Brevet FR2261491A1 — publié le 19750912

La présente invention a pour objet des perfectionnements aux fours verticaux pour bruler, pyrogéner ou distiller des matières combustibles solides. Le secteur technique de l'invention est celui de l'incinération, la combustion, la pyrogenation, la gazéification ou la distillation de matières combustibzes.sAlides, notamment -ae la pyrogénation de schistes pétrolifères et des roches bitumineuses analogues en vue de recueillir des gaz et des condensats. Dans la suite da texte, on se refère plus particulièrement a la pyrogenation des schistes bitumineux pour simplifier l'exposé, etant bien precisé que ce choix t'entraîne aucune limitation et que les fours selon l'invention peuvent trouver des applications dans tous les cas où il est necessai- re de brûler des matières solides, par exemple pour incinérer des dechets ou des ordures en recueillant éventuellement des gaz combustibles ou des condensats ou pour gazéIfier des charbons riches en cendres. Pour pyrogéner des schistes bitumineux on a deja utilisé des fours verticaux a fonctionnement discontinu munis d'une aspiration a la partie inferieure de sorte que la combustion se propage dehaut en bas et que lton recueil le au bas du four des condensats et des gaz contenant des vapeurs que l'on peut condenser. Ce procedé permet d'éviter que les condensats et les gaz combustibles qui se dégagent des schistes par pyrogénation ne traversent des zones incandescentes où ils seraient brûlées, craques ou polymérisés, ce qui entraînerait leur destruction ou leur dévalorisation et conduirait a des températures elevées qui provoqueraient l'agglomération des résidus solides. Les fours vetticaux ou presques verticaux utilises a ce jour pour la mise en oeuvre de ce procedé comportent, a partie inférieure, une grille fixe destinée a retenir les produits solides et, au-dessous de cette grille, un dispositif d'étanchéité necessaire pour pouvoir maintenir le bas du four en depression.On a utilise comme dispositif dtetanchelte des couvercles munis de joints resistant a la temperature ce qui permettait de soutirer les residus solides mais cette solution entrain des difficultes technologiques pour obtenir une bonne étanché'ité par suite du diamètre important des fours. On a egalement utilise des fours mobiles dont le fond entait immerge dans de l'eau constituant un joint étanche. La tuyauterie d'aspiration des gaz émerge au-dessus de la surface de l'eau et l'extraction des résidus solides est obtenue en soulevant le four et en le basculant. Dans les deux cas, les résidus solides doivent faire l'objet d'une opération d'extinction avant d'etre évacués. Ce dernier type de fours présente l'inconvénient de nécessiter une installation de manutention lourde et complexe pour soulever, transporter et basculer les fours et d'immobiliser ceux-ci pendant cette opération. L'objectif de la présente invention est de procurer un four vertical ou sensiblement vertical,fixe, pour brûler, pyrogéner ou distiller des matières combustibles solides depuis le haut jusqu'en bas, présentant une bonne étan ché'ité à la partie inférieure et permettant d'évacuérrf aci lement et rapidement les résidus solides. Un four selon l'invention comporte, de façon connue, une enceinte sensiblement verticale dont la partie inférieure est plongée dans l'eau. Cette enceinte comporte une grille au-dessus de laquelle sont placées les matières combustibles solides et elle comporte également une ou plusieurs ouvertures d'entrée d'air à la partie supérieure et une ou plusieurs ouvertures d'aspiration des gaz situés à la partie inférieure, entre la grille et la surface de l'eau, de sorte que la combustion se propage depuis le haut vers le bas. L'objectif de l'invention est atteint au moyen d'un four ayant une enceinte fixe et équipée d'une grille ouvrante et comportant des moyenna d'évacuation des résidus éteints placés dans liteau sous le four ou à côté de lui. Un deuxième objectif de l'invention est de permettre de recueillir la partie inférieure du four dé-s liquides provenant de la condensation,sur les matériaux et les parois plus froides du fond du four, des produits extraits des matières solides par distillation ou pyrogénation. Ce deuxième