Brevet FR2080998A1 — publié le 19711126

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour introduire une matière particulaire solide sous forme de suspension dans un four de réaction, comme un réacteur à lit fluidisé, et plus particulièrement un appareil destiné à distribuer ladite 5 suspension en plusieurs points d'introduction situés autour de la périphérie d'un tel réacteur. Au cours des dernières années, l'industrie de traitement a adopté dans une large mesure la technique utilisant un lit fluidisé comme outil de traitement particulièrement efficace. 10 C'est probablement dans l'industrie métallurgique que la fluidisation a reçu son impulsion la plus importante avec le développement de réacteurs de plus en plus grands allant jusqu'à 13,5 m de diamètre pour le grillage de minerais sulfurés. Toutefois, les difficultés rencontrées en faisant fonctionner 15 des réacteurs classiques de plus petite dimension ont été amplifiées par l'introduction de ces plus grands réacteurs. Ces difficultés , tout en étant tolérables dans des réacteurs de plus petit diamètre, ne peuvent pas être admises dans des réacteurs plus grands si l'on veut que ces nouvelles installations soient rentables du point 20 de vue commercial. En conséquence, la demande par l'industrie de réacteurs de plus grand diamètre a accéléré la mise au point de nouveaux principes de conception, de construction et de fonctionnement pour satisfaire aux conditions de ces réacteurs. - Par exemple, dans certains procédés, en particulier des 25 procédés exothermiques, comme le grillage de concentrés de sulfure de zinc ou autre matière oxydable, ainsi que dans les cas où des réactions endothermiques sont conduites, il est difficile d'obtenir une oxydation uniforme et totale du minerai sans qu'il se présente en même temps des difficultés dues à l'irrégularité qui se produit 30 souvent dans d'autres parties de l'installation, en particulier dans le système de transport des gaz, dans lequel les produits gazeux ne constituent pas les produits finals désirés et/ou les matières solides traitées ou produits grillés ne sont pas traités de manière uniforme. Dans certains cas, il se produit line oxydation localisée 35 excessive ou insuffisante, ce qui a l'inconvénient de transformer le soufre du minerai en anhydride sulfurique ou, dans le cas d'une oxydation insuffisante, le soufre du minerai n'est pas extrait et, 71 05005 2 2080998 par conséquent, est perdu. On a remarqué que la plupart de ces difficultés sont dues au fait que la charge n'est pas répartie uniformément dans toute la masse réactionnelle. Par "masse réactionnelle ", on entend la masse 5 de particules solides finement divisées qui, en raison de la nature de la fluidisation, sont constituées par des matières solides qui réagissent -entièrement dans des conditions idéales.. Ces' difficultés" peuvent être également attribuées à la difficulté d'obtenir une alimentation constante et régu-10 lière du lit fluidisé, de sorte que le lit est en fait alimenté soit d'une manière insuffisante, soit d'une manière excessive. On se rend facilement compte que ces difficultés sont aggravées par l'introduction de réacteurs de plus en plus grands, étant donné qu'il devient plus difficile de satisfaire à la condi-15 tion principale d'une distribution constante et uniforme de la charge dans l'ensemble du lit fluidisé. Pour surmonter ces difficultés, il a été proposé de pulvériser la charge sur la surface du lit fluidisé, de manière qu'elle soit uniformément absorbée par le lit par suite de son ac-20 tion turbulente et ensuite répartie dans l'ensemble du lit ou de la masse réactionnelle pour être traitée. Toutefois, ces propositions ainsi que d'autres propositions analogues n'ont pas eu de succès dans- le commerce et les difficultés susmentionnées n'ont pas encore été surmontées. 