Brevet FR2134482A1 — publié le 19721208

La présente invention concerne un procédé et un appareil destiné au traitement chimique et/ou physique d'une matière à grain fin au moyen de gaz ou de vapeurs dans un réacteur en aval duquel est monté un séparateur. Le brevet français N° 1 108 186 décrit un procédé de traitement thermique d'une matière à grain fin dans lequel on fait passer ladite matière mise en contact direct avec les gaz - par une zone de préchauffage, une zone de combustion et u zone de refroidissement - dans un ensemble échangeur de chale qui comporte plusieurs cyclones branchés l'un derrière l'autre La zone de combustion est constituée par un tube vertical à l'extrémité inférieure duquel les gaz chauds de traitement, qui sortent d'une chambre de combustion sont introduits à une vitesse relativement élevée. La matière à grain fin à traiter qui sort du dernier séparateur de la zone de préchauffage, parvient à la partie inférieure du tube vertical de la zone de combustion où elle est entraînée par les gaz chauds de traitement. Les gaz et la matière sont séparés l'un de l'autre dans un séparateur cyclone placé à l'extrémité supérieure du tube. La matière calcinée est introduite dans la zone de refroidissement, cependant que les gaz de traitement qui sont encore à une température appréciable, sont introduits dans la zone de préchauffage pour réchauffer la matière à traiter. Etant donné que le traitement thermique est mis en oeuvre sur une matière en suspension, dans un gaz circulant à une vitesse élevée, la durée de séjour de la matière est naturellement très courte dans la zone de combustion. Etant donné les conditions à remplir pour une mise en suspension des particules de matière dans un gaz circulant dans le même sens, il est pratiquement impossible de modifier la durée de séjour. . Il arrive souvent, en particulier quand la matière à traiter doit être soumise à un traitement chimique et/ou physique, qu'une durée de traitement aussi courte que celle indiquée dans le brevet français précité soit insuffisante pour obtenir un produit final de haute qualité ayant subi une transformation uniforme. L'invention a donc pour objet un procédé qui permet un traitement de la matière avec une durée variable dans la zone de traitement ou dans le réacteur et rend ainsi possible une amélioration appréciable de la qualité du produit final 2 2134482 72 14604 considéré, de manière particulièrement économique. Cet objet est atteint en faisant passer la matière au moins deux fois par la chambre de réaction (réacteur) et en la faisant, ainsi, réagir dans au moins deux zones. On peut prolonger ou raccourcir 5 à la demande grâce à cette mesure, le traitement chimique et/ou physique d'une matière à grain fin. Grâce à ces mesures on peut soumettre, en conformité avec l'invention, les matières les plus diverses à un traitement chimique et/ou physique, étant donné que la durée du traitement peut être ajustée à 10 chaque fois très avantageusement en fonction des caractéristiques d'une matière donnée et de l'état final désiré du produit fini. On peut obtenir de cette manière, et conformément au procédé-de l'invention, de manière simple un produit fini ayant une qualité optimale. 15 Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention on fait passer, lors du traitement chimique et/ou physique de la matière, à chaque fois une fraction de cette matière en suspension dans les gaz par le réacteur, et on introduit en même temps l'autre fraction de cette matière, 20 sous la forme d'une couche sensiblement continue, dans le réacteur. Cette couche traverse très avantageusement, dans ces conditions, le réacteur, sous forme d'un courant de matière essentiellement continu. Pour soumettre les particules du courant de matière 25 solide à un traitement complémentaire additionnel sous forme d'une suspension dans un courant de gaz, on introduit - selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention - une partie de la matière du courant continu de matière solide à l'intérieur du réacteur dans les gaz. Pour po.uvoir modifier à 30 la demande la quantité de matière provenant du courant de matière continu introduite dans les gaz, on peut prévoir, selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, un réglage de la quantité de matière introduite par les gaz. Selon encore une autre caractéristique avantageuse 35 de l'invention, la durée de séjour de la matière dans la couche de matière présente dans le réacteur est influencée par un ralentissement ou une accélération du transport de ladite matière. On peut adapter de cette manière de façon optimale la durée de traitement chimique et/ou physique de la matière 40 dans le réacteur en fonction des nécessités du déroulement de la réaction. 