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procédé de préparation d'un combustible calibré.
La présente invention a pour objet un procédé de prépara- tion d'uncombustible calibré convenant pour des usager domestiques, industriels ou métallurgiques, au départ de charbon pouvant être un charbon gras ou flambant ou un mélange de ce charbon avec un charbon maigre.
Conformément à'l'invention, on soumet le charbon à une suite continue d'opérations qui comportent plusieurs stades, dont un premier stade comprend le broyage ducharbon ou du mélange de charbon par des moyens connus et un second stade son séchage et son chauffage à une température à laquelle il ne subit pas encore
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de décomposition notable.A un troisième stade ,il est soumis aune pyrolyse par- tielle à une température allant jusqu'à celle de l'apparition de la plasticité temportaire, cette pyrolyse étant poursuivie au quatrième sta- de pendant lequel la température est portée celle à laquelle le charbon est à l'état de grande plasticité temporaire, état dans lequel il est soumis, au cinquième stade, à une forte compression dans une presse à alvéoles.
On obtient de cette manière des agglo- mères calibrés constituant un combustible brûlant sans fumée et ayant une haute résistance à l'écrasement.
A un sixième stade, on peut encore soumettre les aglo- mérés à un traitement thermique à l'effet de comploter leur dégazage et produire des agglomérés ayant notamment, au point de vue de leur teneur en matière volatile, les propriétés d'un semi-coke ou d'un co'e métallurgique, suivant la température à laquelle se fait ce traitement thermique supplémentaire' Il est cependant permis de prévoir que déjà les agglomérés n'ayant pas subi le dégazage complé- mentaire, tout en constituant un combustible domestique et indus- triel dehau valeur, puissent être utilises avantageusement en métallurgie, grâce à leur naute résistance à 1''écrasement et grâce aussi à leur réactivité.
Mélangés à la charge d'un four métallur- gique, ils subiront dans la partie supérieure de ce dernier un déga- zage progressif qui laisse leur forme intacte et les transforme successivement en coke-métallurgique, alors que les gaz dégagés pour- ront à cause de leur caractère réducteur intervenir utilement dans les réactions du four.
Le premier stade du procédé suivant'1'invention comporte le broyage en grains de 0 à 2 ou de 0 à 3 millimètres de fines de charbon lavé aptes à la cokéfaction.
Le séchage et le chauffage du charbon au second stade se font avantageusement en lit fluidisé par un gaz chaud non oxydant.
Comme tel, on peut utiliser du gaz provenant'de la combustion, sans .excès d'air, de gaz dégagé lors de la pyrolyse du charbon à un stade ultérieur. La température jusqu'à laquelle le chauffage préliminaire
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peut être poussé est définie par le-seuil de l'apparition des pre- ' mières matières volatiles intéressantes à récupérer, en règle.géné- rale à une température de l'ordre de 300 C, suivant les propriétés du charbon.
Au troisième stade, auquel le charbon est chauffé à la température de l'apparition de la plasticité temporaire, soit à une température d'environ 380 C, on l'introduit dans un dispositif comportant un collecteur de gaz dégagé par la pyrolyse alors franche- ment amorcée, ,ainsi que, de préférence, un lit fluidisé et chauffé par du gaz qui a été prélevé sur le gaz dégagé à ce troisième stade et aux stades ultérieurs, dégoudronné et réchauffé. Pour le dégou- dornnage de ce gaz, on le soumet avantageusement à un lavage dans un hydrocarbure lourd à haut point d'ébullition, afin d'éviter un refroidissement trop poussé du gaz servant, après réchauffage, comme gaz de fluidisation du lit de chaînon.
Four continuer le chauffage du charbon au quatrième stade, en vue de le porter à la température à laquelle il se trouve à l'état de grande plasticité temporaire, soit à une température de l'ordre de 450 C, on lui fait traverser une enceinte chauffée qui est pourvue 'd'une auge possédant des moyens pour faire avancer le charbon devenu pâteux en le maxalant, ainsi que d'un collecteur captant le gaz dégagé en grande quantité corme suite au malaxage du charbon à une température favorable à la pyrolyse.
Au cinquième stade, pendant lequel on procédera à l'agglo- mération du charbon se trouvant a l'état de grande plasticité tem- poraire, on fait d'abord passer le charbon dans une trémie qui est enfermée dans une cuve chauffée, relire au collecteur de gaz dégagé par la pyrolyse et pourvue de moyens pour brasser le charbon. Ce brassage le lait ensuite descendre vers une presse à alvéoles dans laquelle il est fortement comprimé et moulé en agglomérés de calibre voulu.
