Brevet FR2112229A1 — publié le 19720616

L'irverotion ^rcertne te La ios-iallat:on de LabrXca- tion d'alumine à partir d'hydrate d'alumine, dans laquelle l'hydrate d'alumine est séché, préchauffé et déshydraté, par des gaz chauds s'échappant d'un four, dans un appareil de préchauffage, de préférence constitlle par des cyclones séparateurs en série, puis recristallisé dans un four et finalement refroidi dans un appareil refroidisseur, alimenté en air froid et constitué de préférence par plusieurs cyclones séparateurs en série, l'air de refroidissement réchauffé étant amené au four comme air comburant. Le brevet français N0 1.253.318 décrit une installation de ce genre, qui, en pratique, s'est avérée efficace et économique en ce qui concerne la consommation de chaleur. On a constaté toutefois que le refroidissement de l'alumine sortant du four à une température de l'ordre de 1100 à 12000C se heurte à des difficultés. Pour refroidir l'alumine chaude à des températures inférieures à 1000C, il est nécessaire , si l'appareil refroidisseur est constitué par plusieurs cyclones séparateurs en série, d'utiliser un grand nombre d'étages de cyclones ou de gros volumes d'air. Eu égard aux frais d'investissement, la mise en oeuvre de plus de quatre cyclones n'est pratiquement jamais rentable. Lorsqu'on a utilisé trois ou quatre cyclones seulement, on n'y a fait passer, jusqu' présent, pour le refroipissement, que le volume d'air nécessaire comme air secondaire pour les brûleurs du four. Le produit sortant du dernier étage de cyclones possédait alors une température si élevée qu'il fallait brancher à la suite un dispositif de refroidissement supplémentaire, par exemple un refroidisseur à lit fluidisé indirectement refroidi à l'eau. En raison de l'aménagement de l'eau et du dépoussiérage de l'air de fluidisation, ce procédé entraîne une dépense considérable et est donc désavantageux malgré la bonne efficacité du refroidissement. Si l'on veut renoncer néanmoins à de tels dispositifs indirects de refroidissement à l'eau eu égard à l'aménagement coûteux de l'eau, et utiliser exclusivement de l'air pour le refroidissement, on aboutit à des volumes d'air qui sont notablement supérieurs aux volumes d'air secondaire demandés par les trtleurs du four et doivent être par conséquent introduits dans le four en vue d'un chauffage supplémentaire, à moins qu'ils ne soient évacués à l'atmosphère sans être valorisés. Dans les deux cas, il en résulte une détérioration du bilan thermique de l'installation dans son ensemble. L'invention a pour but d'améliorer le bilan thermique d'une installation du type sus-décrit destinée à la fabrication d'alumine avec refroidissement exclusif à l'air de l'alumine chaude recristallisée. Ce but est atteint, conformément à l'invention, grace au fait que l'appareil refroidisseur est relié par des conduites, du côté du gz, tant à l'appareil de préchauffage qu'au four, de telle sorte qu'une fraction de l'air de refroidissement chaud est dérivée en amont du four et introduite directement dans l'appareil de pré chauffage. L'installation selon l'invention offre un certain nombre d'avantages. Par une répartition volumétrique appropriée à la dérivation, on peut n'amener au four que la quantité d'air de refroidissement chaud qui est nécessaire comme air secondaire pour une combustion et une recristallisation optimales de l'alumine. Dans l'installation de fabrication d'alumine décrite au début, qui peut être considérée comme une installation à deux étages sur le plan du traitement de l'alumine, le préchauffage et la déshydratation de l'hydrate d'alumine à grain fin exigent des quantités de chaleur importantes, car il s'agit d'une opération endothermique. L'opération de recristallisation qui se déroule dans le deuxième étage et est exothermique ne nécessite d'autre part qu'un faible apport de chaleur. La