25 La présente invention est fondée sur la découverte que ces difficultés ainsi que d'autres peuvent être surmontées par le nouveau système de distribution de la présente invention qui comporte un réservoir de distribution situé au-dessus du sommet ou dôme du réacteur. Un minerai finement divisé, par exemple un concentré de 30 zinc, mis convenablement en suspension est pompé dans ledit réservoir de distribution de manière à réduire au minimum les variations du débit de la suspension. Dans le système de distribution de la charge, le débit est égalisé à une valeur constanté avant d'entrer dans le .réacteur. Le réservoir de distribution est construit et 35 agencé, de façon que la suspension forme une réserve à partir de laquelle elle se déverse par-dessus un déversoir dans plusieurs compartiments d'alimentation. Selon la présente invention, chaque 71 05005 2080998 compartiment reçoit sensiblement la même quantité de suspension grâce à la présence d'encoches en forme de V dans ledit déversoir pour chaque compartiment. La suspension s'écoule par gravité à partir de chaque 5 compartiment d'alimentation par un conduit relié à un pistolet distributeur fonctionnant avec de l'air d'injection et placé de manière à introduire la suspension au-dessus du lit fluidisé. L'air d'injection sert à pulvériser la suspension d'alimentation sur une grande surface du lit fluidisé. Les pistolets distributeurs sont 10 placés de préférence à des hauteurs différentes autour de la périphérie du réacteur sur un arc d'environ 220°. L'arc restant de 140° est réservé à la sortie du produit grillé. Ainsi, ce nouveau système de distribution d'une charge permet d'obtenir une répartition uniforme à un débit régulier sur 15 le lit fluidisé. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation de l'invention. 20 Sur ces dessins : la figure 1 est une coupe verticale d'un réacteur particulier à lit fluidisé montrant en élévation le système de distribution de la charge de la présente invention ; la figure 2 est une vue en plan du réservoir de distribution 25 de la charge de la présente invention ; la figure 3 est une coupe verticale suivant la ligne 3-3 de la figure 2 ; et la figure 4 est une vue en perspective du réservoir de distribution de la charge de la présente invention, montrant plus 30 particulièrement le déversoir présentant des encoches en forme de V. En se référant plus particulièrement à la figure 1, on a représenté un réacteur particulier 10 à lit fluidisé comportant une enveloppe cylindrique 12 ayant une paroi externe métallique 14 et chemisée intérieurement d'une matière réfractaire 16. Le réacteur 35 présente une partie supérieure 18 comportant un conduit de sortie 20 réservé aux gaz de fluidisation usés. Le fond du réacteur comporte une partie conique ou boite à vent 22 présentant un conduit de 71 05005 4 2080998 vidange 23 commandé par une vanne. Une plaque d'étranglement et de support massive 24 comportant des ouvertures ou tuyères 26 d'admission d'un gaz est située à la base de l'enveloppe cylindrique 12 et couvre toute sa 5 surface de section droite. Chacun de ces orifices ou tuyères comporte normalement une pièce rapportée convenable 28 pour empêcher que la matière solide passe à travers la plaque 24 dans la boite à vent 22. Un gaz de fluidisation est introduit dans la boite à vent 10 22 par un conduit 30 commandé par une vanne, tandis que les matières solides à traiter sont introduites dans la partie cylindrique par plusieurs pistolets distributeurs 32 situés autour de la périphérie du réacteur pour former un lit 34 de matières solides, le niveau supérieur du lit 34 est déterminé par un conduit de déversement 36 15 commandé par une vanne 38. Au-dessus du lit 34 se trouve un espace libre 38 communiquant avec le conduit de sortie 20. En fonctionne-. ment, le lit 34 est fluidisé par les gaz entrant dans la boîte à vent 22 et passant par les tuyères 26 de la plaque 24. Si un chauffage est nécessaire pour amorcer le fonctionne-20 ment ou le poursuivre, il peut être effectué en chauffant préalablement les gaz de fluidisation, en utilisant des brûleurs de préchauffage ou en brûlant un combustible directement dans le lit selon la pratique courante. Conformément à la présente invention, les matières solides 25 à traiter, sous forme d'une suspension, sont introduites par gravité dans le lit fluidisé 34 à partir d'un réservoir 42 de distribution de la charge situé sur la partie supérieure 18 du réacteur 10. Le réservoir 42.fait partie du système de distribution de la charge de la présente invention qui comporte en outre un conduit d'admission 30 représenté dans le présent cas. sous forme d'un seul conduit 44, pour introduire la suspension dans le réservoir distributeur 42 à partir d'un récipient de stockage muni d'un agitateur (non représenté) ; des conduits 46 de sortie dé la suspension qui communiquent avec les pistolets 32 et un conduit 48 de recyclage de la charge qui 35 communique avec le récipient de stockage et qui est utilisé pendant les opérations de mise en marche. Ces conduits, qui sont de préférence des tuyaux souples en caoutchouct sont disposés à l'extérieur de l'enveloppe 12. 