72 1460» ' 2'34482 La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente en coupe longitudinale par-5 tielle un réacteur en forme de tambour avec un séparateur et une chambre de combustion selon l'invention. La figure 2 représente une coupe de l'appareil de la figure 1 suivant la ligne II-II. La figure 3 représente, à une plus grande échelle, 10 une partie du réacteur avec des aubes excentrées fixées à la paroi. La figure 4 représente en coupe partielle un autre mode de réalisation du chauffage du tambour de réaction. La figure 5 représente en coupe longitudinale une 15 autre forme de réalisation d'un tambour de réaction. Avec l'installation de la figure 1 représentée à titre d'exemple de réalisation on fait tout d'abord réagir chimiquement la matière par des gaz chauds et on la soumet ensuite à un traitement physique complémentaire qui modifie sa structure 20 physique. Cette installation est constituée par un réacteur cylindrique 1 revêtu à l'intérieur, en tout ou partie, d'un matériau réfractaire et qui comporte une bague d'étranglement 1* et une vis transporteuse 1", un séparateur à cyclone 2 et une chambre de combustion 3- Une chambre 4 est raccordée au 25 cylindre 1 sur l'une de ses faces et l'intérieur de cette chambre est subdivisé par une cloison transversale 5 inclinée vers le bas en une chambre d'évacuation des gaz 6 et en une chambre de sortie 7 de la matière traitée, placée au-dessous. Un tube 8 est raccordé à cette chambre 6 et relie le cylindre 1, 30 du côté de sortie des gaz, avec le séparateur 2. Une conduite de sortie de la matière solide 9 partant du séparateur 2 aboutit à une conduite d'arrivée 10 de la matière qui débouche dans le réacteur 1. Un organe de sortie 11 de la matière traitée étanche aux gaz, par exemple une vanne à clapet oscillant 12 35 chargée par un poids, est intercalé entre la conduite 10 d'introduction de la matière et la conduite 9 de sortie de la matière. A la sortie du réacteur 1 un organe, étanche aux gaz 13, de sortie de la matière, avec une vanne à clapet oscillant chargée par un poids, est placé à l'extrémité infé-40 rieure de la chambre 4 dans sa partie en forme d'entonnoir. 72 14604 4 2134482 Par ailleurs, une chambre de combustion J>, dont les gaz d'évacuation sont introduits dans le réacteur par une conduite 15* est placée en amont du réacteur cylindrique 1. L'extrémité du tube qui débouche dans le cylindre a la forme 5' d'un entonnoir pour améliorer la répartition des gaz et de la matière à traiter. Un élément d'étanchéité annulaire 16 est intercalé entre la partie en forme d'entonnoir de la conduite tubulaire 15 et le réacteur 1. Un autre élément d'étanchéité annulaire 17 est intercalé entre la chambre 4 de sortie des 10 gaz et de la matière, et le cylindre 1. Par ailleurs, une tubulure d'amenée 18 de la matière orientée obliquement vers le bas est fixée à la conduite 15 d'arrivée des gaz. Quand l'installation représentée sur la figure 1 fonctionne, la matière à traiter physiquement et/ou chimiquement 15 est introduite par la canalisation 18 dans la conduite d'arrivée 15 des gaz chauds de la chambre à combustion 3 qui est de préférence branchée en amont jdu réacteur, dans laquelle elle est entraînée par les gaz sortant vers le haut de la chambre de combustion 3 par la conduite 15 et pénètre dans 20 le réacteur. La matière à traiter peut être préchauffée ou préalablement séchée à la demande, avant d'être introduite dans la conduite 15 dans un échangeur de chaleur par des gaz d'évacuation chauds qui peuvent être prélevés du courant de gaz sortant du séparateur 2. Avec ce mode d'introduction 25 de la matière dans le cylindre 1 par la conduite d'introduction des gaz chauds 15, une répartition uniforme de la matière sur l'ensemble de la section transversale du courant de gaz chauds est déjà réalisée très avantageusement dans la conduite des gaz chauds et ladite matière est ainsi soumise dans cette 30 région à une partie de son traitement chimique et/ou physique. La plus grande partie de la matière introduite par les gaz dans le réacteur cylindrique 1 le traverse sous forme de suspension dans les gaz chauds et est ensuite séparée des gaz dans le séparateur 2 après son passage par la conduite de 35 sortie 8. Les gaz brûlés sont évacués vers le haut dans le sens de la flèche du séparateur 2, à l'aide d'un ventilateur non représenté, cependant que la matière qui s'est séparée des gaz dans le séparateur 2 est introduite par la conduite de 40 sortie 9 de la matière, en passant par l'organe 11 d'arrêt des gaz, 72 14604 