Brevet FR2482578A1 — publié le 19811120

La présente invention concerne un procédé pour refroidir le carbure de calcium fondi dans lequel celui-ci est évacué d'un four à une température de 1900 à 2100'C, puis refroidi et broyé, ainsi qu'un appareillage pour la mise en oeuvre du pro- cédé. Dans un procédé connu (brevet de la République Fédérale d'Allemagne n0 1 919 414), le carbure de calcium fondu, qui donne par gazéification 295 l/kg d'acétylène, est soumis à un refroi- dissement préalable pendant 4 h dans un wagonnet, jusqu'à ce que la température de surface atteigne environ 6000C, après quoi le bloc de carbure de calcium est prélevé et placé sur un dispositif trans- porteur lent sur lequel il se refroidit en 14 h environ à une tempé- rature d'environ 2000C; il est alors soumis à une fragmentation grossière sur un concasseur, jusqu'à un diamètre de morceau d'envi- ron 100 mm. Le carbure de calcium grossièrement fragmenté est transféré, à une hauteur de déchargement d'environ 30 cm, sur un convoyeur en caisson dont la vitesse est réglée en sorte que le carbure de calcium déchargé présente une température d'environ 1500C. Le carbure de calcium donne alors encore 293,5 l/kg d'acétylène, de sorte qu'il y a une perte en acétylène de 1,5 l/kg de carbure de calcium. Le procédé connu présente déjà plusieurs avantages par rapport au procédé du brevet allemand n0 1 148 216 mentionné dans le brevet précité, mais il a encore des inconvénients considé- rables: il faut de gros investissements en appareillage; d'autre part, la durée de séjour à l'intérieur de l'installation est extrêmement longue eniraison des longues durées de refroidissement, il faut disposer de surfaces considérables dans l'installation et la perte en acétylène est trop forte. La demanderesse a cherché à diminuer dans une mesure considérable les durées de refroidissement du carbure de calcium et à réduire au minimum les investissements en appareillage en limitant simultanément la place nécessaire, et à obtenir des granulés de carbure de calcium à une température d'environ 1500C avec une perte minimale en acétylène, avec une exploitation optimale de l'énergie mise en oeuvre. D'autres buts et avantages de l'invention appa- raltront plus clairement à la lecture de la description ci-après. Ces buts et avantages ont été atteints dans un procédé du type décrit en introduction et conformément à l'inven- tion en mettant d'abord le carbure de calcium fondu à l'état de gouttesqu'on refroidit ensuite à une température inférieure à 200'C. Le procédé selon l'invention, en particulier par la formation de gouttes, permet d'agrandir très fortement la surface des particules de carbure de calcium dans la durée la plus réduite, facilitant ainsi le rayonnement de chaleur ou l'échange de chaleur avec un milieu réfrigérant. Par ailleurs, un tel procédé permet d'éviter les systèmes à rails, les bandes transporteuses, les goulottes de refroidissement, les grues et un grand nombre de wagonnets, de même que de grands halls de refroidissement dans lesquels on doit attendre pendant les périodes de refroidissement. En détail, et conformément à l'invention, les gouttes de carbure de calcium sont de préférence refroidies en deux stades, d'abord à une température d'environ 500 à 6D00C au premier stade, puis à une température d'environ 150C au deuxième stade; après au total moins de 1 h. , elles peuvent être évacuées à l'état de granulés. A cet égard, il s'est avéré particulièrement avanta- geux de refroidir les gouttes de carbure de calcium en les envoyant dans au moins un lit tourbillonnaire de matière solide et de gaz inerte. Le refroidissement en lit tourbillonnaire conformément à l'invention a l'avantage d'assurer un très fort échange du contenu d'énergie entre les gouttes de carbure de calcium, d'une part, et - la couche tourbillonnaire et les surfaces de refroidissement du réfrigérant à couche tourbillonaire, d'autre part, de sorte qu'on peut réaliser un très fort refroidissement sur le trajet le plus court. On peut également, conformément à l'invention, utiliser comme matière solide du lit tourbillonnaire du carbure de calcium en grain. Simultanément, on peut mettre le carbure de calcium fondu à l'état de goutte à l'aide d'une tuyère de dispersion et d'un gaz inerte. Dans un mode de réalisation particulier du procédé selon l'invention, on utilise le gaz du four à carbure de calcium en tant que gaz inerte servant à fluidiser la matière solide, à disperser le carbure de calcium fondu et à transporter le carbure de calcium solide du premier lit tourbillonnaire à un