71 05005 5 2080998 Comme on le voit sur la figure 1, le réservoir 42 est supporté au sommet du réacteur par plusieurs colonnes 50 qui supportent également une passerelle 52 entourant le réservoir 42 ainsi qu'un pont d'accès 54. 5 La construction et la disposition du réservoir de distribution de la charge de la présente invention sont représentées plus clairement sur les figures 2, 3 et 4. Le réservoir de distribution 42 de cette forme de réalisation peut être considéré comme comportant une partie supé-10 rieure "A" de forme généralement cylindrique et une partie inférieure "B" sous la forme de plusieurs chambres ou trémies coniques individuelles 56 et 57 disposées côte à côte sur deux rangées voisines autour d'une chambre ou trémie centrale 58. Sur la vue.en plan de la figure 2, ces rangées adjacentes 15 apparaissent sous forme de zones ou d'espaces annulaires concentriques 60, 64 autour d'un noyau central, la chambre 58, et séparés les uns des autres par des chicanes circonférentielles 62 et 66. La paroi externe 43 du réservoir 42 forme la limite externe de l'espace annulaire 64. 20 La rangée ou espace annulaire interne 60 est séparée de la chambre centrale 58 par une chicane circonférentielle formant une paroi relativement courte 62 et de la rangée ou espace annulaire externe 64 par une chicane circonférentielle formant déversoir 66 comportant plusieurs encoches de déversement 68 en forme de V. 25 Comme on peut le voir sur la figure 3, les chicanes sont construites de façon que le déversoir 66 s'élève sensiblement plus haut que la chicane interne 62. En outre, comme on le voit en perspective sur la figure 4, l'espace annulaire interne 60 est exempt de chicanes radiales de façon qu'il contienne une masse de suspension continue. 30 Par contre, la rangée tou espace annulaire externe 64 est divisée en plusieurs compartiments d'alimentation 70 par des chicanes radiales 72 disposées entre le déversoir circonférentiel 66 et la paroi externe 43 du réservoir de distribution 42. La suspension contenue dans l'espace annulaire interne 66 se déverse dans chacun des com-35 partiments 70 en passant dans les encoches 68 ménagées dans le déversoir 66. Pour la présente invention, il importe que ces encoches en forme de V soient exactement au même niveau aans le déversoir 66 71 05005 s 2080998 de façon que chaque compartiment 70 reçoive sensiblement la même quantité de suspension. Le réservoir 42 comporte en outre un conduit annulaire 80 de. distribution d'eau fixé convenablement à la .paroi 43 du réser-5 voir 42. L'eau de dilution et/ou de réglage peut être ajoutée dans chacune des chambres 70 à partir du conduit 80 par un tube 82 commandé par une vanne. Comme on le verra plus clairement ci-après, en fonctionnement normal, l'extrémité supérieure de la chambre centrale 58 est 10 fermée par un. couvercle 84 comportant une poignée 86. L'ouverture inférieure de chacune des chambres coniques 56, 57 et 58 communique avec les conduits appropriés, comme on l'a décrit plus haut. Ainsi, l'ouverture 59 de la chambre centrale 58 communique avec un conduit de recyclage 48 ; des ouvertures 61 des 15 chambres'coniques 56 communiquent avec des conduits d'admission 44 et des ouvertures 63 des chambres coniques 57 communiquent avec les conduits de- sortie 46. . ~ En fonctionnement, la suspension, par exemple un concentré de sulfure de zinc-, est pompée de préférence par plusieurs pompes 20 (non représentées,) du récipient de stockage muni.d'un agitateur (non représenté) dans l'espace annulaire interne 60 formé par les trémies 56 par l'intermédiaire des conduits d'admission 44- Pendant la mise en marche, avant que la suspexision soit introduite dans le réacteur,- elle est recyclée par l'intermédiaire 25 du conduit 48 dans le récipient de stockage susmentionné. On le - réalise en enlevant simplement le couvercle 84 pour permettre à la suspension de se déverser par dessus la paroi 62 dans la chambre 58. " Dès que le système est en équilibre, le couvercle 84 est remis