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"Perfectionnements apportés aux procédés et appareils pour le traitement par la chaleur de matières divisées, notamment de @ charbon pulvérisé".
L'invention est relative aux procédés et appareils pour le traitement par la chaleur de matières divisées, cette dénomination englobant aussi bien les matières pulvérulentes que celles en grains ou en morceaux plus ou moins réguliers; et elle concerne plus particulièrement, parce que c'est en leur cas que son application semble devoir offrir le plus d'intérêt, mais non exclusivement, parmi ces appareils, ceux pour le traitement du charbon pulvérisé.
Elle consiste principalement, en ce qui concerne les procédés du genre en question, à soumettre les matières à traiter à un brassage tel que lesdites matières cheminent de façon continue de l'entrée à la sortie d'une enceinte chauffée.
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et, en ce qui concerne les appareils du genre en question, à les constituer par au moins un élément comportant une multi- plicité de chambres élémentaires superposées, des moyens mé- caniques étant prévus dans chacune de ces chambres pour en- trainer en rotation en la brassant la matière u contenue et provoquer de façon continue l'écoulement de cette matière de chacune des chambres dans celle située immédiatement en dessous par un passage ménagé dans la cloison séparant ces deux cham- bres.
Elle consiste, mise à part cette disposition prin- cipale, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement parlé ci-après, notamment en diverses dispositions relatives aux dimensions ou proportions préférées des susdits éléments, ainsi qu'en d'autres dispositions relatives à l'applica- tion des procédés du genre en question au traitement thermique préalable destiné à donner au charbon pulvérisé, avant compres- sion en vue de son agglomération, des propriétés agglutinantes, lesdits procédés permettant d'assurer un traitement parfaite- ment homogène, l'une de ces dispositions consistant à effectuer immédia- tement la compression du charbon pulvérisé au fur et à mesure de la sortie de cette matière hors de l'appareil de traitement par la chaleur,
et une autre desdites dispositions consistant à prévoir l'évacuation, hors de l'enceinte chauffée, de la vapeur d'eau produite au début du chauffage de la matière à traiter, ce grâce à quoi cette vapeur ne reste pas mélangée à la masse traitée et ne gêne pas son agglomération ultérieure par la pression.
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La fig. l, des dessins ci-annexés, montre,, schéma- tiquement en coupe verticale, un four continu établi confor- mément à l'invention.
La fig. 2 est une coupe selon II-II fig. 1.
Les fig. 3 à 6 représentent, en vue en plan, les cloisons séparant l'une de l'autre cinq des capacités succes- sives du susdit four.
Les fig. 7 et 8, enfin montrent respectivement et schématiquement, en élévation (portions en coupe) et en coupe horizontale, une installation pour le traitement du charbon, établie conformément à l'invention.
Selon l'invention et plus particulièrement selon celui de ses modes d'application, ainsi que ceux des modes de réali- sation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant, par exemple, d'éta- blir un four continu pour le traitement par la chaleur d'un mélange pulvérulent de charbons dont la division correspond à 40 à 60 mailles par pouce carré, notamment en vue de son agglomération subséquente par compression, on s'y prend comme suit, ou de façon analogue.
Il convient de rappeler que le chauffage des charbons à une certaine température, par exemple de l'ordre de 300 à 5000 selon leur nature, permet d'amener ceux-ci à un état favo- risant l'agglomération subséquente par compression (les pres- sions utilisées pouvant varier dans les plus larges limites et étant, notamment, de l'ordre de 500 kgrs par cm2) sans qu'il y ait besoin de recourir à un liant.
La pratique a montré qu'il était difficile, à l'aide des moyens usuels utilisés jusqu'à présent pour ledit traitement - moyens comprenant notamment le chauffage d'une masse de charbon dans un four à une certaine température, puis le défour- nement de la matière ainsi traitée et, enfin, la reprise de cette matière en vue de la compression --, d'obtenir des
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agglomérés de contexture toujours semblable. Les difficultés rencontrées paraissent dues notamment à des défauts dthomogé- néité dans le traitement et, aussi, au fait que la matière, une fois défournée, se transforme, notamment par oxydation des subs- tances goudronneuses y contenues, dans le temps variable qui sépare, pour chacune des charges destinées à être comprimées, la sortie du four et la compression.