5 2134482 dans le tube 10, et de là est introduite directement dans la couche de matière se trouvant au fond du cylindre. Il se produit - au cours du trajet de la matière avec les gaz chauds à travers le réacteur cylindrique 1 et de 5 la conduite 8 de sortie des gaz qui lui est raccordée - un traitement préalable chimique et/ou physique de la matière, si bien que la matière recyclée par la conduite 10 du réacteur cylindrique 1 qui parcourt le cylindre sous la forme d'un courant de matière pratiquement exempt de discontinuités, 10 est soumis dans cette zone à un traitement ou une réaction complémentaires. On réalise très avantageusement de cette manière, au moins deux fois, un traitement chimique et/ou physique de la matière dans deux zones de traitement thermique différentes du réacteur cylindrique, à savoir une première fois 15 sous forme d'une suspension dans les gaz chauds et la deuxième fois dans un courant sans discontinuités de matière, avec une durée de séjour plus longue. La matière en suspension et le courant de matière traversent - dans ces conditions - le réacteur cylindrique dans 20 le même sens, ce qui, étant donné la diminution progressive de la température en direction de la sortie de la matière, a une action avantageuse sur le produit final à obtenir pour toute une série de matières. La matière traitée chimiquement et/ou physique ment de cette manière sort du réacteur cylindrique 1 par l'ou-25 verture formée par la paroi périphérique 20 et la cloison 5 de la chambre 4 et parvient de là, en passant par la partie en forme de trémie de la chambre 7, dans le tube de sortie de la matière muni d'un organe de fermeture 13 puis est évacuée vers l'extérieur. Grâce aux organes 11 et 13 de sortie de la matière 30 prévus sur la conduite 10 d'introduction de la matière et l'organe de sortie de celle-ci, on réalise, en liaison avec les éléments d'étanchéité 16 et 17 prévus sur le réacteur cylindrique 1, une fermeture étanche aux gaz vers l'extérieur. Ces dispositifs d'étanchéité présentent un avantage particulier, 35 à savoir qu'aucune rentrée d'air provenant de l'extérieur et pouvant avoir une action nuisible sur le traitement chimique et/ou physique de la matière ne peut se produire vers l'intérieur du réacteur cylindrique. Pour empêcher que la matière pro venant du lit continu de matière dans la région d'alimentation 40 en matière du réacteur cylindrique 1, ne sorte entre l'organe 72 14604 6 2134482 d'étanchéité 16 et la paroi périphérique 9, il est très avantageux de donner à la cloison périphérique 19 une hauteur nettement supérieure à celle de la paroi périphérique 20 à l'extrémité du côté sortie du réacteur cylindrique. 5 Afin que la matière en provenance du cyclone 2 introduite dans le réacteur cylindrique 1 ne puisse parvenir arbitrairement dans le courant de gaz chauds circulant dans le réacteur cylindrique 1 elle est avantageusement introduite par la conduite 10 à l'extrémité d'entrée du cylindre, dans la 10 couche de matière sensiblement continue qui se trouve dans ledit cylindre. La progression continue de la couche de matière dans le réacteur cylindrique peut être produite par les spires de la vis 1". On empêche très avantageusement, grâce à une bague d'étranglement 1' dans la région d'entrée du cylindre, que la 15 matière, en particulier quand elle a tendance à couler, pénètre profondément dans l'espace intérieur, ce qui rendrait la durée de séjour incontrôlable. La matière déplacée du fait du mouvement de rotation du réacteur cylindrique, en partant, de l'emplacement d'arrivée de la matière jusqu'à l'emplacement de sortie de 20 celle-ci, est soumise sur ce trajet à un nouveau traitement complémentaire, chimique et/ou physique, cependant qu'elle a le temps de venir en contact avec le courant de gaz chauds circulant au-dessus de la couche de matière et de réagir ensuite. Le mouvement de rotation du réacteur cylindrique est commandé 25 dans le cas présent par un mécanisme d'entraînement à vitesse de rotation réglable, non représenté sur le dessin, lequel permet d'agir à volonté sur la durée de séjour de la matière dans la couche de matière, grâce au ralentissement ou à l'accélération du transport de ladite matière. Grâce à cette variation réglable 30 de la vitesse de rotation du réacteur cylindrique, la durée de traitement chimique et/ou physique de la matière dans le cylindre peut être adaptée exactement aux conditions imposées dans chaque cas en ce qui concerne la constitution du produit final à obtenir. 