jonction supplémentaire conforme à l'invention entre l'appareil refroidisseur et l'appareil de préchauffage, c'est-à-dire la dérivation en amont du four de l'air s' échappant du refroidisseur à une température de 400 à 7000C environ, et son introduction dans l'appareil de préchauffage et de déshydratation, améliorent notablement la rentabilité thermique du procédé.En raison de l'introduction de quantités de chaleur différentes à différents emplacemEnts d'un système unitaire en ce qui concerne la matière traitée, il est possible, en mettant pleinement à profit les quantités de chaleur récupérées par l'air chaud s'échappant du refroidisseur, d'amener à la matière des quantités de chaleur relativement scandes dans la phase initiale le l'opération, au cours de laquelle l'humidité superficielle de la matière doit ê-re vaporisée et la matière chauffée suffisamment pour que l'eau de cristallisa.ion soit expulsée. L'expulsion de 1' le cristallisation est fortement endothermique, de sorte lue, ians le procédé conventionnel, il peut arriver que les gaz sortant de l'échangeur de chaleur de prAchauffage soient refroidis dans une mesure telle que leur tempér-ature risque de descendre au-dessous du point de rosée. Dans les dépoussiéreurs branchés à la suite, de pré férence les séparateurs électrostatiques de poussière, il pourrait se produire ainsi des phénomènes de condensation. JWec l'installation conforme à l'invention, il est possible étalement d'empêcher la température de descendre ainsi au-dessous du point de rosée, car on dispose pour le séchage et le préchauffage, en plus des gaz s'échappant du four, de quantités de chaleur suffisantes amenées par l'air dérivé à sa sortie du refroidisseur. Moyennant un dimensionnement approprié de l'installation, il est possible de cette manière d'effectuer le séchage et la déshydratation de l'hydrate d'alumine sans un brûleur auxiliaire dans l'appareil de préchauffage. Selon une forme de réalisation de l'invention, la conduite entre l'appareil refroidisseur et l'appareil de préchauffage débouche dns la conduite d'arrivée de gaz chaud allant à l'avant-dernier cyclone séparateur - vu en direction du mouvement le l'hydrate d'alumine - de l'appareil de préchauffage. L'avantage ainsi obtenu réside en ce que les gaz s'échappant du four à 10000C environ peuvent être utilisés exclusivement pour la déshydratation complète de l'hydroxyde d'aluminium avec formation de la phase dite gamma de l'oxyde d'aluminium. Etant donné que les gaz du four sont de ce fait fortement refroidis, comme exposé plus haut, l'introduction de l'air de refroidissement réchauffé en amont du dernier cyclone séparateur - en direction du mouvement de la substance - permet de compenser cette perte de chaleur élevée, cependant qu'en ce qui concerne sa température et son volume, l'air de refroidissement réchauffé suffit à sécher complètement la substance distribuée et à préchauffer l'hydrate d'alumine séché dans une mesure telle qu'il peut être amené à la phase gamma dans un seul étage de cyclones et seulement par les gaz chauds s'échappant du four. Au cas où, dans une installation étudiée en consé- quence, il est néanmoins nécessaire de prévoir un brûleur préalable auxiliaire dans l'appareil de préchauffage - par exemple en raison d'une humidité extrêmement élevée de l'hydrate-,ainsi qu'il est décrit dans le brevet français I4 1.253.318, il est possible selon l'invention de relier une conduite raccordée à l'appareil refroidisseur pour l'amenée d'air de refroidissement chaud à un brûleur auxiliaire, disposé de manière connue en soi dans l'appareil de préchauffage, de sorte que le bilan thermique est meilleur que dans l'installation connue, malgré la présence d'un brûleur supplémentaire. L'invention est décrite de façon détaillée ci-après en référence à un schéma de circulation servant d'exemple de réalisation. Dans