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PROCEDE DE PREPARATION'DES CHARGES :DES FOURS A CARBURE@DE CALCIUM.
La présente invention a trat à un procédé de préparation d'une charge propre à la fabrication du carbure de calcium au four à arc électri- que.
'On fabrique ordinairement le carbure de calcium par la réacticn de réduction du-carbone'et de-l'oxyde de calcium dans la zone de l'are dan four électrique à carbure. Pour que le four fonctionne d'une manière effi- cace, il convient que la charge de ce four consiste en un mélange homogène et intime de carbone (ordinaiement du coke) et d'oxyde de calcium (ordinai- rement de la pierre à chaux calcinée), afin qu'on obtienne une réaction ra- pide du carbure dans le four à arc électrique.
Toutefois, les mélanges pul- vérisés de coke et d'oxyde de calcium ne conviennent pas parce que, à l'in- térieur du creuset en forme de cuvette, du four, les gaz intensément chauds engendrés par-l'arc électrique à la pointe de l'électrode, doivent pouvoir s'échapper en traversant la charge de matière première qui se trouve au-des- sus de l'électrode. Si une charge pulvérisée était introduite dans le four, des parties de cette charge seraient rapidement fondues et tendraient à en- tourer l'extrémité de l'électrode en formant un cratère ou une coquille em- prisonnant les gaz. Ceci canaliserait l'échappement des gaz de la réaction et empêcherait ainsi un préchauffage uniforme de la charge dont on envisage la réaction.
De plus, les gaz canalisés entraineraient les petites parti- cules du mélange pulvérisé au-dessus de la zone de réaction et occasionne- raient ainsi une perte de matières premières.
Pour éviter quelques-uns des inconvénients exposés ci-dessus, il a été proposé d'agglomérer de l'oxyde de calcium en poussière et du coke en poussière sous forme de boulettes ou pilules.. Cette méthode présente toutefois l'inconvénient de la dépense relativement élevée qu'entrainent la!
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préparation séparée du coke et de l'oxyde de calcium et leur conversion ul- térieure en boulettes.
De plus, pour former une boulette de poussière d'c- xyde de calcium et de poussière de coke, il est probablement nécessaire de faire usage d'un liant tel que le brai ou l'asphaltes parce que, autrement, la boulette ne résisterait pas aux manutentions qui interviennent nécessaire- ment entre l'opération d'agglomération en boulettes et le four de la fabrica- tion du carbure à grande échelle. En outre, de telles boulettes ne résistent pas convenablement aux conditions de températures élevées qui s'établissent à l'intérieur du four à carbure et se dégagrègent rapidement en redonnant une poudre.
On a proposé de résoudre le problème de la dépense exagérée et des autres inconvénients que présente l'utilisation de l'oxyde de calcium et du coke par la méthode consistant à former des boulettes à partir d'une. ' source peu coûteuse d'oxyde de calcium, telle que l'hydrate de calcium (sous-produit de la fabrication de l'acétylène) et d'un charbon tendre peu coûteux, et à soumettre ensuite ces boulettes à une cuisson (cokéfaction et calcination) en une seule opération.
L'emploi d'un charbon tendre et d'un hydrate à l'état de sous- produit permet en particulier de réaliser des économies importantes dans la dépense en matières premières. Ce sous-produit d'hydrate de calcium est celui qu'on obtient en fabriquant l'acétylène par la réaction du car- bure de calcium avec l'eau. La demande croissante en acétylène, par exem- ple pour la fabrication du caoutchouc synthétique, a eu comme conséquence la production d'énormes dépôts résiduels de cet hydrate. Les achats nor- maux d'hydrate de calcium nont guère entamé ces dépôts importants en ré- serve, et il est évident que l'utilisation de ce sous-produit permettrait de réaliser des économies et de simplifier le problème de la consommation de cette matière.
Toutefois, l'utilisation d'un charbon tendre et du sous-produit d'hydrate (ou de pierre à chaux qui constitue une autre source relative- ment peu coûteuse d'oxyde de calcium), sous forme de boulettes dans la fa- brication du carbure de calcium a donné lieu à des difficultés, en parti- culier dans la cokéfaction du charbon et la calcination de l'hydrate ou du carbonate de calcium que contient la boulette, en une seule opération.
Il faut que le charbon soit essentiellement cokéfié ou sensiblement réduit en carbone par l'expulsion de ses constituants volatilso En effet, un char- bon bitumineux ne peut pas, comme tel, être utilisé comme source de carbo- ne dans le four à carbure,en raison de ses propriétés plastiques qui oc- casionnent la fusion de la charge du four et sa conversion en une màsse im- pénétrable qui empêche l'échappement des gaz engendrés dans la réaction du carbure de calcium. Comme il est nécessaire de faire en sorte que les proportions relatives du carbone final et de l'oxyde de calcium que con- tiennent les boulettes soient celles qui conviennent pour la réaction in- dustrielle du carbure, il est désirable que la cuisson n'occasionne aucune perte importante de carbone fixé à partir du charbon tendre utilisé.
Ou- tre que cette perte en carbone fixé rendrait difficile d'obtenir dans la - boulette soumise à la cuisson les proportions de coke et de chaux qui con- viennent pour la réaction du carbure, elle serait contraire à une bonne économie.
