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"Procédé et appareillage pour la carbonisation de combustibles solides".
L'invention a pour objet des perfectionnements aux procédés et aux appareillages de carbonisation de combus- tibles solides, sous forne d'agglomérés ou de morceaux.
.Il est connu que des agglomères ou des morceaux de houille ou autres combustibles solides peuvent être
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carbonisés à basse température dans un lit de sable ou .. d'autre matérieu unulé, utilisé comme thermophore, fluidisé de façon continue ou intermittente et qui s'écoule par {'1' @ité, d'un bout à l'autre d'un chenal de traitement erizontal ou à faible pente,, la vitesse de fluidisation, lu granulome trie et le poids spécifique du thermophore étant réglés de manière que la densité apparente du lit fluidité soit un peu supérieure à la densité des produits à traiter.
Il est connu également que,pour éviter un choc thermique trop brutal susceptible- de détériorer les produits à traiter, le débit de sable chaud ou d'autre matériau utilisé comme thermophore peut être réparti en deux fractions. Une première fraction est introduite à l'entrée du chenal de traitement, en même temps que les produits à traiter ; la température et le débit de cette promière fraction sont règles de telle façon que la tempe- rature du Plonge thermophore + produits soit comprise entre 420 et 4800 C. Une seconde fraction est additionnée progressivement, de manière à réchauffer le mélange jusqu'à @ une température finale comprise entre 500 et 6000 C.
Le procède conforme à l'invention a pour objectif @ de réaliser la carbonisation des combustibles jusqu'à une @ température finale de l'ordre de 700 à 800 C, en vue de @ la production de cokes métallurgiques.
Le chauffage indirect par thermophore avec ciroula- @ tion parallèle du thermophore et du produit à traiter ne se prête pas à l'obtention de températures aussi élevées ; en effet, la température du thermophore utilisé. pour le réchauffage du lit doit être très supérieure, à la température ue l'on désire atteindre et la distribution d'un thermophore
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chauffé au-delà de 8000 pose des problèmes technologiques qui ne peuvent être résolus que par l'emploi de matériaux coûteux et dans des conditions économiques inacceptables.
Suivant l'invention, le procédé de oarbonisation d'agglomérés ou de morceaux de combustibles solides, par traitement dans un lit de sable ou d'autre matériau fluidisé de façon continue ou intermittente et qui s'écoule par gravité dans des chenaux horizontaux ou à faible pente, est caractérisé en ce que le chauffage des produits à traiter et du matériau granule constituant le lit fluidité eut assuré, dans la zona de carbonisation à haute température, en provoquant la combustion des matières volatiles qui se dégagent des produits en cours de traite- ment par des injectionu d'air réalisées sous un plafond radiant.
Dans le procédé conforme à l'invention, le chauffage indirect par thermophore n'eat utilisé que dans lu zone de carbonisation à basse température, jusqu'à une température maximum de l'ordre de 500 à 6000.
A la fin de cette première zone. on réalise le soutirage d'une partie du matériau grannlé utilisé comme thermophore. Dans la zone de carbonisation à haute tempéra- ture, le matériau granulé ne sort que de milieu dense assurant le transport et le brassage des produits à traiter ; le chauffage est assuré par la combustion des gaz de distillation sous un plafond radiant.
Ce mode de chauffage permet de très hauts coéfficiente d'échange de chaleur entre le plafond radiant et la surface du lit,
Pour éviter que cet échange de chaleur très intense puisse détériorer le)! produits qui surnagent au-dessus du
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lit, on assure le brassage des produits à traiter et des matériaux granulés constituant le lit par une fluidisation continue ou par une fluidisation i@@ermittente avec pauses de courte durée (maximum 20 à 30 se ondes).