Pour remédier à ces inconvénients, conformément à l'invention, on opère le susdit traitement thermique dans des conditions telles : que le chauffage puisse s'effectuer de façon continue, c'est-à-dire que la matière puisse être enfournée froide et être défournée chaude de façon continue, avec un brassage con- venable contribuant à la faire progresser, de préférence de haut en bas (dans une direction verticale ou inclinée); et que la compression soit effectuée au fur et à mesure de la sortie des matières chaudes.
On conçoit qu'on obtient ainsi l'homogénéité de traitement et qu'on supprime l'intervalle de temps variable mentionné plus haut : il en résulte l'impossibilité, pour la matière traitée, de s'oxyder sensiblement, le traitement préa- lable à la compression s'effectuant donc, pratiquement, en tota- lité à l'abri de l'air.
Pour la mise en oeuvre d'un tel procédé, on a recours de préférence à des fours du genre de ceux qui vont être décrits ci-après et pour l'établissement desquels on procède de la façon suivante.
On dispose axialement, dans une capacité cylindrique 1 à axe vertical, un tube 2 d'acier ou semblable supporté de maniè- re à pouvoir être entraîné en rotation à relativement faible vitesse (par exemple 4 ou 8 tours par minute) par un moteur 3 avec interposition d'une démultiplication appropriée.
On solidarise en rotation de ce tube 2 une pluralité ,de pièces à ailettes 4 constituées chacune par un collier propre
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à être enfilé sur le tube 2 et portant, selon des plans ra- diaux régulièrement répartis autour de l'axe, un certain nom- bre d'ailettes rectangulaires, par exemple .huit ainsi que re- présenté par la fig. 2.
On intercale, entre chacune des pièces à ailettes, une cloison annulaire fixe 5 allant de la paroi de la capa- cité 1 jusqu'aussi près du tube 2 qu'il est possible tout en permettant la rotation dudit tube, ces cloisons délimitent les chambres élémentaires superposées dont il 4 été question plus haut et dont la hauteur peut être, soit la même pour toutes les chambres, soit variable d'une chambre à l'autre, la hau- teur de la première chambre étant, par exemple, un peu infé- rieur* à celle des autres.
On ferme les extrémités supérieure et inférieure de la capacité 1 par des cloisons 6,7 analogues aux cloisons 5.
On perce chacune des cloisons 5,6 et 7 d'une ou- verture 8 ne régnant que sur une faible partie du développe- ment circonférentiel desdites cloisons, par exemple correspon- dant à un secteur d'anneau circulaire d'angle au centre égal à l'angle séparant deux ailettes voisines de la pièce 4. Cet angle est, dans l'exemple représenté sur les dessins, de 43 .
Toutes les cloisons 5,6 et 7 étant pratiquement iden- tiques pour ce qui est de la forme et des dimensions de leur ouverture 8, on décale angulairement chaque cloison par rapport à la cloison voisine d'un angle tel que l'espace délimité par deux ailettes successives de la pièce 4 comprise entre ces deux cldsons ne communique jamais en même temps avec les ouver- tures 8 de ces mêmes cloisons.
De préférence, on donne au décalage en question, compté dans le sens inverse de la rotation du tube 2, la valeur la plus faible possible pour laquelle la condition venant d'être énoncée soit réalisée, ce qui, en principe, conduit à adoper, pour ce décalage, une valeur égale à deux fois l'angle
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séparant aeux allettes voisines ae la pièce 4. Le decalage est donc dans l'exemple représenté sur les dessins, de 90 .
On dispose, au dessus de l'ouverture 8 de la cloison supérieure 6, une trémie de chargement 9 et, au dessous de l'ou.- verture 8 de la cloison inférieure 7, une goulotte.de sortie 10 pour le charbon traité.
Bien que l'on puisse réaliser de multiples manières l'ensemble constitué par la capacité 1, le tube 2, les pièces à ailettes 4 et les cloisons 5, il semble avantageux d'avoir recours, pour la construction de cet ensemble, au mode de réalisation indi- qué sur les dessins.
Selon ce mode de réalisation, on prévoit, sur la face externe du tube 2, une clavette lon- gue 11 et, dans l'intérieur de chaque pièce 4, un logement pour cette clavette, puis, ayant disposé le tube 2 dans l'intérieur de la capa- cité 1 et la cloison inférieure 7 étant supposée en place, on enfile les unes après les autres sur le tube 2 les pièces à ai- lettes successives en disposant entre chacune d'elles d'abord un tube entretoise 12 propre à maintenir l'écartement des cloi- sons voisines, puis la cloison 5 devant se trouver au-dessus de la pièce 4 déjà placée, et enfin, la dernière pièce 4 étant glissée en place, on ter- mine l'empilage par la cloison supérieure 6.