en place, ce qui permet au niveau de la suspension de monter dans 30 l'espace annulaire 60 pour se déverser par dessus la chicane 62 et former une réserve de suspension dans la partie centrale du réservoir. Finalement, la suspension monte jusqu'au niveau des encoches 68 du déversoir 66 et se déverse dans chaque compartiment 70. Le refoulement de la suspension dans la chambre conique 60 a l'avantage 35 de maintenir ladite réserve de suspension à l'état légèrement agité, ce qui empêche les matières solides de se déposer dans cet espace annulaire. • 71 05005 7 2080998 A partir de chaque chambre 70, la suspension s'écoule par gravité par l'intermédiaire des conduits 46 qui peuvent comporter chacun un dispositif de réglage, comme un dispositif de pincement (non représenté), et dans le pistolet distributeur 32. placé de ma-5 nière à distribuer la suspension au-dessus du lit fluidisé 34. Le niveau de la charge contenue dans les conduits 46 reste sensiblement constant étant donné que la suspension se déverse par chacune des encoches 68 à un débit égal et constant. La suspension est refoulée dans le réacteur par les 10 pistolets 32 qui fonctionnent avec de l'air d'injection provenant d'un aspirateur 33. L'air d'injection sert à pulvériser la suspension sur une grande surface du lit fluidisé 34. La distribution uniforme de la charge sur le lit est encore améliorée par la disposition des pistolets 32 sur un arc d'environ 220° autour de la pé-15 riphérie du réacteur et à des hauteurs différentes, de manière à faire varier la profondeur d'introduction de la pulvérisation dans le réacteur. L'arc restant de 140° du réacteur est réservé à un ou plusieurs conduits 36 d'évacuation du produit grillé. Ainsi, grâce au nouveau système de distribution d'une 20 charge de la présente invention, on peut obtenir une distribution uniforme de la charge sur le lit fluidisé à un débit uniforme. En outre, étant donné que l'air d'injection est utilisé pour pulvériser la charge sur le lit, le système d'alimentation est sensible à toute variation de la pression d'air dans le réacteur. 25 Ainsi, toute variation de la pression du gaz dans le réacteur est compensée par une élévation ou un abaissement du niveau de la sus-(umnion d.'inc los conduits 46 jusqu'à ce que le système parvienne à un équilibre. Ainsi, par exemple, en fonctionnement normal, le sus-tème est en équilibre dès que la pression du gaz dans le réacteur, 30 le niveau de la suspension dans les conduits d'alimentation 46 et le débit d'introduction dans le réacteur sont constants. Si pour une raison quelconque, la pression du gaz à l'intérieur du réacteur augmente, le débit d'admission dans le réacteur diminue momentanément en provoquant l'élévation du niveau de la suspension dans les 35 conduits 46, jusqu'à ce que la plus forte pression régnant dans les conduits 46, par suite de la plus grande charge, augmente le débit dans les pistes de distributeur du réacteur. 71 05005 8 2080998 D'autre part, s'il est souhaitable d'augmenter le débit d'alimentation du réacteur tout en maintenant une pression constante du gaz dans ce dernier, il suffit d'augmenter le débit auquel la suspension est introduite dans la réserve contenue dans la par-5 tie centrale du réservoir 42. Dans ces conditions, le niveau de la suspension dans les conduits 46 s'élève jusqu'à ce qu'un niveau d'équilibre soit atteint. A ce "nouveau niveau, la plus grande charge de pression dans lesdits conduits 46 est suffisante pour augmenter le débit de la suspension dans les pistôlets 32, jusqu'à ce que le 10 système soit de nouveau eh équilibre. Ainsi, on se rend compte que le système d'alimentation de la présente invention se- règle automatiquement du fait que les variations des paramètres du système sont- automatiquement compensées par des changements du niveau de la suspension contenue dans les 15 conduits 46. La présente invention facilite encore le réglage de la quantité d'air admise dans le réacteur, étant donné que des variations de la composition de la charge, du débit d'alimentation et du débit d'écoulement sont sensiblement éliminées. 20 En outre, étant donné que le réservoir de distribution de la charge de la présente invention ne comporte pas de pièces mécaniquement mobiles, le réservoir nécessite peu ou.pas d'entretien. Naturellement, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et réprésentée et est susceptible de recevoir 25 diverses variantes entrant dans le cadre et 1'esprit de l'invention. 