites 27, en combustibles gazeux, liquides ou solides, l'air de combustion y étant admis par la conduite 28. Avantageusement chaque brû- leur ou analogue 26 possède une amenée de combustible et une amenée d'air. Mais le combustible et l'air peuvent être admis aussi séparément dans la,tour 21, le mélange d'air et de com- bustible et la combustion du dernier s'effectuant alors seu- lement dans la tour même. En 9 est représenté le raccordement de la tour de décomposition à une chaudière à chaleur perdue 30, un cyclone 31 étant intercalé dans ce raccordement.
De la chaudière à chaleur perdue 30 les gaz s'écoulent par la con- duite 32 dans le préchauffeur d'air 33, pour arriver de là par la conduite 34 dans l'installation d'épuration définitive 35, en l'occurence un épurateur électrique de gaz. De ce der- nier part une conduite 36 soit vers la cheminée, soit vers des installations d'utilisation connues. L'air de combustion entre par la conduite 37 dans le préchauffeur d'air 33 et est amené par la conduite 38 aux brûleurs ou analogue 23 respective- ment 26.
Lorsqu'il 9agit de convertir une solution de sulfate de magnésium en oxyde de magnésium, le sulfate de magnésium, par exemple la solution de sulfate de magnésium,- portée utilement à une concentrationaussi élevée que possible,- est injectée par pulvérisation au moyen de vapeur au travers de la tuyère 22 dans la tour 21, Là ,elle se mélange avec des gaz de chauffage qui sont fournis par le dispositif de combustion 23. La dispo- @
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sition peut aussi être telle qu'on prévoit à la partie infé- rieure de la tour plusieurs dispositifs de combustion 23, par lesquels les gaz de chauffage entrent dans la tour.
Le mélange de gaz de chauffage et de sulfate de magnésium monte dans la tour avec une vitesse de cheminement de part exemple I à 3 m par seccnde. Afin due sur le traj et dans la tour la température du mélange ne descende pas trop fort par suite de la consommation de chaleur occasionnée par la vapori- sation d'eau et par la décomposition du sulfate de magnésium, et afin que la décomposition se passe le plus complètement pos- sible, il est utile d'introduire des gaz de chauffage addition-- nels dans les parties supérieures de la tour de décomposition.
Les dispositifs 26 servant à la génération et à l'introduction de ces gaz de chauffage additionnels, peuvent être disposé à une même hauteur les uns par rapport aux autres et de la même manière que les fours de combustion ou brûleurs 23. Des gaz de chauffage addi- tionnels peuvent aussi être introduits dans la tour, ou .être générés dans la tour même, à plusieurs endroits superposés à des distances appropriées. Par ces. endroits on peut aussi introduire seulement de l'air de combustion,surtout lorsque les brûleurs 23 travaillent avec une flamme réductrice. Les gaz sortent de la tour à une température d'environ 1100 C et sont refroidis dans la chaudière à chaleur perdue 30 jusqu'à envi- ron 900 0.
La vapeur d'eau générée dans la chaudière à chaleur perdue peut être utilisée avantageusement pour la préparation ou la concentration de la solution de sulfate de magnésium, Après séparation dans le cyclone, ou analogue 31 d'une grande partie des composantes solides entrainées, et après refroidisse- ment dans la chaudière à chaleur perdue 30,le s gaz sont ulté- rieurement refroidis dans le préchauffeur d'air 33 jusqu'à. en- viron 250 C. La température de sortie des gaz de l'épurateur élec- trique de gaz 35 est d'environ 230 C.
Le préchauffage de l'air de combustion dans le préchauffeur d'air 33 peut
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se faire jusque des températures d'environ 400 à 700 0. Lorsque l'air de combustion arrive avec ces températures aux .brûleurs ou analogues 23 ,respectivement 26, on peut atteindre facile- ment des températures mêmes très élevées, d'environ 1700 C, de l'agent de chauffage. En cas de décomposition d'autres sels, dont les températures de décomposition sont plus basses que celle du sulfate de magnésium, on. peut aussi travailler à des températures plus baases dans la chambre de décomposition. Par exemple,en cas de décomposition de sulfate de fer on peut choi- sir pour les gaz de chautfage comme température d'entrée 1000- 1300 C et comme température de sortie 700-900 C.
Le procédé suivant l'invention peut aussi être réalisé en conduisant la solution ,le bain de fusion, ou analogue, ensemble avec l'agent de chauffage de haut en bas par la tour, ou par une autre chambre de décomposition disposée horizonta- lement ou obliquement.
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