Ainsi, toutes les pièces à ailettes prennent leur place correcte en coulissant le long de la clavette 11.
Le corps du four étant établi ainsi qu'il vient dtêtfe indiqué, on lui adjoint un dispositif de chauffage et de réglage de la température, dispositif que l'on réalise avanta- geusement comme suit avec recyclage.
On entoure la capacité 1 d'une enveloppe calorifugée 13 laissant subsister, entre elle-même et la paroi de la capacité 2,
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un espace 14 dans lequel on dispose des chicanes 15.
On dispose, en dessous de cette enveloppe 13, une boîte à fumée 16 communiquant librement avec le bas du susdit espace 14 et avec l'extrémité inférieure du tube 2.
On a recours, pour alimenter en gaz chaud cette boite à fumées, à un appareil de chauffage approprié 17, par exemple à un brûleur à fines de charbon, relié à la botte à fumées par un cerneau 18.
On prévoit, à la partie supérieure de l'espace 14, un tuyau 19 pour la sortie des fumées, tuyau dans lequel on fait aboutir un prolongement du tube 2 afin que les fumées sortant dudit tube se réunissent dans un tuyau commun 20 à celles sortant de l'espace 14.
On fait aboutir ce tuyau 20 à un ventilateur 21 propre à refouler les fumées par un passage 22 se divisant en deux bran- ches dont l'une 23 est une cheminée d'évacuation et dont l'autre 24 vient déboucher dans le susdit carneau 18.
En outre, avantageusement, on prévoit, en aval du venti- lateur 21, des moyens propres à régler la proportion des fumées recyclées par la branche 24.
On peut, bien entendu, constituer ces moyens par un sim- ple registre 25 disposé sur la branche 24 et actionné manuellement, registre auquel on peut adjoindre un second registre 26 disposé sur la branche d'évacuation 23, les deux registres étant alors avanta- geusement conjugués de telle façon que l'un s'ouvre lorsque l'autre se ferme.
La commande du registre 25 ou des registres 25 et 26 sera cependant, de préférence, assurée automatiquement de telle manière que la température des fumées entrant dans la boîte à fumées 16 soit maintenue constante.
A cet effet on pourra prévoir un dispositif thermostatique comportant une prise de température 27 dans le carneau 18, en aval
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du débouché dans ce carneau de la branche 24, connectée à un système moteur approprié 28.
Il va de soi que tous autres moyens peuvent être pré- vus pour le réglage des températures de traitement. Cest ainsi que, au lieu de disposer un régulateur à l'entrée des fumées, à la base des fours, on pourrait le disposer, à la sortie, notamment dans le carneau tel que 20; ce régulateur agirait, par exemple, thermostatiquement sur tous registres ou autres organes influen- çant le débit des fumées. On pourrait d'ailleurs agir concurrem- ment sur ce débit à l'entrée et à la sortie des fours.
Il peut enfin être intéressant de prévoir, à divers niveaux dans la capacité 1, des conduits pour l'évacuation des gaz ou vapeurs dégagés au cours du traitement, par exemple, à la partie supérieure de ladite capacité, un conduit 29 pour l'évacuation de la vapeur d'eau, ce grâce à quoi cette vapeur ne restera pas mélangée à la masse continuant à descendre dans le four et ne gênera pas son agglomération ultérieure par la pression, ainsi que cela se produit dans les appareils antérieurement utilisés ou proposés, et éventuellement, au droit de certaines des chambres élé- mentaires délimitées par les cloisons 5, des conduits 30 , 30 , 30 , etc., pour l'évacuation des produits volatils lesquels peuvent être ensuite condensés dans des appareils 31 , 3100, 31'''' appropriés.
De préférence, bien entendu, ces conduits seront agen- cés de façon à être décalés par rapport aux ouvertures 8.
Enfin, en ce qui concerne les dimensions à adopter pour un appareil du genre de celui venant d'être défini et, en parti- culier, les diamètres du four, il est bien entendu qu'il sera aisé à l'homme de l'art de les calculer au mieux, en fonction notamment de la température à atteindre à la sortie dudit appa- reil et du temps de chauffage t, c'est-à-dire du temps de traver- sée des matières depuis le haut jusqu'au bas de chaque four,
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D'une façon générale, on sera amené, pour réduire le temps de chauffage t au minimum, à opérer sur une couche annulaire de matière relativement peu épaisse -- c'est-à-dire sur la couche d'épaisseur descendant entre la paroi du four 1 de diamètre interne D et la paroi du tube de chauffage 2 de diamètre externe d.