71 05005 9 2080998 REVENDICATIONS 1 - Appareil de distribution d'une suspension en plusieurs points autour de la périphérie d'un four de réaction, appareil caractérisé en ce qu'il comporte un réservoir supporté au-dessus du 5 sommet du four et divisé en une partie supérieure présentant une paroi externe et en une partie inférieure orientée vers le bas et formée de plusieurs chambres coniques individuelles disposées en une rangée autour d'une partie centrale, l'extrémité supérieure de la rangée formant dans la partie supérieure un compartiment d'ali— 10 mentation le long de la partie centrale ; une chicane formant déversoir séparant le compartiment d'alimentation de la partie centrale ; plusieurs chicanes radiales dans le compartiment d'alimentation disposées entre le déversoir et la paroi et définissant entre elles des compartiments individuels d'alimentation, chacun desdits 15 compartiments individuels communiquant avec une chambre conique correspondante de ladite rangée ; un conduit d'entrée pour admettre la suspension dans la partie centrale ; et un conduit de sortie entre chacune des chambres coniques et les points d'admission, le conduit de sortie communiquant par une extrémité avec l'extrémité 20 inférieure de l'une des chambres coniques et par son autre extrémité avec l'un des points d'admission pour acheminer vers ces derniers la suspension provenant des compartiments individuels d'alimentation. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les points d'admission comportent des pistolets distributeurs 25 munis d'un dispositif d'aspiration pour injecter ladite suspension dans le four. 3 - Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les pistolets se trouvent à des hauteurs différentes autour de la périphérie du réacteur. 30 4 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie centrale comporte un moyen permettant de recycler la suspension dans le dispositif d'admission . 5 - Appareil selon la revendication 1, cara'ctérisé en ce que le déversoir comporte plusieurs encoches en forme de ¥ entre la 35 partie centrale et chacun des compartiments individuels d'alimentatioj 6 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un élément permettant d'ajouter de l'eau 71 05005 io 2080998 - dans chacun des compartiments individuels d'alimentation. 7 - Appareil pour distribuer une suspension à plusieurs pistolets disposés autour de la périphérie d'un réacteur à lit fluidisé, pour obtenir une répartition uniforme de la suspension 5 dans ledit réacteur, appareil caractérisé en ce qu'il comporte un réservoir supporté au-dessus du sommet du réacteur et divisé en une partie supérieure comportant une parai externe généralement cylindrique et en une partie inférieure-orientée vers le bas et formée de plusieurs chambres coniques individuelles disposées côte à côte 10 sur deux rangées concentriques adjacentes autour d'une chambre conique centrale, les extrémités supérieures des rangées concentriques formant -dans ladite partie supérieure deux espaces annulaires concentriques autour d'un noyau central formé par l'extrémité supérieure de la chambre cent""vie ; une chicane circonférentielle for-15 mant une paroi séparant 1'espace annulaire interne du noyau central une chicane circonférentielle formant déversoir et séparant l'espace annulaire interne de l'espace annulaire externe, le déversoir s'é-levant à une certaine hauteur au-dessus de la chicane ; plusieurs chicanes radiales dans l'espace annulaire externe disposées entre 20 >le déversoir circonférentiel et la paroi cylindrique et définissant entre elles plusieurs compartiments individuels d'alimentation dont chacun communique avec une chambre conique correspondante de la -rangée externe ; des conduits d'admission pour introduire la suspension dans l*espace annulaire interne ; et un conduit de sortie 25 entre chacune des chambres coniques de la rangée externe et chacun des pistolets, ledit conduit de sortie communiquant par l'une de ses extrémités avec l'extrémité inférieure de la chambre conique et par son autre extrémité avec le pistolet correspondant, de manière à distribuer la suspension dans le réacteuç à partir des comparti-30 ments d'alimentation. 