objectif est atteint au moyen d'au moins une goulotte placee sous la grille et d'au moins une surface inclinée vers ladite goulotte sur laquelle elle prend appui librement. Concevoir un four qui comporte à la fois une grille ouvrante permet tant d'évacuer les déchets solides par gravité et un dispositif qui permette de recueillir les condensats liquides au-dessous de la grille présente des difficultés car il faut que le dispositif destiné à recueillir les condensats ne gêne pas l'évacuation des déchets solides et ne risque pas d'être détérioré ni envahi par les cendres et les déchets. Un autre objectif de l'invention était d'arriver à ce but sans nécessiter des installations complexes. Selon l'invention, cet objectif est atteint au moyen d'au moins une grille pivotant autour d'un axe et d'une surface inclinée, placée sous la grille et articulée par son bord supérieur à l'extrémité libre de la grille opposée à l'axe de pivotement de celle-ci. Dans un mode de réalisation préférentiel, le four comporte une goulotte centrale associée à au moins une ouverture d'aspiration des gaz et une grille formée de deux demi grilles articulées chacune autour d'un axe central placé au-dessus de cette goulotte. Deux plaques inclinées vers la goulotte sont placées au-dessous des grilles et chacune de ces plaques est articulée par son bord supérieur autour d'un axe porté par l'extrémité libre de chaque demi grille et est posée librement, par son bord inférieur, sur un des bords de la goulotte centrale. Lorsqu'on ouvre les grilles, celles-ci se rabattent vers le centre et les plaques glissent sur le bord de la goulotte tout en pivotant autour de leur articulation sur les grilles de telle sorte qu'elles forment automa tiquement un toit a double pente qui protège la goulotte et qui canalise les déchets vers les parois du four. Un autre avantage de cette solution provient de ce que l'aspiration est centrale ce qui améliore la progression uniforme de la zone de combustion en évitant la tendance de cette zone à se propager plus rapidement le long des parois du four par suite d'une circulation plus intense de l'air dans cette zone lorsque l'aspiration est située a la périphérie. Un déflecteur périphérique, incliné vers le bas, permet de canaliser l'aspiration vers le centre,de freiner encore d'avantage la progression des gaz le long des parois et de rejeter vers le centre du four les déchets au moment de l'ouverture des grilles. Le résultat de l'invention est un four vertical ou sensiblement vertical perfectionne. Un premier avantage de ce four est d'être fixe ce qui facilite la construction et permet de construire des unités de bien plus grande capacité que les fours basculables connus. Un autre avantage de ce four est de se vider par gravité vers le bas sans nécessiter aucun dispositif d'extraction complexe et tout en obtenant une étanchéité parfaite grâce au joint d'eau. La vidange au moyen de grilles ouvrantes permet d'obtenir des ouvertures de soutirage de grandes dimensions a travers laquelle les déchets s'écoulent facilement même s'ils sont légèrement agglomérés. D'autre part, la vidange des déchets est très rapide et le four peut être rempli et allumé à nouveau très rapidement d'où une réduction des temps morts qui réduit les inconvénients du procédé de distillation discontinu. Un autre avantage tient à ce que les déchets sont éteints en tombant dans l'eau qui remplit une double fonction de joint et de liquide d'extinction. Ceci évite une opération onéreuse d'extinction de déchets. La conception des fours selon l'invention permet de les équiper de moyens efficaces pour recueillir des condensats ce qui offre l'avantage de pouvoir utiliser de tels fours dans tous les cas où l'on désire distiller des matières contenant des produits utiles facilement condensables notamment certains schistes bitumineux ou dans tous les cas où l'on désire éviter la pollution qui pourrait résulter de l'écoulement incontrôlé de ces condensats par exemple lors de I'incinération de certains déchets riches en goudron. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent des exemples de réalisation de l'invention sans aucun caractère limitatif. La figure 1 est une vue en élévation et en coupe d'un four selon l'invention. La figure 2 est une vue en élévation et en coupe d'un autre four selon l'invention. La figure 3 est une coupe selon III-III de la figure 2. La figure 4 est une vue en élévation et en coupe d'un troisième four selon l'invention. La figure 5 est une vue en élévation et en coupe d'un quatrième four selon l'invention. La figure 1 représente un four vertical composé d'une enceinte fixe 1, à parois verticales, reposant sur une infrastructure constituée par une poutre circulaire, ovale ou polygonale 2, supportée par des piliers 3. L'enceinte 1 est ouverte à la partie supérieure. L'extrémité inférieure est plongée dans l'eau 4 qui forme un joint étanche. L'enceinte 1 est munie d'une grille 5 ou de deux demi grilles au-dessus desquelles sont placées les matières solides 6, par exemple des schistes bitumineux que l'on désire pyrogéner pour en extraire des huiles et gaz combustibles. L'enceinte 1 est équipé d'une ou plusieurs conduites d'aspiration 7 qui débouchent dans l'enceinte par un orifice situé entre la grille 5 et le plan d'eau.Ces canalisations sont reliées à un moyen d'aspiration, par exemple un ventilateur, de sorte qu'une dépression est créée. dans le bas du four. L'eau monte légèrement dans le four, par.suite de cette dépression,et de l'air est aspiré, suivant les flèches, à travers les matières solides. Celles-ci sont enflammées dans la partiesupé- rieure qui peut comporter des brûleurs 8 cet effet. La zone de combustion 9 se propage de haut en bas et la combustion est entretenue par les matières combustibles contenues dans les matériaux 6. Les gaz volatils et les liquides qui se dégagent des schistes sous l'effet de la chaleur sont aspirés vers le bas et ne sont donc pas en contact avec la zone de combustion où ils risqueraient de brûler ou de se décomposer. Aucune pollution atmosphérique n'est a craindre car l'ensemble de l'installation est en dépression. Après condensation dans le bas du four puis dans des condenseurs s 'il y a lieu, les gaz aspirés sont lavés pour les débarrasser des poussières puis -envoyés vers une utilisation appropriée ou rejetés à l'atmosphère s'ils sont inutilisables. Dans le cas où les gaz aspirés contiennent des gaz nocifs ou corro sils, on peut les faire passer à travers des éléments qui les neutralisent. Par exemple, dans le cas du traitement des ordures ménagères, les gaz passent à travers une tour de lavage garnie de calcaire pour neutraliser les acides provenant de 1' incinération de certaines matières plastiques. La grille 5 est ouvrante pour permettre l'évacuation des déchets solides une fois que la zone de combustion a atteint le bas du four. Les déchets incandescents tombent par gravité dans lteau 4 où ils sont éteints. Des moyens d'évacuation, par exemple un scraper 10 ou tout autre moyen équivalent, sont placés sous le four pour évacuer les déchets 11. La grille 5 est constituée, par exemple, de deux demi grilles, 5a, 5b articulées chacune autour d'un axe 12a, 12b qui peut être placé au centre ou sur les côtés. Les figures 2 et 3 représentent un mode de réalisation d'un four vertical cylindrique,ovale ou polygonal,dtaxe x xl. Les parties identiques à celles de-la figure 1 sont designées par les memes repères. Les moyens d'é- vacuation des déchets sont constitués par exemple, par un scraper ou par des convoyeurs à raclettes ou à channes 13a, 13b placés sous la trémie ou à côté du four. La partie gauche de la figure 2 représente lefour en cours de combustion tandis que la partie droite représente le four en cours d'extraction des déchets 11. Ce four comporte > au-dessous de la grille, une goulotte centrale 14 destinée à recueillir les condensats. Cette goulotte communique, à ses deux extrémités, avec des conduites d'aspiration 15a et 15b. Au niveau de la grille, le four peut comporter une sole fixe 16 qui délimite une ouverture centrale de forme circulaire, rectangulaire ou carrée. Cette ouverture centrale est obturée par deux demi grilles 17a et 17b articulées chacune autour d'un axe central 18a, 18b placé au-dessus de la goulotte 14. Chaque demi grille s'ouvre en se rabattant vers la goulotte centrale et les déchets s'évacuent vers la périphérie. Cette disposition présente l'avantage de