A cette presse est associé un moyen pour refroidir le char- bon à une température inférieure à sa température de plasticité tem- poraire, de manière que les agglomérés, sortant de la presse sous forme d'un ruban pendant un moment encore plastique, se détachent
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les uns des autres dès que le ruban ,devenu rapidement rigide à cause, du refroidissement, est dévié de la verticale par une surface,courbe disposée au-dessous de la presse à alvéoles.
Comme exposé ci-dessus, les agglomérés ainsi obtenus consti- tuent un combustible calibré convenant pour usages domestiques ou industriels et même pour des usages métallurgiques, en considérant sa haute résistance à l'écrasement. Ils peuvent encore comporter 8 à 14% de matière volatile, lorsque le charbon utilisé au départ en ti- trait 25 à 35%.
Si, pour une raison quelconque, on désire réduire davanta- ge la teneur en matière volatile des agglomérés, cu dégazer ceux-ci complètement, on les soumet à un traitement thermique de dégazage. A cet effet, on les expose en millieur non oxydant à une température comprise entre 800 et 1000 C en leur faisant traverser un dispositif chauffant relié au collecteur de gaz dégagé par la pyrolyse. Comme, à ces températures, la matière volatile se dégage essentiellement sous forme d'hydrogéne, celui-ci peut être recueilli à part dans un gazomètre relié au dispositif chauffant.
Bien qu'on estime que dans un four à coke, une température de 1100 à 1200 C soit nécessai- re pour atteindre le dégazage complet de la charge, il est à remar- quer qu'une température de 900 à 1000 C est suffisante pour obtenir le même effet avec les agglomérés obtenus suivant le procédé décrit, ceux-ci étant plus penétreavbles à la chaleur et aux gaz que la charge compacte des fours à coke.
Après le traitement de dégazage, les agglomérés sont re- froidis à'l'abri de l'air. A cet effet, on peut par exemple les couvrir d'une couche de sadle pendant qu'ils avancent sur un transport teur et séparer les agglomérés du sable par criblage quand ils sont refroidis par le sable a une température à laquelle le risque d'une inflammation spontanée à l'air est exclu. On refroidit alors le sable par un moyen convenable, permettant de récupérer la chaleur du sable si on le désire, et on ramène le sable en circuit fermé à l'entrée du dispositif de refroidissement des agglomérés dégazés.
Les dessins annexés représentent à titre d'exemple plu- sieurs formes d'exécution de l'invention.
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La fig. l est- une vue schématique de la partie d'un. in- stallation se rapportant en mélange et au broyage du charbon (pre- mier stade) pour la préparation d'un combustible par le procède sui- vant l'invention; la fig. 2 en est une vue en plan; - la fig. 3 est une vue schématique de la partie de la même installation dans laquelle se font le séchage et le chauffage du charbon broyé jusque l'état de plus grande plasticité temporaire et l'agglomération du charbon partiellement dégazé (2e à 5e stade); la fig. 4 montre a plus grande échelle un dispositif figurant sur la fig. 3; les figs. 5 et 6 sont des coupes à plus grande échelle suivant les lignes V-V et VI-VI de la fig. 3;
la fig. 7 est une vue schématique d'un diepositif de dégazage supplémentaire des agglomérés (6e stade).
Une installation pour l'exécution du procédésuivnat l'in- vention prévoit, pour un premier stade réalisant de façon connue le mélange et le broyage de charbon gras et de charbon amaigrissant, des dispositifs courants tels que des fosses de déchargement 1, l' (fig. 1 et 2) avec transporteur-doseur 2,2' délivrant la quantité voulu des différents charbons sur un élévateur 3, avantageusement un élévateur à raclettes, qui alimente un broyeur 4 apte à réduire les charbons en grains de 0 à 2 ou de 0 a 3 mm, dimensions convenant i pour la pyrolyse et se prêtant bien au traitement en lit fluide, l'homogénéisation des charbons est complétée par une vis mélangeuse 5 et les grains sont amenés par un élévateur 6, a godets ou analogue, dans une trémie d'alimentation 7 (fig. 3).
Le second stade comprend le séchage du charbon et son chauffage à une température a laquelle il ne manifeste pas encore de tendance notable a la décomposition par pyrolyse. En règle géné- ralen,cette température est de l'ordre de 300 C,' mais elle peut varier quelque peu suivant les propriétés du charbon.
Bien que ces opérations puissent être effectuées dans un appareil quelconque apte à fournir à sa sortie du charbon sec et
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préchauffé à la température voulue, il est avantageux de faire sé- journée le charbon à cet effet en lits fluidisés au moyen d'un. gaz chaud non oxydant. On utilise alors de préférence des lits fluidi- sés 8, 9 (fig.3) étagés latéralement et séparés entre eux au droit d'une trémie étroite.10.