Il importe que la calcination de l'hydrate ou du carbonate par l'expulsion de l'eau et de l'anhydride carbonique, respectivement, soit essentiéllement complète. En effet, la chaleur employée à cette fin, et qui est dérivée d'une énergie électrique, c'est-à-dire d'une source d'é nergie coûteuse, augmente le total d'énergie électrique nécessaire pour la fabrication du carbure.
D'autres considérations liées à l'emploi d'un charbon tendre et d'une source peu coûteuse d'oxyde de calcium, sont que le mélange doit pouvoir être facilement converti en boulette ou granulé et que celui-ci doit pouvoir résister à sa manutention à la fois avant et après la cuisson.
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Il faut qu9il existé avant la cuisson une cohérence satisfaisante entre les constituants granulés,afin qu'ils puissent être transférés de l'opération d'agglomération à l'opération de cuisson. Après leur cuisson, les granulés sont transférés au four à carbureo Pendant cette manutention, il faut que le granulé soit capable de résister à 1?usure et aux chocs, afin que la pré- sence de fragments et de fines n9offre pas de difficultés ou n'occasionne pas de pertes sérieuses. Non seulement il est nécessaire que les granulés possèdent une résistance mécanique élevée au cours de cette manutention, mais il faut aussi qu9ils résistent dans une mesure suffisante à la chaleur à laquelle ils sont exposés dans les fours à carbure.
A ce stade, plus lon- gue est la période d'intégrité et de résistance à la désagrégation des gra- nulés, avant la réaction du carbure, plus longtemps les gaz chauds prove- nant de cette réaction pourront passer librement par les interstices sépa- rant lesdits granulés pour assurer un préchauffage uniforme.
Tenant compte des considérations qui précèdent, 1-'objet de l'in- vention est un procédé autothermique perfectionné de préparation de granu- lés durables destinés à être chargés dans un four électrique à carbure de calcium.
D'autres objets de 1-'invention sont les suivants :
Un procédé de cuisson perfectionné grâce auquel la cokéfaction d'un charbon tendre et la calcination d'une source d'oxyde de calcium sont effectuées en une seule opération avec un minimum de perte en carbone fixé;
la production, par filage sous pression ou extrusion, de gra- nulés de charbon cokéfiant, d"hydrate de calcium et de pierre à chaux, qui possèdent une solidité suffisante pour résister aux opérations de manuten- tion qui précèdent la cuisson, et qui peuvent être soumis à une cuisson satisfaisante en vue de la production d'une charge convenant pour les fours à carbure au calcium, et un procédé perfectionné d9agglomération des constituants in- diqués ci-dessus en vue de la production d9une charge de four à carbure, procédé grâce auquel des sources disponibles de chaleur perdue ou rési- duelle sont utilisées d'une manière efficace.
Conformément à la forme de réalisation préférée de cette in- vention, on réalise ces objets, et d'autres, par un prquédé consistant à préparer un mélange intime, homogène et convenablement proportionné d'un carbon bitumineux qui est capable de se fluidifier suffisamment pour don- ner un agrégat dur avec la source d'oxyde de calcium ou avec le carbonate de calcium et l'hydrate de calcium-pulvérisés; ou un mélange similaire de charbon et d'hrdrate; à filer sous pression ce mélange et le découper pour en obtenir des granulés ou bâtonnets ; sécher ces granulés; à en co- kéfier et calciner les constituants dans une zone de cuisson par une com- bustion incomplète des éléments volatils du charbon avec un apport réglé d'air préchauffé;
à faire mouvoir les granulés et 1-'air dans le même sens à travers le four de façon que les produits de la combustion incomplète établissent une atmosphère non oxydante à mesure que les deux courants de même sens progressent à l'intérieur du four, et à utiliser les sources de chaleur que constituent les gaz passant dans les conduits du four, à par- tir de l'opération de cokéfaction et de calcination, pour sécher les granu- lés et préchauffer 1-'air d'almentation.
On décrira maintenant l'invention plus en détail en se réfé- rant aux dessins annexés sur lesquels
La figure 1 est un schéma du procédé'entier de préparation de la charge;
La figure 2 est une vue en élévation latérale avec coupe ver- ticale partielle représentant schématiquement le four rotatif utilisé pour l'opération de cokéfaction et de calcination;
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La figure 3 illustre la transformation qui se produit au cours du séchage et de la cuisson d'un granulé boudiné à l'état humide.
Les trémies se rapportant aux diverses matières, représentées en . haut et à gauche du schéma de circulation de la figure 1,.sont.désignées par
11, 12 et 13. La trémie à charbon 11 contient un charbon bitumineux se flui- difiant convenablement, ce charbon ayant été pulvérisé pour passer au travers d'un tamis à ouverture de maille de 840 microns,à l'aide d'un des disposi- tifs courants non représentée La trémie à carbonate 12 contient de la.pier- re à chaux de grande pureté ayant aussi été pulvérisée pour passer au tra- vers d'un tamis de même ouverture de maille.
La trémie à hydrate contient de l'hydrate de calcium soit sous forme de particules d'environ 74 microns, converti par des méthodes classiques en une poudre sensiblement sèche, soit sous forme du sous-produit pulvérulent de la fabrication d'acétylène sec.
