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L'invention se rapporte aux réacteurs ou vases de réaction pour le traitement de matières solides finement divisées, selon la technique dite à lit fluidifié.
Un réacteur pour le traitement de matières sol ides fluidifiées comprend essentiellement un vase ou récipient pourvu d'une plaque sensiblement horizontale qui supporte un lit de matières solides finement divisées se trouvant dans la chambre de réaction et qui est habituellement munie de moyens à travers lesquels on produit un écoulement de gaz de fluidification et/ou de traitement. Dans beaucoup de cas, un réacteur simple est subdivisé par des plaques espacées verticalement et supportant des lits, de façon à former plusieurs chambres de réaction.
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Pour des opérations à haute température, telles que, par exemple, la calcination, le grillage de sulfures, la réduction de minerais de fer et analogues, et en particulier lorsqu'il s'agit de réactions exothermiques, la chambre de réaction doit nécessairement être pourvue d'un revêtement réfractaire pour assurer sa résistance à la chaleur. Tenant compte des charges qu'implique le support de lits de matières lourdes, ladite nécessité impose une limite supérieure pour la superficie de la section transversale de la chambre de réaction, parce que des voûtes auto-portantes en matière réfractaire, telles que requises pour la structure de plafond et les plaques de support de lit, deviennent exagérément lourdes, coûteuses et en général pratiquement irréalisables au-delà d'une certaine grandeur.
Actuellement, une limite pratique d'environ vingt-cinq pieds (approximativement 7,5 mètres) a été adoptée pour le diamètre de récipients cylindriques.
Un autre facteur qui impose une limite supérieure aux dimensions d'un réacteur à lit fluidifié est le fait que, pour ce qui concerne la nécessité d'introduire du carburant, du réfrigérant, du réactif, des gaz de traitement, etc. dans le lit fluidifié, il importe d'assurer quebeux-ci pénètrent d'une façon aussi unif orme que possible sur toute l'étendue du lit.
Cela limite à son tour la superficie de la section transversale, parce qu'il n'est pas toujours facile d'obtenir une dispersion convenable verticalement et latéralement dans le lit jusqu'à une distance plus grande qu' environ dix pieds (approximativement 3 mètres).
Les susdites limitations sont évitées par la cnstruction du réacteur conformément à la présente invention, selon laquelle le réacteur est établi sous la forme d'une structure comprenant une structure de colonne creuse sensiblement centrale, la ou les plaques de support de lit étant supportées intérieurement
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par ladite structure de colonne creuse et extérieurement par la paroi extérieure du réacteur, tandis qu'à la fois ladite paroi extérieure et ladite structure de colonne creuse sont utilisées commo moyens de support pour les instruments tels que des dis- p osi ti fs d' inj ec tion pour injecter du carburant, du réfrigérant,
du réactif ou autres matières de traitement, des dispositifs manométriques. des échangeurs de chaleur, des dispositifs de mesure de la température et des dispositifs analogues habituellement employés comme instruments auxiliaires dans l' opération de réacteurs à lit fluidifié. La structure est, de préférence, circulaire ou ovale en section transversale, parce que de telles structures sont automatiquement à grande résistance, mais il n'y a évidemment aucune raison pour que d'autres formes soient exclues de la portée de l'invention dans son aspect le plus large.
Le support bilatéral pour les supports de lit et les autres voûtes réfractaires qui sont nécessairement employées, permettent de construire un réacteur de grande section transversale, qui a par conséquent une grande capacité et évite ainsi les limitations de dimensions qui ont précédemment empêché l'emploi de réacteurs à grande capacité. De même, l'injection bilatérale de combustible, réfrigérant ou autres fluides de traitement assure une excellente pénétration sur toute l'étendue du lit et les autres instruments, tels que les échangeurs de chaleur, dispositifs de mesure et analogues, deviennent plus exactement représentatifs des conditions existant dans le lit.
L'obstruction fonmée dans la structure par la colonne centrale présente un avantage supplémentaire d'importance considérable dans les réacteurs pour matières solides fluidifiées.
A cet égard il est d'usage de maintenir les niveaux de lits fluidifiés en introduisant les matières à mettre en réaction depuis le haut dans le lit au moyen d'un conduit d'alimentation dirigé vers le bas et s'arrêtant à une faible distance au-dessus
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de la plaque de support du lit, et de décharger les matières @ solides, lorsqu'ils ont réagi, par débordement dans un conduit dont l'entrée est agencée à une certaine hauteur au-dessus de ladite plaque, qui correspond à la hauteur voulue du lit.