Le temps de chauffage t est lié, en effet, à l'épais- seur e par une relation du genre t = k e k étant un coefficient qui varie suivant le poids spécifique de la matière traitée, le coefficient de transmission calorifique des matériaux intervenant dans la transmission des calories,etc..
Supposant, par exemple, qu'on désire obtenir un temps de chauffage de 10 minutes pour une température à atteindre de l'ordre de 300 à 500 , on pourrait adopter des dimensions telles que les suivantes : épaisseur e : de l'ordre de 2 à 3 centimètres; hauteur h du four : de l'ordre de 2 à 3 mètres; diamètre intérieur des tubes 2 : de l'ordre de 10 cm; diamètre extérieur des tubes 1 ; de l'ordre de 15 à 20 cm.
La hauteur des pièces à ailettes pourra elle-même être de l'ordre de quelques centimètres, le nombre desdites pièces va- riant suivant la hauteur h; leur nombre pourra être pris, par exemple, entre 20 et 70.
Quant à la vitesse de rotation des ailettes, elle sera notamment de 3 à 6 tours par minute.
Mais il est bien entendu que ces diverses valeurs ne sont données qu'à titre d'exemple et qu'il est aisé à l'homme de l'art de les modifier dans les plus larges limites, suivant le but à atteindre.
En suite de quoi on obtient un ensemble dont le fonc- tionnement ressort déjà de ce qui précède et peut se résumer de la façon suivante.
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La matière contenue dans la trémie 9 remplit successi- vement les alvéoles situés entre les ailettes successives de la première pièce à ailettes et cette dernière entraîne en rota- tion le contenu desdits alvéoles jusqu'à ce qu'ils passent en regard de l'ouverture 8 de la cloison 5 située immédiatement sous ladite première pièce à ailettes.
Le contenu de chaque alvéole de cette pièce passe alors dans un alvéole de la deuxième pièce à ailettes et, le même processus se reproduisant de proche en proche, les matiè- res à traiter cheminent lentement du haut en bas du four.
Le brassage résultant du mouvement de rotation des pièces à ailettes renouvelle constamment la couche de matière qui se trouve au contact de la paroi interne des tubes entretoises 2.
Or, c'est par cette paroi que la plus grande partie de la cha- leur de chauffage est transmise à la matière à traiter. Ainsi le chauffage de ladite matière est réalisé de façon très homogène.
Les hydrocarbures qui se dégagent au fur et à mesure du traitement sont amenés à pénétrer intimement la matière, notam- ment du fait de la légère surpression qui règne dans chaque capaci- té 1, longue et étroite, et, cela, aans que lesdits hydrocarbures ne s'échappent en proportion notable à la partie supérieure. Par cor. tre, la vapeur peut s'échapper en 29.
La pratique montre, comme déjà indiqué plus haut, qu'on peut atteindre des temps de chauffage de l'ordre de 10 minutes, voire moindres.
Au fur et à mesure de la sortie de l'appareil, le char- bon traité est distribué à une ou plusieurs presses, où il est immédiatement comprimé, et, cela, dans des conditions idéales et toujours immuables puisque, grâce à la marche continue, il n'exis- te pas de temps mort de déchargement et que, par suite, le charbon ne subit aucune altération ou oxydation après son traitement dans les fours.
Enfin on conçoit que, en faisant varier la vitesse de
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rotation du tube 2 ou le decelage des cloisons 5, on puisse agir avec une grande souplesse sur la vitesse de progression, à travers le four, de la matière à traiter.
Avantageusement on groupe en une ou plusieurs batteries un certain nombre de fours tels que celui venant d'être décrit ; un tel groupement permet notamment, pour un débit de matières déterminé à réaliser, de répartir ce débit en autant de fours élémentaires qu'on le désire, cela de manière à pouvoir adopter pour chacun d'eux les caractéristiques optima, eu égard à la température de chauffage et à la vitesse de circulation à ob- tenir. Des engrenages 43,44, 45 (fig. 7 et 8) assurent l'entrai- nement en rotation simultané des divers fours.