A la partie inférieure des trémies Il, 12 et 13 sont disposées des balances 14, 15 et 16 assurant l'admission des proportions correctes désirées des matières premières respectives à 1-'intérieur du transporteur mélangeur horizontal 17 situé au-dessous de ces balances. Ce transporteur transfère les matières premières à un malaxeur usuel 18 produisant un mé- lange intime et homogène desdites matières à l'aide d9une addition d'eau admise par un tuyau à robinet 19. La consistance du mélange après l'addi- tion d'eau est approximativement celle d'un mortier ferme se prêtant au boudinage.
A sa sortie du malaxeur, le mélange est transféré à la boudi- neuse 20, à laquelle une nouvelle quantité d'eau peut, si nécessaire, être introduite dans le mélange par un tuyau à robinet 21. Le mélange de matiè- res premières est refoulé sous pression à travers la filière 22 et, à sa sortie de celle-ciil est découpé en bâtonnets ou granulés par un couteau
23. La filière 22 de la boudineuse présente de préférence des trous rec-- tilignes pouvant par exemple avoir 32 mm de diamètre et environ 76 mm de longueur. On règle le couteau 22 de façon quil découpe le boudin cylin- drique de matière en bâtonnets ayant de préférence environ 32 mm de lon- gueur.
Les bâtonnets ou granulés humides quittant le couteau 23 sont transportés, comme indiqué par le chemin 24, au séchoir à granulés 25 dans lequel s'effectue l'élimination de l'eau qui a été ajoutée pour faciliter le boudinage, afin d'éviter une conversion instantanée en vapeur de cette eau au cours de la cuisson ultérieure à haute température et la désagréga- tion des granulés qui en résulterait, et afin qu9une évaporation d'eau pendant la -cuisson ne gêne pas 19inflammation des éléments volatils du charbon.
Le séchoir est maintenu à environ 200 C et il est pourvu d'un dispositif d'un type courant, non représenté, permettant de régler le temps de séjour des granulés à 1-'intérieur de cet appareil.
En quittant le séchoir à granulés 25, les granulés séchés et chauffés sont élevés par un élévateur d'un type courant 26. à un séparateur ou tamis 27, également d'un type courant, qui élimine les fragments, débris et petites-particules susceptibles d'accompagner les granulés. Ceux-ci sont conduits vers le bas et amenés au four rotatif hermétique 28 dans le- quel le charbon est débarrassé de ses éléments volatils et cokéfié et dans lequel l'oxyde de calcium est calciné d'une manière nouvelle qui sera dé- crite plus loin.
Finalement, les granulés cuits, maintenant composés d'o- xyde de calcium et de coke, sont transférés au refroidisseur rotatif 29 à aspersion d'eau réfrigérante, dans lequel ils sont refroidis afin d'évi- ter qu'ils réagissent avec l'oxygène de. l'air au cours de leun stockage et de leur manutention ultérieurs, En réglant le débit des gaz d9échappement du four 29, à l'aide de dispositifs connus, de manière à assurer une pres- sion légèrement positive, il est possible d9empêcher l'air de pénétrer dans le refroidisseur rotatif 29, étant donné que cet appareil travaille àussi sous une faible pression positive.
Après avoir été refroidis dans le refroidisseur rotatif, les
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granulés sont transférés à un dispositif de'stockage (non représenté). Dans le cas où une alimentation directe en granulés du four à carbure à arc élec- trique serait désirée, le refroidisseur rotatif 29 serait supprimé.
Les gaz formés (contenant un peu de gaz combustibles) quittant l'extrémité de décharge inférieure du four rotatif 28 par le tuyau 30 sont soumis à une combustion complète dans une chambre 30a, afin que toute l'é- nergie thermique de ces gaz soit récupérée. L'air destiné à entretenir cet- te combustion est admis à la chambre 30a par un tuyau à robinet 31. On peut ensuite, si on le désire, "tempérer" ou refroidir partiellement les produits de combustion chauds par une addition d'air admis par un tuyau à - robinet 32, après avoir observé la température marquée par le pyromètre 32a du tuyau 30, et on peut alors faire passer ces gaz à travers un échangeur de chaleur 33.
Cette réduction de la température des produits de combus- tion, dont le but est de permettre de régler la température régnant dans l'échangeur de chaleur, présente par ailleurs 1?avantage qu'on peut faire usage d'un échangeur peu coûteux qui serait incapable de résister à la tem- pérature élevée des produits de combustion résultant de la combustion des gaz du four. Les produits de combustion traversant 1-'échangeur de chaleur 33 abandonnent une partie de leur chaleur à 1-'air de combustion passant dans le tuyau 35 allant au four rotatif, ce qui effectue le préchauffage de l'air admis au four.
Après avoir effectué le préchauffage de l'air destiné au four rotatif 28, dans 1?échangeur de chaleur 33, les produits de combustion passant dans le tuyau 30 sont utilisés pour sécher les granulés dans le séchoir 25. Si le séchage convenable des granulés 1?exige, les produits de combustion peuvent de nouveau être tempérés par de l'air admis par un tuyau à robinet 34. On règle le robinet du tuyau 34 en conformité avec la température indiquée par le pyromètre 34.@: du tuyau 30, afin d'assurer la température de séchage convenable. Au tuyau 30 sont adjoints des ven- tilateurs à débit réglagle (non représentés) propres à' assurer le maintien d'un débit correct des gaz d'échappement.