On comprendra qu'en décalant angulairement les conduits d'entrée et de sortie d' environ 180 la colonne ou pilier agit co.ime un obstacle efficace, en ce sens que cette colonne oblige les matières solides entrant dans le lit à se mouvoir dans le lit sur une distance appréciable avant d'atteindre le conduit de sortie, en minimisant ainsi toute tendance des solides d'alimentation entrant dans le lit à court-circuiter celui-ci en sortant par le conduit d'évacuation par débordement avant d'avoir séjourné dans le lit pendant le laps de temps nécessaire pour assurer leur réaction complète.
L'invention concerne, en outre, la division du lit par une cloison verticale qui s'étend entre des conduits d'entrée et de sortie rapprochés l'un de l'autre, de façon à obliger les solides entrants à contourner la colonne sur presqu'un cercle complet avant d'atteindre le conduit de décharge par débordement.
A titre démonstratif, un exemple d'exécution de l' invention sera décrit ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est une vue en perspective, principalement en section transversale, montrant un réacteur à lit fluidifié à compartiments multiples, construit conformément à la présente invention, et
La figure 2 est une vue en coupe horizontale d'un réacteur similaire à celui de la figure 1, mais comportant une légère modification.
Dans le cas de la figure 1, le réacteur est de forme annulaire et comprend une paroi extérieure 11 et, disposée sens:- blement au centre de celle-ci, une structure de. colonne creuse
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délimitée par une paroi en forme de cylindre creux 12, la forme annulaire étant délimitée par des blindages ou enveloppes d'acier 13 garnies de revêtements réfractaires 14. Le réacteur a un couvercle 15.et une boîte à vent annulaire 17 munie de valves de vidange 18 et de conduits d'amenée de gaz de fluidisation 42.
Le réacteur est divisé en quatre compartiments superposés A, B, C et D. L'étendue verticale de la zone A est délimitée vers le bas par une plaque perforée de support de lit19, qui est une plaque voûtée auto-portante en matière réfractaire, et vers le haut par le couvercle du réacteur. La plaque 19 supporte un lit 20 de matières solides, au-dessus duquel se trouve un espace libre 21. Des plaques perforées similaires réfractaires 23, 26 et 29 supportent respectivement des lits 24,27 et 30 dans les zones B, C et D. Des espaces libres 25, 28 et 31 se trouvent respectivement au-dessus desdits lits.
Les matières solides à traiter sont introduites dans le réacteur par un conduit d'alimentation 32 pourvu d'une valve de réglage 33. Les solides d'alimentation entrent dans lé lit supérieur 20, d'où ils débordent dans le tuyau de trop-plein 34, après s'être déplacés dans le lit supérieur 20 jusqu'à l'emplace- ment de ce tuyau. Les solides transportés de ce lit supérieur 20 dans le lit suivant 24 se meuvent à travers celui-ci pour s'écouler par débordement vers le lit immédiatement inférieur 27 par 'le conduit 36.
Les solides qui entrent dans ce lit 27 effectuent leur migration à travers celui-ci jusqu'à un tuyau de débordement 38, à travers lequel ils atteignent le lit suivant 30, Les solides se trouvant dans ce lit inférieur 30 en sont évacués, après l'avoir traversé, par écoulement à travers un conduit de décharge 40 quiest pourvu d'une valve réglable 41. Chaque lit du réacteur peut-être muni d'une valve de vidange.
Du gaz de fluidification est admis au réacteur par des conduits 42,munis de valves,dans une boite à vent annulaire 17.
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Ce gaz traverse successivement de bas en haut les quatre lits du réacteur et peut s'échapper de celui-ci par un conduit d'évacuation 44. Puisque ce courant gazeux sortant du réacteur contient des poussières entraînées, il est conduit directement dans un appareil collecteur de poussières 45 où le gaz et les poussières sont séparés. Le gaz exempt de poussières est évacué par un conduit 46 pour être purifié, subir un traitement quelconque ou être évacué comme gaz perdu, tandis que les poussières séparées sont déchargées par un tuyau de sortie 47 pour être évacuées du système ou être ramenées dans l'un ou l'autre des deux lits inférieurs 27, 3 0 par les tuyaux 48, 49. Tous ces tuyaux sont pourvus de valves-pour pouvoir effectuer la distribution voulue.