cet exemple, l'installation conforme à l'invention se compose d'un appareil de préchauffage I, d'un four II pour la recristallisation de l'oxyde d'aluminium et d'un appareil refroidisseur III, dans lequel l'oxyde d'aluminium recristallisé sortant du four est refroidi à l'air. L'appareil de préchauffage I comprend quatre cyclones la, .1-, 2 et 3, qui sont raccordés par les conduites de gaz 4, 5 et 6 au coté d'échappement des gaz d'un four II, qui est un four rotatif 7 dans le cas présent. Les gaz s'échappant du four rotatif parviennent par la conduite 4 dans le cyclone 3, puis par la conduite 5 dans le cyclone 2 et du cyclone 2, par la conduite 6 subdivisée en deux dérivations Ga et 6b, dans les cyclones la et lb, qui sont donc branchés en parallèle. A travers la conduite 8 dans laquelle débouchent de nouveau les conduites de gaz d'échappement des deux cyclones la et Ili, les gaz sont extraits par un ventilateur 9 et évacués à l'atmosphère après passage dans un dépoussiéreur 10, de préférence un électrofiltre. L'hydrate d'alumine devant être séché et déshydraté est introduit par un distributeur Il dans la conduite de gaz d'échappement 6, d'où il est entrainé par les gaz chauds et amené dans les cyclones séparateurs 1a et lb. L'humidité super ficielle de lthydrrte 'aumirle est a teu près totalement éliminée au cours du tria et à travers la onduite de gaz 6 jusqu 'aux cyclones séparateurs a et lb. près la séparation des gaz dans les cyclones la et lb, la matière parvient, à contre-courant des gaz, par la conduite 12 dans laquelle se rejoignent les conduites d'évacuation de la matière de ces cyclones, dans la conduite de gaz 5 allant du cyclone 3 au cyclone 2. Dans la conduite de gaz 5 dnbouche en outre, dans la zone de son entrée dans le cyclone 2 ure conduite 26, par laquelle l'air chaud du refroidisseur est introduit dans l'appareil de préchauffage. La matière sèche introduite dans la conduite de gaz 5 est alors transportée, par les gaz encore chauds s'échappant du cyclone 3 et l'air chaud supplémentaire amené du refroidisseur, dans le cyclone 2 ; elle est ainsi énergiquement ré- chauffée, notamment par l'air supplémentaire venant du refroidisseur et dont la température nst de l'ordre de 6000C. Après séparation dans le cyclone 2, la matière parvient par la conduite d'évacuation 13 dans la conduite 4 des gaz d'échappement du four, où elle vient au contact des gaz à 12000C environ sortant du four et est transportée dans le cyclone 3. Par suite du préchauffage énergique dans le cyclone 2, il est possible d'expulser totalement l'eau de l'hydrate dans le cyclone précité et surtout dans le cyclone 3, et de faire passer l'hydrate d'alumine à la phase gamma de l'oxyde d'aluminium. Pir la conduite d'évacuation de matière 14 du cyclone 3, l'oxyde d'aluminium est amené dans le four rotatif 7, dans lequel a lieu la recristallisation de l'oxyde d'aluminium de la phase gamma à la phase alpha, par apport de chaleur au moyen d'un brûleur. Pour la recristallisation, on peut utiliser, à la place du four rotatif, un appareil à lit fluidisé. L'oxyde d'aluminium alpha obtenu, dont la température est d'environ 115000, doit être alors refroidi à une température devant être inférieure à 1000C eu égard à l'acheminement de l'oxyde d'aluminium refroidi. L'appareil refroidisseur III est formé de quatre cyclones 15, 16, 17 et 18, branchés à la suite l'un de l'autre en direction de l'écoulement de. l'air et reliés entre eux par des conduites 19, 20 et 21. Un ventilateur 22 refoule par la conduite 23 dans le cyclone 15 de l'air froid qui parcourt successivement les cyclopes 15, 16, 17 et 18.La conduite 21 reliant entre eux les cyclones 17 et 18, est disposée de telle sorte que I ox7' e d 'luminium chaud sortant du four 7 peut être déversé directement dans la conduite, les dimensions étant choisies de façon que la vitesse