Brevet FR2156312A1 — publié le 19730525

r,a présente invention concerne In procédé Ae, aombustion de matière particulaire et une structure de fowv tomRornant des caractéristiques avantageuses pour la carbonisation et/ou l'activation de matières carbonées, telles que le bois, les coques de noix, le coke et le charbon ainsi que pour la recarbonisation, la réactivation de séchage et le dégazage de celles-ci, pour l'incinération et la destruction de détritus solides, pour la distillation des schistes bitumineux, pour la production de gaz combustibles ou de synthèse, etc..., un des avantages de la structure de four ou du procédé étant qu'ils sont relativement insensibles à la teneur en humidité, à la dimension et à la nature de la matière considérde traitée au moyen du procédé ou du four. L'invention fournit un procédé et un moyen à utiliser avec ou dans un empilement ou masse de matière carbonée (ou de l'équivalent) qui facilite ltélimination des gaz dégagés de la matière pendant le chauffage de celle-ci. Ce moyen est de préférence sous la forme d'une ou plusieurs chambres adjacentes à une surface de la masse qui recueillent les gaz produits tels qu'ils sont dégagés et communiquent avec une cheminée d'échappement de sorte que les gaz puissent être évacués de la matière. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en relation avec les dessins ci-joints dans lesquels La figure 1 est une coupe verticale schématique, avec des parties ayant subi une rotation dans le plan du dessin pour des facilités dtillustration, d'une forme de construction de four incorporant l'invention; La figure 2 est une vue découpée prise suivant la ligne 2-2 de la figure 1; La figure 5 est une coupe verticale schématique, découpée d'une autre forme de four incorporant l'invention; La figure 4 est une coupe partielle montrant une autre structure formant tunnel - l'orifice d'admission d'air et l'orifice ce d'échappement de gaz étant représentés dans le même plan pour des facilités d'illustration;; La figure5 e.-.tune vue en coupe découpée montrant une autre forme de dégagement et de construction de chambre; et La figure 6 est une vue en perspective découpée d'une autre forme de structure en tunnel. Sur la figure 1, un four 1 comporte une enveloppe exter ne 3, qui, dans le cadre d'une large considération de l'invention, peut être construite à partir de matériaux divers et peut avoir des formes de section transversales, des dimensions, des hauteurs et des orientations diverses. Elle est représentée sur le dessin comme possédant des parois latérales réfractaires 5 et 7 qlSi sont pourvues chacune de plusieurs rebords faisant saillie vers l'intérieur 9 et 11 pouvant être superposés verticalement, comme représenté par rapport aux côtés opposés du four et qui stétendent horizontalement dans la chambre verticale 1s qui est délimitée par l'enveloppe 3.Les surfaces supérieures 15 des rebords sont de préférence inclinées suivant un angle plus accentué que icelui sur lequel repose la matière particulaire en cours de traitement, de telle sorte que les surfaces de fond 17 puissent être horizontales, comme représenté, ou aient une inclinaison qui laisse un espace de chambre de dégagement suffisant Le four 1 possède une structure de fond appropriée 19 qui peut être en forme de dépression, comme représenté, afin que la matière carbonée considérée qui est empilée dessus dans le four puisse glisser par gravite Jusqu'à un mécanisme d'évacuation à vis 21 ou autre structure de décharge appropriée pour assurer une cadence et un type d'écoulement voulu de la matière à travers le four et hors de celui-ci. Au sommet du four se trouve un dispositif d'alimentation approprié tel qu'un type d'élévateur d'alimentation voulu, une installation de recyclage raccordée au mécanisme d'évacuation 21, ou au mécanisme à trémie 23, qui est représenté. Lorsque le four I est rempli d'une masse de matière combustible particulaire 24 jusqu'à une hauteur appropriée, tel que le niveau indiqué par la ligne 25, la matière sera partiellement supportée de façon glissante par les diverses surfaces inclinées 15. Toutefois, l'angle de repos de la matière est tel qu'une série d'espaces vides allongés, ou chambres en tunnel 27, 39, fl, 33, 35, 37, 39 et 41 sont formés au-dessous