On voit à la figure 1 que 1?air de combustion préchauffé pro- venant de l'échangeur de chaleur 33 est envoyé à l'extrémité d'entrée du four rotatif 28 par le tuyau à robinet 35, qui'est pourvu, près de son ex- trémité d'admission, d'un ventilateur d'un type courant (non représenté).
Un appareil de chauffage auxiliaire 36 est prévu pour la mise en marche et/ou pour fournir un supplément de chaleur au four 28. L'appariel de chauffage 36 nest de préférence utilisé que pour porter le four aux tem- pératures de travail avant qu'aient été établies les conditions de travail autothermiques qui seront décrites plus loin. Les détails du four rotatif 28 seront donnés ci-après en se référant à la figure 2.
Ce four rotatif incliné consiste en un grand tube 40, qui peut, par exemple, avoir 2,10 m. de diamètre, garni intérieurement d'une couche 42 de 15 cm de briques réfractaires. Deux calottes fixes 44 et 46 sont montées de façon étanche à l'air aux extrémités du tube 40 et protègent celui-ci contre 1?entrée d'aira Les dispositifs d'étanchéité prévus à cet effet auxdites extrémités ou calottes ont été représentées schématiquement sous forme de garnitures annulaires 48 et 50 qui entourent les surfaces extérieures des extrémités du tube 40, bien que l'un quelconque des nom- breux autres dispositifs d'obturation hermétique bien connus puisse être appliqué.
La calotte ou hotte de sortie 46 possède de préférence un plus grand volume que la calotte d'entrée 44 et peut être refroidie par une chemise de circulation d'eau, non représentée, La partie supérieure de cette hotte de sortie est pourvue dune tubulure de sortie de gaz 52 qui est reliée au tuyau de sortie 30 et dans laquelle est disposé un thermo- couple relié à l'indicateur de température 55 situé à l'extérieur de la hotte. La partie inférieure de la hotte de sortie possède un orifice 47 par lequel s'effectue la décharge des granulés cuits.
La calotte d'en- trée fixe 44 est pourvue d'un tuyau 56 par lequel s'effectue l'introduction
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des granulés, ce tuyau traversant la partie supérieure de l'extrémité de la calotte de façon que les granulés tombent au fond du tube rotatif 40. -Le tuyau 35 amenant l'air préchauffé, lequel tuyau est pourvu d'un papillon ré- glable 58, traverse l'extrémité de la calotte d'entrée 44 en son centre.
Au-dessous du tuyau à air préchauffé 35 se trouve un brûleur à huile ou à gaz d'un type courant 60, faisant partie de l'appareil de chauffage auxiliai- re 36 (figure 1) , lequel brûleur traverse la calotte d'entrée 44.
La longueur totale du four est par exemple de 21 mètres et il peut être incliné, par exemple, de 6,3 cm par mètre de longueur. Le tube 40 est monté de façon rotative, par des moyens classiques, dont l'un a été re- présenté schématiquement en 62 sur le dessin. Le tube 40 reçoit sa rota- tion d'un moteur à vitesse variable 64 par l'entremise d'une boite de réduc- tion de vitesse 66 et d'un pignon drqit de commande 68 qui engrène avec une couronne dentée 70 montée sur le pourtour du tube 40. La disposition est telle qu'on peut obtenir des vitesses variant de 0,5 à 1,5 tours par minute en réglant la vitesse du moteur 64 par des moyens connus (non représentés).
Le thermo-couple 54, pourvu de l'indicateur de température 55 disposé à l'intérieur du conduit 52, peut être qombiné avec un dispositif automatique d'un type courant (non représenté) propre à régler la quantité d'air préchauffé qui pénètre dans le four 28 par une liaison convenable avec le papillon 58 du conduit à air préchauffé 35. De plus, on pourrait similairement faire usage du thermo-couple 54 pour régler la température de l'air préchauffé en réglant la quantité d'air de refroidissement qui est ajoutée, par l'intermédiaire du tuyqu à obturateur réglable 32, aux produits de combustion allant au préchauffeur d'air.
Pour faire ressortir les difficultés que présentent la coké- faction et la calcination, en une seule opération, de granulés faits d'un charbon tendre et d'une source d'oxyde de calcium, on considérera quel- ques-unes des réactions chimiques fondamentales qui peuvent intervenir.
Les réactions principales sont les suivantes :
EMI6.1
charbon + chaleur carbone + éléments volatils éléments volatils + air chaleur + C0+C0+X0 carbone + oxygène ### anhydride carbonique hydrate de calcium + chaleur oxyde de calcium et eau carbonate de calcium + chaleur oxyde de calcium + anhydri- de carbonique carbone + eau oxyde de carbone + hydrogène.
Ceci met en évidence le fait qu9il est nécessaire, pour obtenir sûrement 1?oxyde de calcium, de favoriser la dissociation réversible du carbonate de calcium en oxyde de calcium et en anhydride carbonique tout en empêchant l'oxyde de carbone et l'anhydride carbonique de se combiner pour donner du carbonate de calcium. Ceci exige une température élevée qui, à son tour, tend à provoquer 1?oxydation dû carbone si de 19 oxygène ou de l'eau entrent en contact avec du carbone. Une telle oxydation provoquerait une perte du carbone fixé ou du coke dérivé du charbon tendre initial.