Par ailleurs, on a ainsi la possibilité, dans le cas où l'on désire traiter un mélange de plusieurs charbons diffé- rents, d'alimenter plusieurs fours ou groupe de fours respecti- vement à l'aide des divers charbons constituants, et d'opérer le mélange à la sortie.
Dans ce cas, il pourra être indiqué d'adopter, pour ces divers fours ou groupes de fours, des traitements thermi- ques différents, cela par exemple : soit, dans le cas où l'on a recours à une même source de chaleur pour les divers fours, en agençant l'ensemble de façon que les calories agissent de diverses manières sur ces fours, éventuellement en faisant comporter à certain d'eux, comme supposé ci-après, un calorifuge sur une partie de leur hauteur; soit en agissant sur le brassage; soit en agissant sur la vitesse de circulation de la matière, ou du fluide chauffant, etc..; soit en agissant sur la longueur des fours ; soit de toute autre manière.
S'il s'agit, par exemple, de procéder au traitement thermique d'un mélange de charbon maigre et de charbon gras,
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pour l'amener à un état physique convenant à l'agglomération par pression (voire sans liant, les produits dégagés par le charbon gras tenant lieu de liant), ledit mélange étant par exemple encore, fait dans des proportions de l'ordre de 10% de charbon gras et 90 % de charbon maigre, on peut avoir recours à une installation comprenant, notamment, neuf fours tubulai- res 1, groupés comme représenté fig. 7 et 8, l'un de ces tubes (celui du milieu) étant alimenté en charbon gras et les autres en charbon maigre ou en toute autre matière.
Le combustible est donc introduit à la partie supérieu- re par des trémies telles que 91, 92 (l'un servant au charbon maigre l'autre au charbon gras), il chemine ensuite dans les divers fours 1, de la façon qui a été indiquée plus haut, et, après s'être échauffé dans ce parcours, il est déversé dans une trémie réceptrice 40, pour être de préférence immédiatement com- primé.
Le chauffage de la matière, dans son parcours, s'ef- fectue ainsi qu'indiqué plus haut par des gaz chauds circulant à la fois à l'intérieur des fours, où ils pénètrent - par exemple- par des orifices 41, et à l'extérieur, dans une enceinte 13 qui peut être unique (mais non nécessairement) et qui est cloisonnée par des chicanes 15 assurant un parcours des gaz en zig-zag dans les chambres 14, selon les flèches.
Sur la fig. 7, on a supposé que, pour modérer l'action thermique sur le four central-- la matière devant, par exemple, en sortir à une température de l'ordre de 3000 au lieu de 400 pour les autres fours --, on faisait comporter audit four, à sa base, une enveloppe calorifuge 42.
Mais il est bien entendu qu'on pourrait opérer le mélange des charbons maigres et des charbons gras avant l'intro- duction dans l'appareil.
Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite aucunement à celui
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de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant plus particulièrement été explicités, elle en embrasse,au contraire, toutes les variantes.
RESUME
L'invention a pour objet des perfectionnements appor- tés aux procédés et appareils pour le traitement par la chaleur de matières divisées notamment de charbon pulvérisé, lesquels perfectionnements consistent principalement, en ce qui con- cerne les procédés du genre en question, à soumettre les ma- tières à traiter à un brassage tel que lesdites matières chemi- nent de façon continue de l'entrée à la sortie d'une enceinte chauffée;
et en ce qui concerne les appareils du genre en ques- tion à les constituer par au moins un élément comportant une multiplicité de chambres élémentaires superposées, des moyens mécaniques étant prévus dans chacune de ces chambres pour en- traîner en rotation en la brassant la matière y contenue et pro- voquer de façon continue l'écoulement de cette matière de chacune des chambres dans celle située immédiatement en dessous par un passage ménagé dans la cloison séparant ces deux chambres.
Elle consiste à part cette disposition principale, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps, notam- ment en diverses dispositions relatives aux dimensions ou pro- portions préférées des susdits éléments, ainsi qu'en d'autres dispositions relatives à l'application des procédés du genre en question au traitement thermique préalable destiné à donner au charbon pulvérisé, avant compression en vue de son aggloméra- tion, des propriétés agglutinantes, lesdits procédés permettant d'assurer un traitement parfaitement homogène, l'une de ces dis- positions consistant à effectuer immédiatement la compression du charbon pulvérisé au fur et à mesure de la sortie de cette ma- tière hors de l'appareil de traitement par la chaleur,et une autre desdites dispositions consistant à prévoir l'évacuation