des diverses faces inférieures 17 des rebords.Comme indiqué sur le dessin, ces espaces sont de forme grossièrement triangulaire dans la structure particulière re présenté. Comme on le verra de façon plus apparente ci-après, ces espaces jouent le rale de zones de récupération des gaz libérés au cours du traitement (par exemple carbonisation ou activation) de la matière particulaire et ils facilitent l'extraction des gaz de la matière. Chacun des espaces 27 à 41 possède un moyen passage orifice de sortie approprié 43 qui lui est associé et qui est représenté sous la forme de trous traversant chacune des parois latérales 5 et et débouchant dans la section de courant descendant 45 d'une cheminée d'échappement de gaz 47. Un passage 49 raccorde la section de courant descendant 45 à la section de courant ascendant 51 de la cheminée qui se termine à une hauteur voulue au-dessus du four. Un moyen pour l'admission de l'air de combustion tel qu'un trou ou la lance à air 52 représentée débouche dans le fond de la section ae courant descendant 45 de la cheminée pour constituer un moyen de brûlage dans la cheminée de tout combustible non brûle s'échappant du four 1 de telle sorte que des matières non brûlées ne soient pas évacuées à l'air libre. Alors que divers autres dispositifs d'allumage et de commande de combustion sont compris dans le concept de l'invention, il est représenté pour chacune des zones 27 à 41, une lance à air 53 qui débouche dans l'espace collecteur de gaz pour fournir l'oxygè- ne nécessaire à la combustion de tout gaz non brûlé, libéré par la matière 24. Les lances à air 55 sont également représentées comme s'étendant de façon adjacente aux lances 53 et se terminant à l'intérieur de la masse de matière particulaire.Les lances 55 constituent un moyen d'injection d'air ou d'oxygène directement dans la pile de matière à différents niveaux et emplacements et constituent également un moyen d'introduction de vapeur, de combustible ou d'eau dans la masse, à volonté, pour commander le fonctionnement du four, ce qui indique que le fonctionnement aux différentes zones et niveaux peut être réglé indépendamment En fonctionnement effectif, le four 1 est caractérisé par un ensemble de zones chaudes stationnaires relativement petites situées à l'intérieur de la masse de matière en cours de traitement et s'écoulant à travers le four. Ainsi, adjacente à la zone 27 il existe une zone 59 telle qu'indiquée par les lignes en tirets de la figure 1 et de façon analogue aux zones ?9 , !7, 25. 27, 59 et 41 sont adjacentes des zones 1, 6 5. 6. q, 1 et 3 respec- tivement. On constate que la pression des gaz dégagés dans les zones chaudes sera supérieure à la pression adjacente aux orifices d'évacuation 43 vers les tunnels ce qui fait que les gaz s'écouleront en direction du tunnel et que la dimension et la température de chaque zone yeventêtre régléerau moyen du fluide admis par l'intermédiaire des lances 55 et 55 en combinaison avec la vitesse d'écoulement de la matière à travers le four.Ainsi, à l'intérieur d'une chambre 13 du four1 divers procédés peuvent être mis en oeuvre dans une masse de matière telle que le séchage (qui serait normalement effectué à proximité du sommet de la chambre 13), la carbonisation, l'activation, la recarbonisation, le dégazage, etc. Dans une application carbonisation-activation du four 1, le niveau supérieur au-dessus de la zone 59 serait normalement utilisé pour le séchage, et, dans le cas d'une matière particulièrement humide, la zone 59 peut être mise hors service afin que l'espace qu'elle occupe soit également utilisé pour le séchage. La vapeur d'eau et les gaz libérés peuvent alors s'échapper à travers la chambre 27.Des zones telles que 59, 61 et 63 peuvent être utilisées pour la carbonisation, et les zones 65, 67-et 69 peuvent être utilisées dans une application caractéristique, pour l'activation qui s'effectue à une température quelque peu supérieure à celle de la carbonisation. La partie inférieure du four, telle que celle comprenant les zones 71 et 73, peut être stoppée et utilisée pour l'activation sans combustion externe et pour le refroidissement de la matière dans une certaine mesure avant qu'elle atteigne le mécanisme de décharge 21. On notera que la présence des diverses