35 Comme l'indiquent les figures 2 et 3, on peut répartir uniformément - sur la paroi intérieure du réacteur cylindrique 1 des aubes de levage 21, à l'aide desquelles une partie de la matière provenant du courant continu de matière déjà mentionné est introduite dans les gaz chauds. Dans une forme de réalisation 40 selon l'invention, ces aubes sont, comme l'indique la figure 3* 72 14604 7 2134482 pivotantes et leur position peut être modifiée et fixée à volonté, de l'extérieur. Grâce à un réglage approprié des aubes 21, la quantité de matière provenant dudit courant continu introduite dans les gaz chauds peut être réglée à volonté et 5 on peut ainsi agir sur le circuit décrit par cette matière ainsi que sur la durée de séjour de la matière à traiter chimiquement et/ou physiquement, dans l'ensemble de l'installation. Dans l'installation représentée sur la figure 4 et destinée au traitement chimique et/ou physique d'une matière 10 à grain fin, le gaz de traitement est avantageusement produit par un brûleur 22 qui est placé à l'intérieur du réacteur cylindrique 23. Ce brûleur est constitué essentiellement par un tube qui passe à travers une conduite 24 d'introduction d'air comburant. Le combustible arrive dans ces conditions 15 par le brûleur tubulaire 22 cependant que l'air comburant est amené au brûleur par le tube 24. Une tubulure d'introduction de la matière 25 est raccordée par ailleurs au tube 24 d'introduction d'air, grâce auquel la matière est introduite dans le réacteur cylindrique. Par l'intermédiaire d'un'autre 20 tube 26 pénétrant par le coté d'admission de la matière dans le réacteur cylindrique, la matière est introduite dans le réacteur cylindrique 23 à partir d'un dispositif d'alimentation non représenté. Avec l'installation représentée sur la figure 4, la matière est mise en contact direct avec la flamme au cours 25 du traitement chimique et/ou physique. Un avantage particulier de ce mode de traitement consiste en ce qu'on réalise, dans ces conditions, aussi bien un chauffage direct de la matière par la flamme qu'un fort échauffement de la paroi du tambour, dont le rayonnement vers l'intérieur a une action favorable 30 aussi bien sur la matière en suspension traversant le réacteur cylindrique que sur le courant de matière. Pour améliorer le rendement du traitement chimique et/ou physique il est avantageux - dans ces conditions -de recycler une fraction des gaz chauds à travers les zones de 35 réaction. Pour obtenir ce résultat, une partie du courant de gaz e& dérivée à partir d'un séparateur non représenté et est renvoyée à nouveau, par la conduite 24 d'introduction des gaz, dans le réacteur cylindrique. Le reste des gaz sortant du séparateur est, comme on l'a déjà indiqué, employé avantageusement pour 40 préchauffer la matière chargée. Grâce à ce circuit suivi par 72 14604 8 2134482 les gaz chauds, on peut maintenir très avantageusement un débit optimal des gaz entraîneurs dans l'installation. Par ailleurs, on peut - grâce au recyclage d'une partie du courant de gaz chauds - économiser l'énergie thermique et par conséquent 5 le combustible. Il peut aussi être avantageux de réchauffer fortement encore une fois la matière traitée dans le réacteur, avant qu'elle ne sorte de celui-ci. A cette fin, on fait circuler à contre-courant l'une par rapport à l'autre dans 10 un réacteur cylindrique 27 comme l'indique la figure 5, la matière en suspension et le courant de matière. La charge de matière est introduite par la conduite de gaz chauds 28 aboutissant au réacteur cylindrique 27 puis entraînée par les gaz chauds sous forme de suspension à travers le tambour et 15 pénètre, lorsqu'elle sort du réacteur, dans un séparateur non représenté et placé en aval. La matière préalablement traitée de cette façon pénètre à nouveau, par la conduite 29 dans le réacteur cylindrique 27, qu'elle traverse sous forme d'un courant de matière, à contre-courant de la matière en suspension, 20 et sort par une chambre 30 de sortie de la matière complètement traitée placée sur le côté droit du tambour. L'objet de l'invention n'est pas limité à la mise en oeuvre décrite ci-dessus de traitements chimiques et/ou physiques à l'aide de gaz chauds. A la place de gaz chauds, ou pour 25 compléter l'action de ces gaz chauds on peut introduire, suivant la nature des réactions demandées, des gaz ou des vapeurs réagissant chimiquement sur la matière à traiter. 72 14604 9 2134482 REVENDICATIONS' 1.- Procédé de traitement chimique et/ou physique d'une matière à grain fin par des gaz dans un réacteur en aval duquel est placé un séparateur- caractérisé en ce qu'on fait 5 passer ladite matière au moins deux fois à travers le réacteur (1, 23, 27) et qu'ainsi elle est mise en réaction dans au moins deux zones de réaction. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait passer à travers le réacteur (1, 23, 27) 10 une partie de la matière, en suspension dans les gaz et que, simultanément, on introduit une autre partie de ladite matière, sous forme d'une couche sensiblement continue, dans ledit réacteur (1,23,27). 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé 15 en ce que la couche de matière traverse le réacteur (1, 23,27) sous la forme d'un courant sensiblement continu de matière. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'une partie de la matière est introduite à l'intérieur du réacteur (1, 23,27) , à partir 20 de la couche de matière continue dans les gaz. 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la quantité de matière provenant de la couche continue de matière à l'intérieur du réacteur (1, 23, 27") introduite dans les gaz est réglable. 25 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 4 ou 5, caractérisé en ce que la matière en suspension et le courant de matière traversent le réacteur (1,23), dans le même sens. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 30 1, 2, 4 ou 5, caractérisé en ce que la matière en suspension et le courant de matière sont conduits à contre-courant, l'un par rapport à l'autre, à travers le réacteur (27). 8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la matière est introduite dans 35 la conduite d'arrivée des gaz (15, 24, 28) aboutissant au réacteur (1, 23, 27). 9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'une fraction dès gaz est recyclée à travers les zones de réaction. 40 10.- Procédé selon l'une quelconque des revendica 72 14604 10 2134482 tions 1 à 9* caractérisé en ce que les deux zones de réaction communiquent librement, tout au moins sur une partie de leur longueur. 11.- Procédé selon l'une quelconque des revendica-5 tions 1 à 10, caractérisé en ce que la matière en suspension est séparée du gaz après avoir traversé le réacteur (1,23, 27) et en ce qu'elle est introduite dans la couche sensiblement continue de matière dans le réacteur (1, 23,27). 12.- Procédé selon l'une quelconque des revendica-10 tions 1 à 11, caractérisé en ce qu'on peut agir sur la durée de séjour de la matière dans la couche de matière présente dans le réacteur par ralentissement ou accélération du transport de ladite matière. 13.- Appareil destiné à la mise en oeuvre du procédé 15 selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend un réacteur (1, 23* 27) avec une conduite d'introduction des gaz (15* 28) et une conduite d'évacuation des gaz (8) ainsi qu'un séparateur (2) monté à la suite du réacteur (1,23*27) dans la conduite d'évacuation des gaz, 20 dont l'organe de sortie de la matière (9* 10, 26, 29) débouche dans le réacteur (1, 23* 27). 14.- Appareil selon la revendication 13* caractérisé en ce que le réacteur (1, 23* 27) est constitué par un cylindre ou tambour rotatif qui est muni d'un dispositif d'entraînement 25 à vitesse de rotation réglable. 15.- Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que le réacteur cylindrique comporte à ses extrémités d'entrée et de sortie une paroi périphérique (19, 20), la paroi périphérique placée du côté entrée (19) étant plus haute que 30 celle du côté sortie (20). 16.- Appareil selon l'une des revendications 14 ou 15* caractérisé en ce que le réacteur cylindrique comporte à l'intérieur, sur au moins une partie de sa longueur, des organes incorporés tels qu'aubes de levage (21), bagues d'étranglé- 35 ment (l'), pas de vis (1") ou analogues. 17.- Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que les aubes de levage (21) sont montées à pivotement à l'intérieur du réacteur cylindrique et sont réglables de l'ex-t érieur. 72 14604 ii 2134482 18.- Appareil selcn l'une quelconque des revendications 13 à 17* caractérisé en ce qu'une conduite d'entrée de la matière (9* 10) comportant un organe de sortie de la matière (11) étanche aux gaz part du séparateur (2) pour 5 aboutir au fond du réacteur (1) et en ce qu'une trémie de sortie de la matière communiquant avec l'intérieur du réacteur - et également pourvue d'un organe de sortie (13) étanche aux gaz - est placée à la sortie du réacteur. 19.- Appareil selon l'une quelconque des revendica- 10 tions 1 à 18, caractérisé en ce que le réacteur (1, 23* 27) est revêtu, en tout ou partie* d'une matière réfractaire. 20.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 19* caractérisé en ce qu'il comprend une chambre de combustion (3) placée en amont du réacteur (1). 15 21.- Appareil selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 20, caractérisé en ce qu'il comprend un brûleur (22) placé à l'intérieur du réacteur (23).