La présente inventionentre d'autres avantages, réduit au mini- mum toute perte de carbone fixé grâce à un procédé de cuisson autothermique nouveau basé sur Inapplication de courants de même sens pour les granulés et pour les gaz présents dans le procédéo
En fonctionnement, pendant que le four rotatif 28 est convena- blement chauffé par le brûleur 60, il reçoit un courant de granulés séchés, relativement froids, qui consistent en un mélange homogène et intime de charbon tendre et d'une source d'oxyde de calcium (par exemple le mélange d'un tel charbon avec du carbonate de calcium et de l'hydrate de calcium) le rapport du carbone à l'oxyde de calcium étant celui qui convient pour la production de carbure de calcium dans le four à arc électrique.
L'air
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préchauffes relativement chaud, arrivant de l'échangeur de chaleur 33 est fourni en quantités réglées et à des températures appropriées au four auquel il est admis par le tuyau à obturateur réglable 35.
Pendant la phase initiale de l'opération de cuisson (qui embras- se toute la période qui s'écoule entre l'entrée des granulés dans lé four et leur sortie), une portion des éléments volatils du charbon se dégage ini- tialement des granulés sous 19 influence de la chaleur du four, Comme la température que possède l'atmosphère du four à l'extrémité d'entrée de ce four est plus élevée que le point d9inflammation des éléments volatils, ladite portion brûle alors avec l'oxygène de l'air préchauffé, en dégageant de la chaleur qui provoque successivement une nouvelle élimination des élé- ments volatils du charbon et une nouvelle combustion de ces éléments.
Ceci rend le procédé autothermique, en ce sens qu9aucune chaleur supplémentaire n'a besoin d'être fournieo Dès que le four a été mis en service, et en supposant qu'il soit fait usage d'un charbon de teneur suffisamment élevée en éléments volatils (par exemple à 35 % d'éléments volatils, en poids), on peut fermer le brûleur 60 et réaliser la cuisson avec la seule chaleur résultant de la combustion des éléments volatils dudit charbon. La chaleur résultant de la combustion élève progressivement la température des granu- lés à mesure que ceux-ci descendant le long du four, ce qui assure l'éli- mination complète des éléments volatils du charbon.
Les éléments volatils qui se dégagent après le stade initial réagissent avec la presque totalité des agents d'oxydation disponibles que contient encore le courant gazeux passant dans le four et produisent à l'intérieur du four une atmosphère non oxydante composée de l'air préchauffé résiduel (azote) et des produits des réactions.
Il n'en résulte jamais une oxydation complète des éléments vo- latils parce que le choix du charbon et le réglage de l'air de combustion par rapport au courant de granulés sont tels que la quantité d'éléments vo- latils excède toujours la quantité stoechiométrique nécessaire pour fixer tout l'oxygène de 1?air de combustion, de sorte que, en aval de la zone de combustion, 19atmosphère du four ne contient plus d'cxygène
A mesure que les granulés descendent le long du four,ils s'échauffent progressivement sous 1-'influence de la chaleur qui leur est transmise par rayonnement, conduction et convexion à partir de l'atmos- phère du four se'déplaçant au-dessus d'eux.
Lorsque les granulés ont at- teint une température de 620 C environ, 1-'hydrate qu'ils contiennent se dissocie effectivement en donnant naissance à de la vapeur d'eau (qui est emportée par l'atmosphère du four) et de l'oxyde de calcium qui est rete- nu dans le granulé. La température des granulés continue à s'élever pen- dant qu'ils continuent à descendre le long du four et, lorsqu'ils ont at- teint environ 900 C, le carbonate de calcium qu'ils sont susceptibles de contenir se dissocie effectivement pour donner de l'anhydride carbonique (qui passe dans l'atmosphère du four et est emportée par elle) et de l'o- xyde de calcium qui est retenu dans la masse chaude de charbon de coké- faction dont les éléments volatils ont été éliminés.
La température des granulés est maintenue suffisamment élevée, au moment où ils sont sur le point d'atteindre l'extrémité inférieure du four, pour que toutes ou sen- siblement toutes les portions de la masse constituant chacun des granulés aient été élevées à une température supérieure à 900 C (par exemple à en- viron 1000 C) et que sensiblement tout le calcium présent soit sous forme de l'oxyde, plutôt que du carbonate. On peut régler le temps de séjour des granulés à l'intérieur du four, c'est-à-dire le temps pendant lequel ils sont exposés à l'atmosphère du four, en réglant la vitesse de rotation du four à l'aide d'un moteur à vitesse variable 64. On règle la tempéra- ture régnant dans le four en réglant la quantité d'air de combustion et la température de préchauffage de cet air.
Ce réglage peut être effectué en ajustant manuellement les robinets ou obturateurs réglables que comportent les tuyaux 35 et 32, de manière qu'on obtienne une température prédétermi- née (par exemple 1100 C pour une température maximum de 1000 C des granu- lés) au point où est situé le thermo-couple 54.