zones collectrices 27 et 29, en contact avec les diverses interfaces 57 des zones de combustion de charbon de bois adjacentes, fournit des aires de surface substantielles à travers lesquelles les produits volatils libérés par le chauffage de la matière dans le four peuvent s'échapper facilement de la masse particulaire. I1 est envisagé que le four soit commandé conformément au procédé du brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3.525674 de sorte que sensiblement la totalité des produits volatils libérés soient, à mesure qu'ils se dégagent, brûlés à l'intérieur des diverses zones de fonctionnement 59 à 73.La présence des chambres d'évacuation 27 à 41 facilite cette combustion des produits volatils et facilite l'élimination de tous les gaz de la masse avant que ne se produise un craquage, un dépôt de goudron, etc... Tous les produits volatils combustibles qui s'échappent de la masse et qui passent dans les diverses chambres collectrices 27 à 41 peuvent être brûlés à l'intérieur de celles-ci en tant que chambres de combustion et en relation de transfert thermique avec la matière combustible et fournissent ainsi un chauffage qui aide et tend à stabiliser ou à contr8 ler la température de la carbonisation ou d'un autre procédé en cours dans la zone chaude adjacente. Les rebords pleins 9 et 11 Jouent le rale de réservoirs thermiques pour aider à stabiliser les températures des différentes zones aux niveaux voulus. D'une façon générale, l'invention peut etre incorporée dans des structures très différentes. Dans les figures 1 et P les parois de four pourraient être plus épaisses et les tunnels formés sous la forme d'évidements longitudinaux dans les parois elles-mêmes. Un autre exemple est représenté par le four 101 de la figure 3, qui possède une enveloppe extérieure 103 avec une structure interne constituant un moyen de logement formant des tunnels allongés 105 d'un c8té faisant face à des tunnels allongés 107 de l'autre caté.Les tunnels 105 et 107 sont pratiqués dans la masse ou empilement 109 de matière particulaire par paires de poutres 111 analogues à des troncs d'arbre qui sont disposées en travers perpendiculairement à des paires de poutre du type troncs d'arbre 113 qui se recoupent pour édifier une structure creuse 115 semblable à une charpente. Les côtés 117 et 119 de cette structure peuvent être espacés des parois de l'enveloppe 103 pour constituer des chambres verticales 121 et 125 qui communiquent avec les espaces ouverts situés entre des paires de poutres verticalement espacées 111 et avec les tunnels 105 et 107 constituant les extrémités opposées de ces espaces.La chambre verticale 121 est représentée sous forme de chambre d'admission d'air et la chambre verticale 123 sous forme de chambre d'évacuation pour être raccordée à la cheminée d'échappement (non représentée) du four. Ainsi, en fonctionnement, l'air de combustion pénètre dans les tunnels 105 et s'écoule dans l'empilement 109 pour former des zones chaudes comme indiqué en 125. Les gaz dégagés dans les zones sont libérés ou évacués au moyen des tunnels 107 à travers lesquels ils passent pour atteindre la chambre d'évacuation 123. Des lances, telles que représentées en 1S,, peuvent être prévues dans les tunnels de décharge 107 pour fournir de l'air de combustion (aussi bien que du combustible, de l'eau, ou de la vapeur) pour brûler tous gaz combustibles atteignant les tunnels 107 et pour constituer un moyen de controle de la température de la zone chaude 125.Si désiré, des lances à air, à combustible, à eau ou à vapeur peuvent être prévues sur le côté opposé du four pour les tunnels d'admission 105 afin de fournir un moyen supplémentaire de contrôle individuel des zones chaudes formées à côté et entre chacune des pai res de tunnels 105 et 1) . On peut constater que les tunnels 105 et 107 du four 101 pourraient être utilisés de la mme façon que les tunnels 27 et 29 du four 1 de la figure 1 (et vice-versa), c'est-à-dire chacun étant utilisé en tant que compartiment collecteur. Toutefois, la figure 3, représente une version dans laquelle ltair et les gaz peuvent s'écouler d'un tunnel dans l'autre et dans laquelle une zone chaude peut être déterminée et contrôlée par deux ou plusieurs tunnels. De plus, on constateraque par