On peut également réduire l'effet du rayonnement de la voûte sur les produits à traiter n introduisant dans le lit 5 à 10% de grains de faible densité, par exemple des cendre ou du coke fin, qui surnagent @ la surface du lit et constituent un écran protecteur ent :e la voûte et les produits à traiter,
La zone de carbonisation à haute température est éventuellement suivie d'une zone de refroidissement dans un lit de sable circulant en circuit fermé et dont la température est maintenue entre 300 et 4000 par des injec- tions d'eau en quantité contrôlée.
Le procédé conforme à l'invention est encore carac- térisé par le fait que le matériau granulé utilisé pour le transport des froduits à traiter, dans la zone de carbonisa- tion haute température, est recyclé vers le début du four; pour servir de thermophore dans la zone de carbonisation à basse température et que les fumées ayant servi au chauffage de la zone de carbonisation à haute température sont uti- lisées pour le relevage pneumatique du thermophore alimenté à l'entrée du four et pour le préchauffage de l'air de combustion, dans un échangeur-réchauffeur d'air.
A la sortie de cet échangeur, les fumées dont la température est ranenée au voisinage de 350 , sont reprises par un ventilateur et refoulées dans le réseau de conduites qui assure la distribution du gaz de fluidisation dans les différentes parties de l'installation.
Le procédé conforme à, l'invention est encore carac- térisé par le fait que les gaz de distillation qui se
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dé agent dans la zone de carbonisation à basse température solt recueillis séparément et traités en vue de la réoupé- ration des goudrons qu'ils contiennent.
@ Le procédé conforme à l'invention prévoit encore, l rsque les produits à traiter ne contiennent qu'une faible @ antité de matières volatiles, d'utiliuer le chauffage d rect par combustion des matières volatiles sur toute la ligueur des chenaux de carbonisation à basse et à haute te!pératures.
A titre d'exemples uniquement sont représentées aux dessine annexes trois réalisations d'un appareillage ou flur conçu pour réaliser le procédé de carbonisation suivant l'invention. On voit en :
Figure 1 une vue en plan schématique du four de traitement ;
Figure 2 une coupe schématique par II-II de figure 1 ;
Figure 3 une vue en plan schématique d'une réalisation simplifiée du four de traitement, et
Figure 4 une vue en plan schématique d'une troisième forme de réalisation du four de traitement destiné à réaliser le procédé conforme à l'invention.
En se reportant aux figures 1 et 2, les principaux organes du four sont les suivants : 1.- sas d'entrée.
2. - chenaux de préchauffage.
3.- premier soutirage.
4.- chenaux de carbonisation à basse température.
5.- deuxième soutirage.
6.- chenaux de carbonisation à haute température.
7.- premier criblage.
8.- chenaux de refroidisse:.lent.
9.- uecond criblage.
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10.- chenal de retour.
11.- air lift d'alimentation du début du. four.. '
12. - air lift d'alimentation du sable de réchauffage,
13.- chenaux de distribution du sable de réchauffage dans la zone de carbonisation à basse température.
14 et 15.- chenaux de reprise du sable soutiré..
16.- chenaux de reprise du sable de refroidissement.
17.- air lift de recirculation du sable de refroidissement.
18.- cloison de séparation des zones de carbonisation basse et haute températures.
19. - cloison de séparation de la zone de carbonisation haute température et de la zone de refroidissement.
20.- collecteur des gaz de distillation de la zone de carbonisation à basse température.
21.- orifices d'injection de l'air de combustion.
22. - collecteur de transfert des fumées de la zone de carbonisation à haute température au chenal de retour.
23.- évacuation des fumées vers la cheminée.
L'installation fonctionne de la façon suivante : les produits froids sont introduits dans le four par le sas d'entrée 1 et sont immédiatement mélangés à du sable chaud (600 à 650 ) provenant de l'air-lift 11, La tempéra- ture et le débit de sable sont réglés de telle manière que, dans les chenaux de préchauffage 2, la température du mélange atteigne 420 à 480 .