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Comme le taux d9admission d9air est réglé, par rapport au courant de granulés, de telle manière que l'atmosphère du four perde rapidement l'o- xygène qu'elle contient au cours de son passage à 1?intérieur du four, il s'é- tablit bientôt dans le four une atmosphère exempte d'cxygène. On constate @ que, avec le présent procédé, il est possible de tirer efficacement parti des éléments volatils du charbon en les brûlant dans un four clos aussitôt qu'ils se sont dégagés des granulés, au cours de la cuisson de ceux-ci, à l'intérieur du four, sans qu'il se produitse aucune perte appréciable de carbone fixe.
Il semble que la raison pour laquelle la perte de carbone fixé est très fai- ble réside dans le fait que, dans la phase initiale de la cuisson, le dégâ- gement rapide de grands volumes de gaz et de vapeurs provenant des granulés empêche l'oxygène que contient initialement l'air préchauffé de réagir avec le carbone du charbon. Par la suite, même si le taux de dégagement des gaz a été progressivement réduit, il ne se produit pas non plus de réaction ap- préciable entre le carbone des granulés et l'atmosphère du four, et ce ap- paremment parce que, à ce moment 1?atmosphère du four ne contient pour ainsi dire plus d'oxygène comme résultat de la réaction antérieure de tout ou sen- siblement tout l'oxygène qu9elle contenait avec les éléments volatils pré- cédemment dégagés du charbon.
C'est ainsi qu'on constate qu'il est possible de former à partir d'un mélange de charbon tendre, de carbonate de calcium et d'hydrate de calcium, un granulé pouvant être porté à une température extrêmement élevée (par exemple 10000C) par le présent procédé à courants de même sens et par l'utilisation efficace des éléments volatils qui se dégagent du charbon, sans perte sensible du carbone fixé que contient le charbon.
De même, il ne semble pas qu'une perte appréciable de carbone se produise dans le présent procédé comme résultat d'autres réactions possi- bles, telles que la réaction du gaz à 1-'eau. La raison en est peut-être que, avec le présent procédé à courants de même sens, la température des granulés s'élève progressivement à mesure qu'ils descendent le long du four, de sorte que toute eau qu'ils sont susceptibles de contenir (par exemple par suite de la présence d'hydrate de chaux) peut être expulsée et emportée par l'atmosphère du four, ce qui empêche son contact direct avec les gra- nulés avant que ceux-ci aient été portés à la température à laquelle la réaction du gaz à 1?eau interviendrait.
On peut modifier la composition des granulés pour l'adapter aux conditions locales se rapportant à 1?approvisionnement à la pureté et au coût de 1-'hydrate de calcium ou du carbonate de calcium, respectivement.
Dans des localités où le sous-produit d'hydrate n'est pas une matière première qu'il soit possible de se procurer économiquement, on peut faire usage d'une pierre à chaux de pureté convenable, telle que la pierre à chaux riche en calcium provenant du gisement Spergon (Missouri et Illinois). Pour obtenir des granulés à base de carbonate qui soient durables pendant la période de manutention précédant la cuisson, il est nécessaire d'y incorporer un peu d'hydrate de calcium à titre de liant.
La Demanderesse a découvert qu'un granulé qui contient d'une part une certaine quantité de carbonate de calcium donnant, après calcination, 85% en poids de l'oxyde de calcium qu9exige le bain fondu de carbure, et qui contient d9autre part de 1?hydrate de calcium à titre de liant et de source propre à constituer les 15 % restants de l'oxyde de calcium néces- saire, convient tout particulièrement pour une fabrication dû carbure réalisée sur une échelle industrielleo La quantité d'eau nécessaire pour assurer un malaxage et un boudinage convenables est un peu moindre, dans le cas d'un granulé de carbonate-hydrate à 85 %-15 %.
que dans le cas d'un granulé entièrement en hydrate, étant donné que le mouillage est rendu plus facile par les dimensions plus grandes des particules et par la quali- té de base du carbonate.
Lorsqu?un granulé entièrement en hydrate peut être préparé dars des conditions économiques, il peut être nécessaire, selon 1?équipement de malaxage, de prévoir des moyens pour permettre au granulé boudiné encore
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humide de faire prise au cours d'une certaine période de temps précédant le séchage afin quil résiste à opération de séchage.
Il a aussi été déterminé qu'un granulé de carbonate-hßdrate à 50 %-50 % (proportions précédemment décrites) peut subir une cuisson satis- faisante par Inapplication de la présente invention.
On fait usage du même type de charbon tant avec le granulé à base d'hydrate qu'avec le granulé à base de pierre à chaux. Il convient que le charbon soit un charbon bitumineux approprié qui se laisse convena- blement fluidifier lorsque on le chauffeet qu9il possède une faible teneur en cendres. a
Différentes sortes de charbons de compositions appropriées se- ront mentionnées ci-après à titre d'exemples,avec indication de leur pro- venance :
EMI9.1
<tb> NOM <SEP> Carbone <SEP> Eléments <SEP> Cendres
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<tb> fixé <SEP> volatils
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<tb> Charbon <SEP> Majectic <SEP> de <SEP> Pond <SEP> Creek <SEP> 59,4 <SEP> % <SEP> 33,6% <SEP> 7 <SEP> % <SEP>
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Il est évidemment possible de faire usage d'un charbon ayant une teneur moindre en éléments volatils et de fournir 1?appoint de cha- leur requis à l'aide du brûleur 60 ou d'un autre dispositif approprié, étant donné qu'on travaille avec une combustion incomplète. Par exemple, on pourrait faire usage du charbon Marianna de la couche Sewell de West Virginia (carbone fixe 72,7 %, éléments volatils 21,9 %, cendres 5,2 %).