placer l'aspiration au centre d'où une progression plus régulière de la zone enflammée comme on l'a déjà exposé. Un déflecteur périphérique 19 est disposé au-dessus de la sole 16. Il est incliné vers le bas pour canaliser les condensats puis les déchets vers la grille. Le contour intérieur 19a de ce déflecteur s inscrit à l'intérieur de l'ouverture de la sole 16. Afin de canaliser les condensats vers la goulotte, le four comporte deux surfaces inclinées, planes ou courbes, par exemple deux plaques 20a et 20b, placées au-dessous de la grille et prenant librement appui sur le bord de la goulotte 14 de telle sorte qu'elles peuvent pivoter en glissant autour de celui-ci. L'extrémité supérieure de chacune de ces plaques est articulée autour d'un axe, respectivement 21a et 21b, parallèle aux axes 18a et 18b. Les axes 21a et 21b sont solidaires des extrémités libres des demi grilles 17a et 17b, c'est-à-dire des extrémités de ces grilles opposées aux axes 18a et 18b. Ainsi, comme le montre la figure 2, lorsque la demi grille 17a est fermée, la plaque 20a est inclinée du bord externe de la grille vers la goulotte 14. La largeur des plaques dans la direction parallèle aux axes d'articulation est évidemment égale à la largeur des -grilles ou légèrement supérieure. Tous les liquides provenant des condensations dans la partie inférieure du four tombent sur les plaques 20 et s'écoulent vers la goulotte. La goulotte peut être recouverte d'une grille à mailles très fines pour éviter la pénétration de particules solides. Lorsqu'on ouvre la grille pour évacuer les déchets, les plaques 20a et 20b, pivotent autour des articulations 21a et 21b et viennent se plaquer sous les demi grilles en formant un toit au-dessus de la goulotte comme le montre la partie droite de la figure 2. Grâce à cette disposition, les plaques 20a et 20b remplissent une double fonction. Elles servent à la fois à recueillir les condensats et à pro téger la goulotte lors de l'évacuation des déchets. Ce résultat est obtenu de façon très simple, sans aucun mécanisme autre que celui qui est utilisé pour commander lvtouverture et la fermeture des grilles qui entraînent automatiquement le repliement et le déployement des plaques. La figure 4 représente un mode de réalisation dans lequel l'encein- te du four 1 a une section rectangulaire ou carrée. La grille est forme de deux demi grilles 22a et 22b articulées chacune autour d'un axe 23a et 23b situés le long de deux parois opposées du four. Ce four pourrait être également de section circulaire, ovoide ou polygonale et dans ce cas, on dispose, comme dans le four représenté sur les figures 2 et 3, une sole fixe périphérique délimitant une ouverture centrale carrée ou rectangulaire fermée par deux demi grilles. Ce four comporte deux goulottes 24a et 24b placées le long des deux parois opposées du four portant les axes 23a et 23b, chacune de ces goulottes communiquant avec une conduite d'aspiration 25a et 25b. Deux plaques inclinées 26a et 26b sont placées au-dessous de chaque demi grille. Chacune de ces plaques est articulée, par son bord supérieur, sur un axe 27a, 27b fixé au bord libre de chaque demi grille tandis que les bords inférieurs des plaques reposent librement sur les bords des goulottes 24a et 24b. La partie gauche de la figure 4 montre la plaque 26a en position pour recueillir le8 condensats et la partie droite représente la plaque 26b repliée sous la demi grille 22b et protégeant la goulotte 24b. Cette dernière solution présente l'avantage d'une réalisation plus simple et d'une meilleure évacuation des déchets qui a lieu au centre du four. La grille ouvrante pourrait être en une seule partie et dans ce cas la plaque pour recueillir les condensats serait également d'une seule pièce. La ccinmande douverture et de fermeture des grilles peut être réalisée par tout moyen bien connu de l'homme de l'art, soit par des moyens agissant directement sur les axes de pivotement, soit par des leviers, des vérins, des câbles ou des chaînes agissant en tout autre point des grilles. La figure 5 représente un autre mode de réalisation dans lequel la partie inférieure la du four, située au-dessous des deux demi grilles 28a et 28b est élargie. Les goulottes 32a et 32b