8 - Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le réservoir distributeur est supporté par le réacteur. 9 - Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le déversoir eireojnférentiel comporte plusieurs encoches en 35 forme de Y, une pour chacun des compartiments d'alimentation, disposées de façon.que.chaque compartiment reçoive sensiblement la même quantité-de suspension. 71 05005 2080998 10 - Appareil selon la revendication 7, caractérisé en outre en ce qu'il comporte un conduit annulaire distributeur d'eau fixé au réservoir de distribution et comportant des ajutages pour introduire de l'eau dans chacun des compartiments d'alimentation. 5 11 - Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure de la chambre centrale comporte un dispositif amovible de fermeture hermétique» 12 - Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un récipient de stockage muni d'un agitateur et une 10 pompe communiquant avec une extrémité du conduit d'admission. 13 - Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'autre extrémité du conduit d'admission communique avec l'extrémité inférieure des chambres coniques de la rangée interne. H - Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce 15 que l'extrémité inférieure de la chambre centrale comporte un conduit communiquant par une extrémité avec l'extrémité inférieure de la chambre centrale et par son autre extrémité avec le récipient de stockage muni d'un agitateur. 15 - Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce 20 que les pistolets distributeurs comportent un dispositif d'aspiration pour injecter la suspension sur le lit fluidisé. 16 - Procédé de distribution d'une suspension de particules solides finement divisées sur un lit fluidisé, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à maintenir dans une chambre fermée un lit 25 desdites particules solides soumises à une réaction à l'état fluidisé en y introduisant un gaz à une vitesse suffisante pour flui-diser les particules solides ; à ménager dans ladite chambre un espace collecteur de gaz situé directement au-dessus du lit ; a régler le niveau du lit à 1'état'fluidisé en évacuant les particules 30 solides qui ont réagi à partir dudit niveau ; à introduire continuellement et uniformément la suspension dans la chambre sur ledit lit en plusieurs points d'admission situés autour de la périphérie de la chambre ; à ménager une région de distribution de la charge au-dessus da la chambre ; à diviser ladite région en plusieurs 35 zones comportant une zone a'admission et une zone d'évacuation de la charge ; à séparer lesdites zones au moyen d'une chicane formant déversoir ; à diviser encore la zone d'évacuation 71 05005 12 2080998 en plusieurs zones individuelles d'alimentation; à introduire continuellement la suspension dans la zone d'admission, de façon qu'elle se déverse par dessus le déversoir à un débit constant dans chacune des zones individuelles d'alimentation ; à transférer la 5 suspension des zones individuelles d'alimentation vers les points de distribution par l'intermédiaire de plusieurs conduits établissant une communication entre chacune des zones individuelles et les points de distribution ; à relier chacune desizones individuelles d'alimentation avec un point de distribution ; et à transférer la 10 suspension par l'intermédiaire desdits éléments de liaison vers les points de distribution à partir des zones individuelles d'alimentation. 17 - Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que la suspension contenue dans la zone interne est maintenue à 15 l'état légèrement agité en pompant la suspension dans le fond de la zone d'entrée de la charge. 18 - procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que la suspension est distribuée sur le lit en injectant de l'air par l'intermédiaire des points de distribution. 20 19 - Éï-océdé selon la revendication 16, caractérisé en ce que la suspension contenue dans les éléments de :liaison atteint un niveau d'équilibre pendant le fonctionnement'normal. 20 - Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que des variations des conditions de fonctionnement du système 25 réactionnel sont compensées par des variations du niveau de la suspension dans les éléments de liaison jusqu'à ce que l'équilibre soit rétabli. . 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