Un tel charbon doit toutefois se fluidifier de façon satisfaisante, cêst- à-dire qu'il doit posséder la propriété de se convertir en un agrégat dur avec de petites particules, lorsqu'il est chauffé.
Les proportions théoriques du carbone (coke) par rapport à l'oxyde de calcium (carbonate-hydrate calciné ou hydrate calciné) que doit posséder le granulé pour la réaction du carbure, seraient 1 1,55, ainsi qu'on peut le déterminer par Inéquation chimique CaO 3C = CaC2 CO.
Toutefois, dans la pratique industrielle, on accroît le plus souvent la proportion d'oxyde de calcium afin d'assurer la formation d'un bain fon- du de bonne fluidité dans le four à carbure. Le bain fondu de carbure de calcium, ou le mélange eutectique qui assure un écoulement ou des carac- téristiques de coulée appropriés, contient 80 % environ de carbure de calcium. Pour qu9une telle fluidité du bain puisse être assurée, on élève le rapport du carbone à 1?oxyde de calcium à environ 1:1,75'. De la sorte, quel que soit le granulé dont on fera usage (carbonate-hydrate ou hydrate), 1?oxyde de calcium sera proportionné au carbone en conformité avec le rap- port industrie indiqué ci-dessus.
Quil soit fait usage dhydrate ou de carbonate-hydrate, les poids convenables de chacun d9eux devront être calculés en les considérant chacun comme une source d'oxyde de calcium. De même, on pourrait calculer' le poids du charbon en considérant celui-ci comme une source de carbone (carbone fixé du charbon initial).
Il y a lieu de noter que les granulés culbutent continuelle- ment sur eux-mêmes par 19 effet de la rotation du four, à mesure qu'ils pro- gressent le long de ce dernier, de sorte que toutes leurs portions sont exposées uniformément et directement à la chaleur rayonnée de la portion supérieure du four où seffectue la combustion.
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Pendant la cuisson et le refroidissement ultérieur, les granu- lés séchés se convertissent en granulés durs ayant une structure de coke en nids d'abeilles dans les cavités de laquelle sont noyées des particules d'oxyde de calcium. Il semble que, en raison de sa propriété aglutinante, le charbon se convertisse en une matière plastique semi-liquide qui, par' cokéfaction, forme une structure en nids d'abilles,dure et rigide, autour de 1?oxyde de calcium. Ces granulés durs résistent aux manutentions qui s9effectuent entre le four rotatif et le four à carbure et qui sont inhé- rentes aux opérations de fabrication industrielle du carbure ; la forma- tion de fines ou petites particules due à la chute et à 1?abrasion des gra- nulés ne se produit pas à un degré appréciable.
La transformation qui in- tervient dans le granulé mouillé au cours des opérations de séchage et de cuisson a été représentée à la figure 3 qui montre, à gauche, un granulé boudiné encore mouillé et, à droite, le même granulé après cuisson.
Pour pouvoir entièrement tirer parti des sous-produits du four rotatif, les gaz d9échappement de ce four quittant le sommet de la hotte de sortie 46 dudit four par le tuyau 52, se rendent par le tuyau 30 à la chambre de combustion 30a visible à la figure 1. Dans cette chambre, les gaz d9échappement sont complètement brûlés par une addition d9air admise par le tuyau à robinet 31, afin qu'on puisse recueillir toute la chaleur que contiennent les gaz d'échappement. Les produits de combustion ainsi engendrés passent alors à un préchauffeur d'air 33, où ils abandonnent une partie de leur chaleur pour préchauffer 1-'air destiné à entretenir la combustion partielle des éléments volatils du charbon dans le four rota- tif 28.
Après ce préchauffage, les produits de combustion sont transfé- rés au séchoir à granulés 25 où la portion restante de leur chaleur est utilisée pour sécher les granulés boudinés encore mouillés qui doivent être amenés au four rotatif.
Les produits de combustion des gaz peuvent aussi servir à sécher 1-'hydrate de calcium qui est directement dérivé de la fabrication de 1?acétylène par voie humide ou de dépôts d'hydrate.
Pour mieux faire comprendre certains détails importants de la préparation et du traitement des granulés et faciliter leur réalisa- tion, on donnera ci-après un exemple typique d'un mode opératoire suscep- tible d'être appliqué pour mettre 1-'invention en oeuvre.
On pulvérise un charbon tendre tel que le Coal Mountain men- tionné dans le tableau donné plus haut, qui en indique la composition, de façon qu9il passe au travers d'un tamis à ouverture de maille de 840 mi- crons et on en remplit la trémie ll. Si nécessaire, on sèche le charbon avant de le pulvériser, afin de réduire sa teneur en eau à une valeur in- férieure à 5 %.
On retire de 1?hydrate de calcium provenant du dépôt de ce sous-produit dans un générateur d'acétylène et on le soumet à un essorage centrifuge pour en réduire la teneur en eau, qui est en moyenne de 50 %.