Environ 2/3 du débit de sable alimenté au début du four sont soutirés en 3, les boulets et le sable restant sont introduits dans les chenaux de carbonisation à basse température 4 ; le mélange se ré- chauffe progressivement par addition de sable chaud (700 à 800 ) alimenté par l' air-lift 12 et par les chenaux de distribution 13.
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l la fin des chenaux 4, la température du mélange atteint 500 à 600 , Le soutirage 5 permet d'éliminer un débitée sable qui correspond sensiblement au débit ajouté, le lor.i) des chenaux 4. toute la longueur des chenaux de carbonisation 4 haute(température 6, le débit de sable reste constant (envi. on le double du débit de produits à traiter) et la tenpéfature du mélange s'élevé progressivement gr8.oe à.
la clale.r transmise par le plafond radiant. Ce plafond eat const.,tué d'un matériau réfraotaire capable de résister nez une température de 1.200 à 1.500 . Son chauffage est assuré par la( combustion des matières volatiles qui se dégagent des produits traités, l'air néoessaire à la combustion étant introàuit par une série d'orifices 21 situés juste en- dessous du plafond. Lors du démarrage à froid, ces sternes orifices 21 sont utilisés pour l'injection des fumées chaudes qui assurent le préchauffage de l'installation,
A l'extrémité des chenaux 6, les produits sont séparés du sable par une grille inclinée 7.
Les produits tombent ensuite dans les chenaux de refroidissenent 8 où circule un courant de sable fluidisé, maintenu à une température de l'ordre de 300 à 400 . Après quelques minutes de séjour dans les chenaux 8, les produits sont- séparés du sable par le crible 9 ; ils tombent sur un transporteur à treillis métallique sur leque,1 leur re- froidissement se poursuit par pulvérisation d'eau. le uable chaud (soutiré en 7) retourne vers le debut du four par un chenal fluidiaé 10. Dans l'espace libre situé au-desaus du sable circulent les fumées chaudes provenant de la zone de carbonisation à haute température et qui sont amenées au ohenal 10 par le collecteur 22.
Une partie du sable soutiré en 5 vient éventuellement
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rejoindre le chenal de retour par chenal de'liaison 15 pour fournir à l'air-lift 12 le débit de sable nécessaire au réchauffage de la charge, dalis zone de carbonisation . à basse température.
Le restant de sable soutiré eze 5 et tout le sable soutiré en 3 rejoignent le chenal retour en aval du point d'alimentation de 1'air-lift par le chenal de liaison 14. Ce sable et toutes les circulant dans le chenal de retour sont aspirés dans 'air-lift 11 qui, ramené le sable 4 l'entrée du four* Les fumées sor"4-ant l'air-lift traversent Les fumées sortant de l'air-lift traversent un cyclone et un échangeur-ré chauffeur d'air%lon figures au dessin, puis elles sont aspirées par un ventilateur et la> refoulées 4 une pression de l'ordre de 1,200un de colonne d'eau.
Ces furies sous pression sont utilisées pour la fluidisation des différentes sections du four.
Lorsque les produits à traiter ne contiennent qu'une',. faible quantité de matières volatiles, on peut envisager de simplifier l'installation eu utilisant le chauffage direct par combustion des matières volatiles sur toute la longueur des chenaux de carbonisation à basse et à haute températures.
La figure 3 montre, à titre d'exemple uniquement, - - le plan schématique de l'installation ainsi simplifiée, les repères utilisas dans cette figure désignent les mêmes organes que les repères correspondants des figures 1 et 2.
La figure 4 montre, à titre d'exemple uniquement, une autre forme de réalisation du procédé suivant l'inven- tion. les repères utilises dans cette figure désignent les mêmes organes que les repères correspondants des figures 1 et 2.
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Dans cette variante, l'entrée et la sortie des pro- duits à traiter sont situées du même coté. Cette disposi- tion permet de supprimer le chenal de retour 10 et l'air- lift 17 ; le premier refroidissement des produite carbonisas est réalisé par immersion dans le sable relativement froid qui provient des soutirages 3 et 5.