l'emploi de lances à air, le four 101 de la figure 3 pourrait être inversé, c'est-à-dire que la masse de matière particulaire pourrait se trouver à l'extérieur de la structure 115 et le compartiment central creux de la structure 115 pourrait alors jouer le rôle d'une chambre d'évacuation pour les gaz libérés et de chambre à combustion pour des combustibles quelconques. Dans cette méthode d'utilisation, les tunnels formés par les poutres 111 et 113 serviraient à faciliter l'échappement et la ré cupération des gaz en provenance des diverses zones chaudes. La figure 4 représente une autre structure 201 qui possède un moyen enveloppe formant des zones collectrices 203. Dans cet exemple, des rebords inclinés 205 sont assujettis à la paroi 207 du four de telle sorte que la matière particulaire forme une interface 909 constituant une face du tunnel 203. Un orifice de sortie 211 dans la paroi 207 fournit un moyen d'échappement aux gaz vers la cheminée et une lance 213 fournit un moyen d'admission d'air, de combustible, de vapeur ou d'eau pour régler la dimension, la forme et la température des zones chaudes. La structure 201 peut remplacer, par exemple, la structure de rebord 9 et 11 du four 1 de la figure 1. Comme on peut le constater d'après les figures 1 et 2, on préfère que les tunnels soient assez longs mais que les tunnels opposés soient relativement proches l'un de l'autre par rapport à la largeur du four, c'est-à-dire que le four ait la forme d'un rectangle relativement long et étroit. Cette configuration procure une capacité efficace importante avec un minimum de difficultés par colmatage de la matière particulaire. Toutefois, on peut utiliser avec succès dans l'invention de nombreuses autres formes de section transversale et on peut avoir recours à des déflecteurs mobiles particulièrement dans la partie supérieure du four pour éviter le colmatage. La figure 5 représente un tunnel ou structure formant chambre collectrice différente 301 sous la forme d'un moyen enveloppe ayant la forme d'un pot circulaire ou allongé inversé 303 formant le gomFartiment collecteur 05. Le pot 303 peut être encastré dans la pile 307 de matière particulaire et il contient l1extré- mité de sortie d'une lance à air, à combustible, à eau ou à vapeur 309 et une cheminée d'échappement de gaz 311. La pression de l'air admis provoque une dépression de quelques degrés dans la matière particulaire comme indiqué par l'interface 15 et forme une zone chaude, comme indiqué par la ligne 515. On peut utiliser une ou plusieurs structures de pot 303 dans un four et le concept du pot est bien adapté pour l'utilisation avec un four du type extérieur (sans enveloppe externe) tel que représente. par la structure de la figure 6. La figure 6 montre un empilement 401 de matière particulaire dans la surface externe de laquelle se trouve noyé le fond d'un évidement allongé inversé ou structure de pot 403 qui forme une chambre d'évacuation allongée collectrice de gaz ou tunnel 405. Un moyen d'admission d'air, de combustible, d'eau ou de vapeur sous la forme de lances 407 s'étend à travers la paroi de base 409 du pot 403 et des lumières d'échappement de gaz 411 sont également pratiquées dans la paroi 409. L'interface 413 entre l'empile- ment 401 et la chambre 405 au-dessous de la lance à air 407 a tendance à se déprimer comme représenté et une zone chaude adjacente à la lance est représentée par la ligne 415. Dans les diverses modifications il existe une zone ou tunnel combiné de combustion, de récupération et d'échappement de gaz qui limite, est sensiblement coextensive, et communique avec une zone chaude par l'intermédiaire d'une surface extérieure de l'empile- ment ou masse de matière particulaire. Cette zone servant à l'ex- traction des gaz agit en association avec un moyen d'introduction d'air dans la masse et dans la zone et l'on peut utiliser de nombreux dispositifs, ou combinaisons de dispositifs, d'admission d'air. Ainsi, des gicleurs à air peuvent souffler en travers du tunnel comme représenté par les lances 53 ou dans la masse à une profondeur voulue comme représenté par les lances 55.L'air peut pénétrer dans un groupe de tunnels et le gaz peut s'échapper par un groupe de tunnels différent comme représenté par la figure 3, De plus, une