Cette trémie sert de trop-plein au lit 8 et comporte des passages 11 (fig.) par lesquels le gaz chaud ayant maintenu le charbon en lit fluide en 9, peut arriver sous la grille du lit supérieur 8, pour traverser ensuite cette grille et mainte- nir au-dessus de celle-ci en lit fluide le charbon qui vient de la trémie d'alimentation 7 et se déplace vers la trémie 10.
Par celle- ci, le charbon gagne le lit 9 inférieur pour'arriver dans une trémie 10' pourvue d'un ses à clapets 12. '
Les lits fluiàisés son ,contenus dans une enceinte oblique 13 qui est. pourvue, au-dessous de lagrille du lit 9, d'une conduite 14 par laquelle entre le gaz chaud non oxydant, et, au-dessus du lit 8, d'une conduite 15 servant à l'évacuation du gaz ayant servi au séchage et au chauffage du charbon d. environ 300 C. La conduite 15 débouche dans un cyclone 16 servant à la séparation des matières solides qui ont été entraînées par le gaz et doivent rejoindre la trémie d'alimentation 7.
Le gaz épuré, contenant la vapeur d'eau provenant du séchage du charbon, quitte le cyclone par la conduite 17.
Comme gaz chaud, on peut utiliser les fumées provenant de la combustion sans excès d'air d'un gaz riche venunt de la pyro- lyse du charbon dans un stade ultérieur. n ce cas, le gaz riche amené par une conduite 18, passe par un brûleur 19 alimenté par une quantité réduite d'air fourni par un ventilateur 20, et les fumées dépoussiérées sortant par la conduite 17 du cyclone, sont aspirées par un ventdlateur 21 et évacuées par Une cheminée 22.
Le chauffage du charbon continue au troisième stade, pendant lequel se produit un dégagement sensible de gaz résultant de la pyrolyse que le charbon commence maintenant à subir. Afin de pouvoir profiter des avantages du traitement en lit fluidisé, ce sta- de doit prendre fin quand le charbon a atteint la température de
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l'apparition du phénomène de la plasticité temporaire du charbon, température à partir de laquelle le charbon broyé cesse d'être une matière fluide et devient pâteur, Cette température varie quel- que peu avec les propiétés du charbon utilisé,mais en régle géné- rale. elle est de l'ordre de 380 C.
Le lit fluidisé 23 utilisé dans ce stade est enferma dans une enceinte qui comporte, au-dessous de la grille supportant le lit, une conduite 24 amenant le gaz de chauffage qui peut avoir une température d'environ 600 C. Au-dessus du lit 23 est disposée une hotte 25 pourvue à son sommet d'une conditite de gaz 26 re.Liée à un cyclone 27.
Le gaz entrant dans ce cyclone pour y être sépara des particules solides qu'il a entraîne, est constitué par l'ensemble des gaz comprenant le gaz ayant servi au chauffage du lit f luidisé 23. le gaz dégagé du charbon en passant par ce lit, ainsi quele gaz produit aux stades ultérieurs et amer,%, par un collecteur 28 igs. 3 et 6) dans la hotte 25, Le gaz quitte le cyclone par une conduite 29 qui l'amène vers les stations dépuration courantes et vers un gazomètre.
Sur la conduite 29 est branchésune conduite de dérievation 30 avec organe de réglage 31, destinée à prélever sur la conduite 29 la quantité nécessaire de gaz qui, après avoir été sépara de l'essentiel des goudrons et réchauffe, servira à la fluidisation du lit 23 et au chauffage du charbon passant sur ce lit en venant du sas 12.
Afin de refroidir le moins possible le gaz prélevé sur la conduite 29, le dégoudronnage se fait dans un barillet à chica- nes 32, dans lequel il est mis en contact avec du fuel oil lourd chaud, entrant par 33 et sortant par un tube à niveau 34. Par une conduite 35, le gaz dégoudronné, accusant une température J'environ 250 C, est ensuite aspire par un ventilateur 36 (figs - 3 et 4) qui le refoule dans un réchauffeur 37 et, par la conduite 24, dans l'enceinte du lit fluidisé 23.
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Le réchauffeur 37 est de préférence conçu de manière que le gaz y soit porté vers une température de 600 C par contact.intime avec une matière solide pulvérulente chaude, par exemple du sable, entrant par une trémie 38 et descendant sur des grilles inclinees
39 sur lesquelles elle est fluidisée par le gaz à réchauffer qui remonte l'appareil en traversant les grilles inclinées.