On continue l'essorage jusqu9à ce que la teneur en eau ait été réduite à environ 40 %, puis on complète la déshydratation du sous-produit en sé- chant celui-ci à l'aide de la chaleur perdue de l'usine à carbure ou dune chaleur résiduelle provenant d'autres sources. Le séchage transforme le sous-produit en une poudre "sèche" dont la teneur en eau libre est infé- rieure à 12 %. Cette poudre est composée de particules dont la grosseur est comprise entre 74 et 50 microns et, après le séchage ci-dessus, on place cette poudre dans la trémie 13.
Le charbon tendre et le sous-produit d9hydrate sont alors pe- sés en quantités appropriées à 1?aide des balances automatiques 14, 16'si- tuées à la partie inférieure des trémies respectives 11, 13. Si l'on ne tient pas compte de 1?eau libre et combinée que contient l'hydrate et de la teneur en cendres et en éléments volatils du charbon, le mélange des deux constituants est effectué avec un rapport du carbone à 1?oxyde de calcium d'environ 1 1,75, ainsi qu'il est de pratique courante pour obte-
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nir un bain fondu satisfaisant dans le four à carbure.
Le charbon et l'hydra- te sont alors mélanges et transportés à l'aide d'un transporteur-mélangeur 17 à un malaxeur 18 dans lequel s'effectuent une addition d'eau et un nouveau malaxage, de telle sorte qu'on obtient un mélange homogène et intime conve- nant pour une réaction rapide du carbure. En quittant le malaxeur 18, le mélange plastique de charbon et d9hydrate est amené à une boudineuse 20 dans laquelle de l'eau est de nouveau introduite en quantité suffisante pour Que le mélange, dont la consistance est celle d'un mortier ferme puisse être boudiné facilement. La quantité d'eau à ajouter semble assez déterminante, et il convient que le total n9excède pas 22 - 26 % sur la base des substan- ces humides, c'est-à-dire qu'il convient que 22 à 26 % en poids du granulé soient de l'eau.
Après le boudinage les tiges ou "boudins" de mélange sont découpées en bâtonnets ou granulés de 35,25 à 75 mm de longueur, à l'aide d'un couteau 23.
Les granulés sont alors séchés à environ 200 C dans le séchoir 25, avec un temps de séjour dans ce séchoir de 40 minutes environ. On em- . pêche ainsi l'élimination des éléments volatils du charbon et leur inflam- mation. En quittant le séchoir, les granulés sont conduits au four rota- tif 28 qui est préchauffé par le brûleur 60, à environ 11000C.
On fait tourner le four rotatif à une vitesse qui, en suppo- sant que le four soit incliné de 6 cm par mètre de longueur de tube, donne pour le temps de séjour d'un granulé dans le four, environ 30 minu- tes. On règle la température du four en maintenant la température des gaz d'échappement à environ 1100 C à l'aide des dispositifs précédemment dé- crits. Ainsi, si le pyromètre 55 indique une température inférieure à 1100 C, on ouvre davantage l'obturateur réglable 58 du tuyau 35 pour per- mettre à une plus grande quantité dair préchauffé de pénétrer dans le four, par unité de temps.
Les combustibles restants que contiennent les gaz d'échappe- ment du four qui sont principalement composés d'azote, de méthane, d'hy- drogène, d'oxyde de carbone et d'anhydride carbonique, sont brûlés dans la chambre de combustion à admission d'air 30a et sont ensuite refroidis à environ 480 C par l'introduction d'une quantité d'air propre à tempérer ou réduire convenablement la température de l'air par le tuyau à obtura- teur réglable 32. Après avoir préchauffé à 260-430 C l'air destiné au four, les produits de la combustion subissent un nouveau refroidissement par l'introduction d'un supplément d9air admis par un tuyau à obturateur réglable 34 et propre à réduire leur température à environ 200 C et sont alors utilisés dans le séchoir à granulés 25.
Après le séchage des granu- lés, le courant de gaz sert à sécher le sous-produit d'hydrate de la ma- nière précédemment décrite ou il est transféré à une cheminée d'évacuation par des moyens non représentés.
Après avoir été calciné et cokéfié, et lorsqu'ils possèdent une température d'environ 980 C, les granulés sont déchargés dans un re- froidisseur 29 pourvu extérieurement d'un dispositif réfrigérant à projec- tion d'eau à 1?aide duquel ils sont refroidis à environ 150 C, afin que l'air n'oxyde pas le carbone contenu dans les granulés chauds. L'entrée de l'air à l'intérieur du refroidisseur 29 est réduit au minimum en raison des communications prévues entre le four et le refroidisseur et du réglage du débit des gaz d'échappement du four à l'aide de moyens (non représentés)' grâce auxquels une pression légèrement positive peut être maintenue dans le refroidisseur.
On constate que les granulés obtenus conformément au présent procédé ont une résistance mécanique particulièrement élevée et qu'ils contiennent les proportions de réactifs qui sont nécessaires pour la fabri- cation du carbure de calcium au four électrique. Ces réactifs sont mélan- gés intimement et de façon homogène pour former une charge de très grande qualité pour les fours à carbure, laquelle charge peu être fabriquée d'une manière plus efficace et plus économique que cela avait été possible par
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les méthodes connues jusquà ce jour.
L'invention n'est pas limitéeà la forme de réalisation particu- lière qui a été représentée et décrite et peut au contraire recevoir d'au- tres formes et de nombreuses modifications de détail rentrant dans le cadre et 1?esprit de ladite invention.