extrémité d'un tunnel pourrait déboucher à l'air libre ou dans de l'air sous pression et l'autre extrémité du tunnel déboucher dans une cheminée d'échappement basse pression de telle sorte quel'air et les gaz s'écoulant à travers le tunnel en direction de l'extrémité de la cheminée balaient l'interface de la masse et soient aspirés dans celle-ci dans une certaine proportion, à mesure que les gaz élaborés dans la masse s'écoulent en direction des parties basse pression du tunnel. L'admission d'air, de vapeur, d'eau ou de combustible individuellement dans chacune des chambres d'échappement et/ou des zones chaudes en même temps que le contrôle de la vitesse d'écoulement de la matière à travers les zones procure un moyen de contrôle individuel des zones de telle sorte qu'elles fonctionnent aux températures voulues et possèdent la position et la dimension voulues (sensiblement stationnaire). Ainsi, le four de la figure 1 par exemple, est en fait, une série de petits fours encastrés dans une masse de matière en cours de traitement. Les compartiments collecteurs, peuvent, comme représenté, être formés de diverses manières pour contrôler la dimension, l'emplacement et le fonctionnement des zones chaudes. Comme exemple supplémentaire, des conduites allongées creuses résistant à la chaleur et possédant des orifices appropriés pour l'admission des gaz élaborés peuvent être utilisées contre une surface d'empilement pour constituer le tunnel. D'autres modifications peuvent être apportées sans sortir de l'esprit et du champ d'application de l'invention. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'hom- me de l'art. REVENDICATIONS 1 - Four à-empilement servant à brûler une matière particulaire capable d'écoulement, caractérisé en ce que cette matière forme une masse de particules mobiles dans ce ioiir, qu'un moyen enveloppe est en contact avec une partie seulement de cette masse et agit conjointement avec une partie de la surface de cette masse pour délimiter au moins une chambre, cette chambre communiquant avec l'intérieur de ladite masse et servant à recueillir les gaz produits dans la masse, et qu t un moyen orifice d'échappement procure au moins un passage d'échappement pour le gaz recueilli dans cette chambre afin qu'il soit évacué de ladite chambre. 2 - Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen orifice de sortie est situé dans le moyen enveloppe. 3 - Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que ce four possède un orifice d'admission pour la matière et un orifice d'évacuation pour cette matière après traitement, et en ce que le moyen enveloppe fournit un ensemble de chambres espacées l'une de l'autre dans le sens d'écoulement de la matière à travers le four en partant de cet orifice d'admission vers cet orifice d'échappement. 4 - Four selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen d'admission d'air communiquant avec ladite chambre. 5 - Four pour la combustion contrôlée d'une masse de matière particulaire combustible, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen d'admission d'air dans une portion prédéterminée de cette masse pour former une zone de combustion dans cette masse de dimension considérablement inférieure à celle de ladite masse, et un moyen formant une chambre collectrice et d'évacuation de gaz bordant cette zone, sensiblement coextensive à elle, communiquant avec elle et se trouvant à une pression inférieure à celle des gaz produits dans cette zone pendant la combustion ce qui fait que ces gaz produits s'écouleront à mesure de leur production de- ladite zone dans ladite chambre. - - Four selon la revendication =+, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen posr l'admission d'air de combustion dans ladite chambre de telle sorte que les gaz non branlés dans cette chambre peuvent être brûlés dans celle-ci. Four pour la combustion contrôlée de matière particulaire carbonée, caractérisé en ce que cette matière est supportée sous forme d'empilement, qu'il comprend un moyen d'admission d'air dans un ensemble de portions prédéterminées de cet empilement afin de former un ensemble de zones de combustion séparées relativement stationnaires dans ledit empilement, chacune de dimensions considérablement plus fables que celles de cet empilement, un moyen formant une chambre collectrice d'évacuation de gaz pour chacune de ces zones, en bordure de chacune de ces zones, sensiblement coextensives et en communication avec elles, pour recevoir les gaz à mesure qu'ils sont produits dans ces zones, et un moyen pour maintenir des températures différentes dans lesdites zones. 