Lors de la mise en marche du réacteur il est nécessaire d'apporter de la chaleur pour atteindre la température de réaction.
Si la réaction est exothermique à la température de réaction, aucun apport de chaleur ne sera nécessaire aussi longtemps que l'ali mentation et l'introduction de gaz seront convenablement réglés.
Si la réaction est endothermique, par exemple une calcination, il faudra constamment amener du combustible pendant l'opération. Le combustible requis est fourni par des injecteurs 50.Au départ, le combustible doit être allumé pour la mise en marche, mais en général, spécialement lorsqu'il s'agit d'une réaction endothermique, tout apport de chaleur requis après que le réacteur a atteint sa température de travail est fourni par la combustion de combustible additionnel.
Tel qu'il ressort clairement de la figure 1, la structure de colonne centrale creuse, ainsi que le couvercle 15 et la boîte à vent 17 sont ouverts au centre et, bien que cela ne soit pas absolument nécessaire, cette disposition est particulièrement appropriée et est certainement préférable pour donner accès aux instruments que cette colonne supporte, tandis que dans de grands réacteurs le diamètre de ladite structure peut être suffisamment
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grand pour permettre l'entrée d'un opérateur qui peut alors pénétrer, par des portes de four convenablement disposées, dans les chambres de réaction pour effectuer la surveillance et des travaux de réparation lorsque le réacteur est arrêté.
La fluidisation des lits est produite par l'écoulement de gaz vers le haut depuis la boite à vent, à une vitesse de fluidisation et, si nécessaire, du gaz de fluidisation supplémentaire peut être fourni aux chambres de réaction supérieures. De préférence, les niveaux des lits sont maintenus par une alimentation et un écoulement par débordement continus, la durée de séjour des matières solides dans le lit étant déterminée par le débit d'alimentation.
L'invention, bien qu'elle soit illustrée et décrite plus spécialement pour un réacteur à chambres multiples, est également applicable à des réacteurs ne comportant qu'une seule chambre.
La figure 2 peut être considérée comme étant une vue en coupe horizontale dans la zone de base (zone D) d'un réacteur qui, d'une façon générale et en particulier extérieurement, ressemble fortement à celui montré dans la figure 1. Ainsi dans la figure 2, la référence 11 désigne l'ensemble de la paroi du réacteur, 12 l'ensemble de la paroi intérieure, 13 les blindages d'acier, 14 les revêtements réfractaires, 30 le lit dans la zone D, 40 le tuyau de décharge finale par débordement et 41 sa valve de réglage, tous ces éléments correspondant à la figure 1.
La figure 2 diffère toutefois de la figure 1 en ce qu'elle montre une cloison 52 et une disposition quelque peu différente du conduit de descente des matières solides dans le lit et qui est désigné en ce cas par 38'. Dans cette forme d'exécution, le conduit 38' n'est que légèrement décalé angulairement par rapport au conduit de débordement 40, mais la cloison 52 . isole lesdits conduits l'un de l'autre, de sorte que les matières solides entrant dans le lit par le conduit 38' sort
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obligées de séjourner pendant un laps de temps approprié dans le lit, parce qu'elles' sont obligées de contourner la structure centrale avant d'atteindre le tuyau de débordement 40.
Cette disposition empêche positivement les matières solides de courtcircuiter le lit et, dans le cas d'un réacteur à chambres multiples, un nombre quelconque des chambres peuvent être pourvues d'une telle cloison.
Lors de la construction, les parois de revêtement 14 et les voûtes 19, 23 et 26 peuvent être exécutées sur place en maçonnerie de briques réfractaires ou d'autres blocs appropriés, les blocs voisins s'emboîtant mutuellement ou.étant pourvus de faces inclinées coopérant convenablement l'une avec l'autre, la disposition étant telle que les plaques de support des lits comprennent des structures de voûtes auto-portantes. Les blocs qui constituent les bords intérieurs et extérieurs des plaques de support des lits peuvent prendre initialement appui sur des brides prévues aux blindages 13, ces brides étant finalement noyées dans la maçonnerie réfractaire.
Les blocs qui constituent les plaques de support des lits sont convenablement perforés pour permettre le passage du gaz de fluidisation et/ou de traitement, et dans certains cas il peut être désirable de prévoir des tuyères qui s'étendent à travers.les blocs pour assurer le passage et la distribution du gaz.