Dans cette variante, les fumées chaudes nécessaires au préohauffage de l'installation sont produites dans la chambre de combustion 24, située dans le prolongement des chenaux 6. Ces fumées passent directement sous la voûte radiante, les orifices 21 n'étant utilisés que pour l'introduction de l'air nécessaire à la combustion des matières volatiles, lorsque l'installation a atteint sa température normale de fonctionnement, 'Le procédé conforme à l'invention est partioulière- ment bien adapté au traitement des boulets de charbon fin agglomérés au brai ou au bitume, en effet, le chauffage très rapide réalisé entre la température ambiante et la température de 420 à 480 , réduit au minimum la perte de liant par distillation du brai pendant la période de préchauffage de la charge.
Le procédé peut être utilisé pour traiter des combustibles très divers, en effet, en agissant sur le débit de sable de réchauffage distribué dans la zone de carbonisation à basse température, on peut régler à volonté la loi de chauffe que les produits ont à subir pendant la période de fusion passagère du charbon.
Par exemple, s'il s'agit d'agglomérés au brai de 20 à 30 grammes, à base de charbon maigre (12 à 14 % de matières volatiles), la température du lit de sable sera portée aussi rapidement que possible jusqu'à 450 à 480 ,
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puis elle sera augmentés de façon progressive afin que . @ @ @ ' @ la vitesse d'échauffement de la charge,.qui s'écoule dans @ les chenaux de traitement, ne dépasse pas 3 à 5 C par @ minute.
S'il s'agit de traiter des agglomérés au brai à base de oharbon flambant (40 % de matières volatiles), la @ température du lit de eable sera portée aussi rapidement que possible jusqu'à 420 à 4400 ; elle sera maintenue à ce niveau sur une distance plus ou moins longue oorres- pondant à une durée de traitement de 20 à 30 minutes, puis elle sera augmentée de façon progressive pour que la vitesse d'échauffement des agglomérés traitée ne dépasse pas 3 à 5 C par minute.
Cette possibilité de régulation de la'loi de chauffe permet d'éviter la fissuration des agglomérés et d'obtenir des produits carbonisés de très haute résistance mécanique.
Des boulets de 20 à 30 grammes à base de charbon maigre,carbonisés dans ces conditions jusqu'à une tempéra- ture de 750 à 800 , atteignent une densité de 1,3 et une résistance à l'écrasement de l'ordre de 400 à 500 kg.
Des boulets de 20 à 30 grammes à base de charbon flambant carbonisas jusqu'à une température de 750 à 8000 atteignent une densité de 0,95 à 1,05 et une résistance à l'écrasement de l'ordre de 250 à 300 kg.
Sur le plan économique, le procédé présente de nombreux avantages : - il réalise un fonctionnement continu dans un four statique "sans aucun dispositif mécanique à l'intérieur des enceintes chauffées.
- il permet de récupérer séparément les gaz riches chargés de goudron qui se dégagent dans la zome de car- bonis'ation à basse température et de n'utiliser, pour le
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chauffage du four, que les gaz relativement pauvres qui se égagent dans la zone de carbonisation à haute tempera- ture\ -.l'utilisation de la chaleur sensible des fumées et du sale chaud sortant de la zone de carbonisation à haute température pour le chauffage de l'air et pour le ohauffage des produits dans la zone de carbonisation à basée tempéra- ture per;
net d'obtenir un bilan thermique particulièrement favorable. grâce aux mouvements de convection des produite et au haut coefficient de transfert de chaleur à l'intérieur du lit fluidisé, les conditions de traitement dans la zone du chauffage par plafond radiant restent très homogènes sur toute la hauteur de la charge et la oharge traitée par unité de surface du four peut atteindre des valeurs beaucoup plus élevées que dans des fours où la charge circule sur un transporteur mécanique.