8 - Four selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour l'admission de l'air de combustion dans au moins quelques unes de ces chambres. 9 - Four selon la revendication 7, caractérisé en ce que la matière carbonée est carbonisable, ledit moyen étant disposé de telle sorte qu'une de ces zones se trouve à une température pour effectuer la carbonisation et l'autre de ces zones se trouve à une température pour effectuer l'activation de la matière et qu'il existe un moyen de contrôle de la vitesse d'écoulement de la matière à travers ces zones et à travers le four. 10 - Procédé de traitement d'une matière combustible particulaire caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'un empilement de cette matière, l'accomplissement de la combustion de cette matière dans une zone à l'intérieur de l'empilement et qui est de dimensions considérablement inférieures à celles de l'empilement, l'accomplissement de la combustion dans cette zone des gaz combustibles à mesure qu'ils sont libérés par la combustion de cette matière, et l'évacuation des gaz à mesure qu'ils sont produits dans cette zone, depuis cette zone vers une chambre collectrice de gaz située en bordure d'un caté de la zone. 11 - Procédé de traitement de matière combustible particulaire disposée selon un empilement, caractérisé en ce que les phases du traitement de cette matière s'effectuent dans un ensemble de zones séparées maintenues à des températures élevées, chacune de ces zones étant de dimensions considérablement inférieures à celles de cet empilement, l'accomplissement de la combustion dans chacune de ces zones des gaz combustibles à mesure qu'ils sont libérés par le traitement thermique de la matière dans chacune de ces zones, l'évacuation des gaz à mesure qu'ils sont produits dans chacune de ces zones à partir de ladite zone respectivement dans des chambres collectrices de gaz situées respectivement en bordure d'un côté de cette zone, et par l'accomplissement d'un déplacement de cette matière à travers ces zones à une cadence permettant de maintenir les zones dans des positions relativement stationnaires. 12 - Procédé selon la revendication 16), caractérisé en ce qu'il comprend une pelasse de maintien desdites zones à des températures différentes pour effectuer différents traitement de la matière en différentes zones. 13 - Four pour la combustion contralée d'une masse de matière carbonée particulaire, caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe de four possédant un orifice d'entrée à une extrémité pour la matière à traiter et un orifice de sortie - l'autre extrémité pour la matière traitée, un moyen pour supporter cette matière en un empilement dans cette enveloppe de four, de sorte que cette matière puisse s'écouler depuis orifice d'entrée ,jusqutà l'orifi- ce de sortie, un moyen dans cette enveloppe constituant une série de chambres d'évacuation espacées l'une de l'autre dans le sens d'écoulement de la matière, ce four comprenant une cheminée d'échappement, un moyen orifice d'échappement pour ces chambres d'évacuation reliant ces chambres à cette cheminée et un moyen pour l'admission d'air de combustion dans l'empilement et dans les chambres. 14 - Four selon la revendication 1s, caractérisé en ce que ladite cheminée comporte une partie d'écoulement descendant et une partie d'écoulement ascendant, et un moyen pour ltadmission d'air dans la cheminée pour permettre la combustion des gaz combustibles dans la cheminée. 15 - Four selon la revendication 13, caractérisé en ce que ledit moyen formant ces chambres d'évacuation comprend des moyens parois venant en contact avec ladite matière et constituant une surface nqn-linéaire contre laquelle cette matière se déplace à mesure qu'elle stécoule entre ledit orifice d'entrée et ledit orifice de sortie ce qui fait que l'angle d'appui de la matière l'amène à posséder une surface externe qui constitue des espaces formant lesdites chambres d'évacuation.