La matière pulvérulente est elle-même chauffée dans un dispositif 40, semblable au réchauffeur 37, comportant confie le montre le mieux la figure 4, des grilles inclinees 39' sur lesquelles elle rencontre ea descen- dant les gaz de combustion d'un brûleur 41. Les gaz de combustion sont évacues par une conduite 42 allait vers la cheminée. La matière pulvérulente traverse donc successivement le dispositif de chauf- fage 40 et le réchauffeur de gaz 37.
Afin d'éviter tout danger d'ex- plosion pouvant provenir d'un mélange dés différents gaz circulant dans ces deux dispositifs,la tréxie 38 est rendue tanche aux gaz, par exemple par un sas automatique ne fonctionnant que si l'un ou l'autre des deux clapets est chargé d'une couche suffisante de ma- - tière pulvérulente. Cette dernière quitte le réchauffeur 37 par un tuyau 43 pour être amenée au pied d'un remonte-charge qut la ramène dans une trémie 44 au sommet du dispositif 40. Le remonte-charge peut être mécanique on pneumatique. En ce dernier cas, de l'air comprimé peut être injecté par un dispositif 45 dans la conduite 46 allant vers la trémie 44, alors constituée en cyclone.
Afin de ne . pas refroidir inutilement la matière pulvérulente par l'air injectée il est avantageux de mélanger l'air injecté avec une partie des gaz de combustion prélevée sur le tuyau de)décharge 42 et amenée au dis- positif 45 par une conduite 47.
Pour continuer le chauffage du charbon sorxès l'apparition du phénomène de la plasticité temporaire, au quatrième stade,on luifait traverser une enceinte chauffée pourvue d'un collecteur du gaz dégage en grande quantité par une pyrolyse très vive. Celle-ci est avantageusement encore activée par un malaxage du charbon.
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Un dispositif convenant à cet effet peut comporter dans une enceinte fermée 48 (figs.3 et 6), surmontée d'un collecteur de gaz 28, des vis de malaxage 49 et des éléments chauffants 50, aptes à porter la température du charbon successivement à environ 450 C, à température à laquelle il se,trouve à l'état de plus grande plastic- cité temporaire.
Pour le traitement du charbon ayant atteint sa plus grande plasticité temporaire, l'installation comporte pour le cinquième stade une cuve 51 (fig.3) qui surmonte une presse à agglomérer - constituée essentiellement d'une paire de rouleaux alvéolés 52.
La cuve 51, est reliée au collecteur de gaz 28 et chauffée par-un ou plusieurs éléments 50. Elle comporte des palettes 53 tournant au dessus des rouleaux alvéolés en vue d'alimenter la presse à agglomérer. Ces palettes sont Montées sur un arbre vertical entrai. né à vitesse réglable. A la sortie de la presse à agglomérer se trouvent dans une encsite 54 des rouleaux de guidage 55 disposés suivant une surface courbe,d'abord verticale du côté des rouleaux alvéolés de la presse à agglomérer et inclinée ensuLte vers l'hori- zontale à la sortie 56 de l'enceinte 54' Cette sortie donne sur un crible 57 surmontant une trémie 58. Le crible se tertaine par une décharge 59 disposée au-dessus d'un transporteur 1 ruban sans fin 60.
Sous l'effet du brassage du charbon en pâte par les palet- tes 53 et du chauffage par les éléments 50,la cuve 51 est encore le siège d'un important dégagement de gaz et de goudron qui sont aspi- rés par le collecteur 28.Arrivé dans les alvéoles des rouleaux 52,1e charbon pâteux est'soumis à une forte compression pendant qu'il se trouve à l'état de sa plus grande plasticité temporaire,ce qui se re aux agglomérés,après refroidissement,leurs propriétés de grande co- hésion et,de ce fait,de haute résistance a l'écrasement.De préférence/ la presse à agglomérer est prévue de manière qu'à la sortie de la pres- se.les agglomérés soient reliés entre eux par un mince voile de charbon,
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de sorte qu'ils quittent la presse sous forme d'une band continue.
Cette bande, d'abord encore plastique, est rpidement reforidie dans l'enceinte 54 à une'température plus basse que celle du seuil infé- rieur de la plasticité temporaire du charbon, si nécessaire par un élément refroidisseur non représenté sur la figure 3. La bande est ainsi rendue rigide pendant qu'elle se trouve en contact avec les rouleaux de guidage 55 qui la devient de la verticale. Cette dévia- tion de la bande est suffisante pour rompre le voile friable entre les applomérés pour rendre ceux-ci indépendants. Sur le crible 57, les agglomérés sont séparés des brisures du voile qui sont recueil- lies dans la trémie 58 d'où elles sont renvoyées dans une trémie 1 (figs. 1, 2) pour servir de matière amaigrissante d'appoint.