d'Acoulement de l'air de refroidissement et son volume suffisent pour élever jusqu'au cyclone 18 l'alumine chaude introduite. L'air de refroidissement s'échappant du cyclone 17 est déjà notablement réchauffé, ce qui offre l'avantage supplémentaire que l'oxyde d'aluminium chaud sortant du four est nu contact de l'air de refroidissement sur un très long parcours, de sorte qu'il se produit un échange maximum de chaleur entre la matière chaude et l'air de refroidissement plus froid circulant en courants parallèles. Dans le cyclone 18, l'oxyde d'aluminium est séparé du courant d'air de refroidissement et dirigé successivement; par les conduites d'évacuation de la matière des cyclones, dans la conduite d'air de refroidissement 20, 19 et 23 à contre-courant de l'air de refroidissement, de sorte qu'il se refroidit dans l'ensemble à contre-courant. Moyennant un dimensionnement approprié, l'oxyde d'aluminium sortant du cyclone 15 est à une température d'environ 8000. L'air de refroidissement, porté à une température de 400 à 7000C selon le volume réglé d'air de refroidissement, est extrait du cyclone 18 et amené par une conduite 24 en direction du four 7. En amont du four 7, la conduite 24 se ramifie en deux dérivations 25 et 26, de sorte qu'une fraction de l'air de refroidissement chaud peut être amenée à titre d'air secondaire réchauffé au brûleur du four 7, tandis que l'autre fraction, plus grande, est introduite par la conduite 26 dans la conduite de gaz 5 allant au cyclone 2 de l'appareil de préchauffage. Les gaz chauds s'échappant du four à une température pouvant être de 12000C environ ont cd, en raison de la consommation de chaleur élevée lors de la déshydratation dans le cyclone 3, une quantité de chaleur telle que la chaleur restante n'est plus suffisante pour préchauffer convenablement la matière et en évacuer par séchage l'humidité superficielle ; l'admission de quantités sup plémentaires d'air chaud à une température relativement élevée (de l'ordre de 6000C) assure un séchage complet et un pré chauffage suffisant de la matière. L'admission, ccnforme à l'invention, de quantités de chaleur supplémentaires dans l'échangeur empêche la température des gaz de descendre au-dessous du point de rosée, si bien que le bon fonctionnement du dépoussiéreur 10 venant à la suite, de préférence du séparateur électrostatique, ne peut pas être perturbé par une condensation de l'eau contenue dans les gaz. REVENDICATIONS 1.- Installation de fabrication d'alumine à partir d'hydrate d'aluminium, dans laquelle lthydrate d'alumine est séché , préchauffé et déshydraté par des gaz chauds séchappant d'un four, dans un appareil de préchauffage, de préférence constitué par des cyclones séparateurs en série, puis recristallisé dans un four et finalement refroidi dans un appareil refroidisseur alimenté en air froid et constitué de préférence par plusieurs cyclones séparateurs an série, l'air de refroidissement rechauffé étant amené au four comme air comburant, installation caractérisée an ce que l'appareil refroidisseur est relié par des conduites, du côté du gaz, tant à l'appareil de préchauffage qu'au four, de telle sorte qu'une fraction de l'air de refroidissement chaud est dérivée en amont du four et introduite directement dans l'appareil de préchauffage (I). 2. - Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la conduite entre l'appareil refroidisseur et l'appareil de préchauffage débouche dans la conduite de gaz (5) allant à l'avant-dernier cyclone (2) séparateur - vu en direction du mouvement de l'hydrate d'alumine - de l'appareil de préchauffage (I). ).- Installation suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'une conduite raccordée à l'appareil refroidisseur est reliée, pour l'amenée d'air de refroidissement chaud, à un brûleur auxiliaire, disposé de manière connue en soi dans l'appareil de préchauffage.