destinées à recueillir les condensats sont placées sur les parois latérales de la partie élargie la. Les demi grilles 28a et 28b sont articulées sur des axes latéraux 30a et 30b. Deux plaques inclinées 29a et-29b sont articulées aux extrémités centrales 31a et 31b des grilles et s'appuient librement sur le bord des goulottes 32a et 32b. Ce mode de réalisation convient bien au cas où les résidus ont tendance à s'agglomérer sous l'effet de la chaleur car, en s'ouvrant, les demi grilles 28a, 28b et les plaques 29a et 29b se rabattent dans la partie élargie et dégagent entièrement la section centrale du four Afin de canaliser l'aspira- tion au centre, on peut remplacer le déflecteur en équipant les grilles d'une couronne périphérique pleine 33a et 33b. En variante, toujours -pour faciliter l'évacuation des résidus, on peut utiliser des fours verticaux de forme tronconique ou pyramidale dont la grande base est placée à la partie inférieure. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, diverses parties des exemples décrits pourraient etre remplacées par des parties équivalentes bien connues de l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Produit nouveau constitué par un four pour brûler, pyrogéner ou distiller des matières combustibles solides depuis le haut jusqu'en bas,comportant une enceinte sensiblement verticale, dont l'extrémité inférieure est plongée dans l'eau, laquelle enceinte comporte à la partie inférieure une grille au-dessus de laquelle sont placées lesdites matières combustibles solides et au moins un orifice d'aspiration des gaz situé entre ladite grille et la surface de l'eau, caractérisé en ce que ladite enceinte est fixe, la dite grille est ouvrante et des moyens d'évacuation des résidus éteints sont placés dans l'eau sous ledit four. 2 - Four selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, au-dessous de ladite grille, au moins une goulotte pour recueillir les condensats et au moins une surface inclinée vers ladite goulotte et prenant appui sur celle-ci. 3 - Four selon la revendication 2 comportant au moins une grille pivotant autour d'un axe, caractérisé en ce que ladite surface inclinée est articu lée par son bord supérieur à l'extrémité libre de la grille opposée audit axe de pivotement de la grille. 4 - Four selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une ouverture d'aspirationsdébouchant dans une goulotte centrale, une gril le formée de deux demi grilles articulées chacune autour d'un axe central placé au-dessus de ladite goulotte et deux plaques situées au-dessous des grilles et iaclinées vers ladite goulotte pour recueillir les condensats, chacune de ces plaques étant articulée par son bord supérieur autour d'un txe porté par l'extrémité libre d'une demi grille et étant posée libre ment par son bord inférieur, sur un des bords de ladite goulotte. 5 - Four selon la revendication 4 de~section circulaire, ovoide ou polygona le, caractérisé en ce que ladite grille et lesdites plaques ont une forme carrée ou rectangulaire s'inscrivant dans la section du four et sont sur montées d'un déflecteur périphérique incliné vers le bas dont le contour intérieur s'inscrit à l'intérieur du contour desdites grilles. 6 - Four selon la revendication 3 de section rectangulaire, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une ouverture d'aspiration des. gaz associée à une goulotte située le long d'une paroi intérieure du four, au moins une grille rectangulaire articulée autour d'un axe placé le long de ladite paroi et au moins une plaque rectangulaire inclinée dont le bord supérieur est articulé au bord libre de ladite grille et dont le bord inférieur est posé librement sur ladite goulotte. 7 - Four selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce que la section inférieure du four comporte un élargissementplacé au dessous des grilles dans lequel sont situées les ouvertures d'aspiration, les goulottes pour recueillir les condensats et les axes dsarticulation des grilles. 8 - Four selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il a une forme tron conique ou pyramidale évasée vers le bas. 9 - Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite grille comporte une couronne périphérique pleine.