Pen- dant leur séjour sur le crible, les agglomérés se débarrassent par frottement mutuel des bavures qui peuvent encore adhérer comme res- tes du voile, de sorte que la décharge 59 délivre sur le transporteur 60 des agglomérés propres et bien calibrés.
Comme déjà exposé, les agglomérés ainsi obtenus consti- tuent un co ustible brûlant sans fumée et convenant pour des usages domestiques, industriels et, grâce à sa haute résistance à l'écrase- ment, aussi pour des usages métallurgiques.
Si on le désire, on peut dans un sixième stade, soumettre ces agglomérés encore à un dégazage complémentaire, partiel ou com- plet, pour obtenir des agglomérés calibrés ayant lors d'un dégazage complet les propriétés d'un coke métallurgique.
Une installation convenant à cet effet peut comprendre un transporteur métallique sans fin 61 (fig.7) traversant en mouve- ment lent une enceinte 62 qui est pourvue d'éléments chauffants 63 et surmontée d'un collecteur de gaz 64 avantageusement relié à un échangeur thermique 65. Les agglomérés à traiter sont amenés par le transporteur 60 au niveau du transporteur 61 et répartis sur ce dernier en couche relativement mince par une trémie d'alimentation 66 disposée à l'entrée de l'enceinte 62.
Pendant leur séjour dans l'enceinte 62, les agglomérés sont rapidement chauffés à une tempé- rature comprise entre 300 et 1000 C, l'intervalle de température
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entre 900 et 1000 C assurant un dégazage pratiquement complet des agglomérés et l'intervalle entre 800 et 900 C un dégazage encore partiel.
Le gaz est dégagé sous forme d'hydrogène presque pur et son captage dans un gazomètre spécial peut de ce fait être avan- tageux. Afin de récupérer une partie de sa chaleur sensible, il peut être conduit à travers l'échangeur 65 où il échauffe par exemple un courant d'air froid qui y est refoulé par un ventilateur 67. La conduite 68 mène le gaz refroidi vers le gazomètre, tandis que la conduite de sortie d'air -baud 69 peut être reliée par exemple au brûleur 19(fig. 3).
Les agglomérés sortant de l'enceinte de dégazage 62 doivent ' être refroidis à l'aori de l'air pour prévenir l eur inflammation spontanée. Parmi diffférentes possibilités d'atteindre ce but, on peut envisager de les couvrir d'une coucue de sable 70 peneant que le transporteur 61 les achemine vers une décharge 71 alimentât un crible 72 sur lequel'se fait leur séparation du sable. Les agglomerés, maintenant refroidis à environ 200 a 300 C, passent par une trémie alimentant une bande de transport 74 qui les mène au chargement ou au stockage.
Le sable chaud est recueilli dans une trémis 75, d'où il peut être amené, soit vers un endroit de rforidissmenet à récu- pération de sa chaleur sensible, soit par unmonte-charge 76 le débi- tant sur une bande de transport 77. Sur celle-ci il peut se refroi- dir à l'air pendant qu'il s'achemine vers une trémie 78 à registre de réglage 79 alimentant et la sortie de l'enceinte de dégazage 62 la couche 70 de sable'protecteur. Si',on le désire, on peut encore prévoir le refroidissement du sable au moyen d'un dispositif d'arro- sage 80.
Par rapport au procédé de cokéfaction discontinue dans les fours à coke habituels qui nécessitent des investissements très considérables, doivent être mainenus a un régime thermique déter- . miné pendant toute leur existance et ont une mauvaise transmission thermique entre les carneaux et la masse' = cokéfier, le procédé suivant l'invention a l'avantage d'être continu, d'exiger des inves-
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tissements relativement modérés, de supporter sans domage des arrêts de fabrication et d'avoir une transmission thermique forte- , ment améliorée.
En outre., la durée de la fabrication est fortement réduite et elle permet d'obtenir un combustible calibré convenant à différénts usages, ayant une haute résistance à l'écrasement et pouvant encore contenir de la matière volatile utile dans les pro- cédés de réduction métallurgiques. Un autre avantage du procédé suivant l'invention est de ménager les goudrons en ne les exposant pas à des hautes températures provoquant leur décomposition ther- mique, ce qui assure un rendement accru en goudrons de haute valeur.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes d'exécution qui ont été décrites et représentées à titre d'exemple, et on ne sortirait pas de son adre en y apportant des modifica- . tions.