deuxième lit tourbillonnaire, et on recycle le gaz de four, en faisant varier si on le désire sa pression et sa vitesse. Ce gaz de four à carbure contient en général environ 85%, en volume de CO, environ 12 à 15% en volume de H2 et des traces de N2, CO2 et CH4 Lorsqu'on opère de cette manière, il ne se produit pas de réactions superficielles sur les gouttes de carbure de calcium, de sorte que le rendement en acétylène est nettement accru par le procédé selon l'invention. Pour améliorer l'efficacité du procédé global,et en particulier pour récupérer de l'énergie et de la chaleur, on peut également, conformément à l'invention, prendre des dispositions particulières pour exploiter en partie au moins la chaleur latente du carbure de calcium pour produire de la vapeur. De même, on peut exploiter en partie au moins pour la production de vapeur la chaleur apportée au gaz inerte (gaz opé- ratoire, gaz de recyclage) par la compression polytrope. La vapeur obtenue peut être exploitée pour faire fonctionner des compresseurs pour le gaz inerte destiné à provoquer la fluidisation de la matière solide (gaz de fluidisation) et/ou pour produire de l'énergie électrique et/ou elle peut être envoyée dans un réseau de distribution de vapeur relié à l'installation. L'énergie électrique produite peut elle-même être réutilisée dans le procédé pour dans l'installation de préparation du carbure de calcium, par exemple pour le fonctionnement des élec- trodes du four à carbure de calcium et/ou des moteurs électriques, et/ou envoyée dans un réseau de distribution relié à l'installation. L'invention comprend également un appareillage pour la mise en oeuvre du procédé pour refroidir le carbure de cal- cium fondu, appareillage qui se caractérise en ce qu'il comporte une goulotte d'alimentation qu'on peut chauffer ou refroidir et une tuyère de dispersion du carbure de calcium fondu ainsi que deux refroidisseurs à lit tourbillonnaire placés en série. On peut également, conformément à l'invention, intercaler entre la goulotte d'alimentation et la tuyère de disper- sion un creuset de récolte et de dosage, et prévoir un trajet de transport pneumatique entre les deux refroidisseurs à lit tourbil- lonnaire. Conformément à l'invention, l'appareillage est de préférence en système clos, pratiquement totalement hermétique aux gaz, ce qui limite à un minimum les pollutions de l'environne- ment par les fumées, les poussières, les odeurs et le bruit. Pour une formation optimale des gouttes de car- bure de calcium, l'appareillage selon l'invention peut également comporter des déflecteurs dans la trajectoire du jet de la tuyère de dispersion; ces déflecteurs peuvent consister en un bord égout- teur, et dispositif permettant de réduire le jet en ondes ou des dispositifs permettant de produire une lamelle à partir du carbure de calcium fondu. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après d'un exemple de mode de réalisation en référence à la figure unique du dessin annexé qui représente schématiquement une installation pour la mise én oeuvre du procédé selon l'invention. Cet exemple illustre l'invention sans toutefois en limiter la portée. EXEMPLE L'installation représentée schématiquement dans la figure unique du dessin annexé permet de refroidir environ 20 t/h de carbure de calcium d'une température d'environ 2000'C à une température d'environ 150'C, en produisant, à partir de la chaleur dégagée, environ 21,8 t/h de vapeur à haute pression (3500C, 90 bars). Des orifices de vidange d'un ou plusieurs fours à carbure, 20 t/h de carbure de calcium fondu à 2000'C environ, passent par l'intermé- diaire du conduit 1 dans des goulottes hermétiques 2 dont le nombre total correspond au nombre des orifices de vidange des fours. Ces goulottes sont équipées d'une double enveloppe au travers de laquelle, selon les besoins, on peut envoyer un milieu réfrigérant ou bien, en particulier à la mise en route, des gaz chauds (gaz de fumée, gaz résiduaire de brûleur). Le carbure de calcium fondu s'écoule par l'inter- médiaire des goulottes 2 dans un creuset de récolte et de-dosage 3 E482513 également équipé d'une double enveloppe. Une partie de la chaleur latente est alors perdue par rayonnement. Par suite, le carbure de calcium se refroidit à environ 1950C. L'orifice de vidange du creuset de récolte et de dosage 3 peut être fermé par un cane 4. Par cet orifice, le carbure de calcium fondu s'écoule dans le tube central de la tuyère de dispersion 5, qui débouche dans un appareil à lit tourbillonna ire 6. La tuyère de dispersion 5 est une tuyère d'atomisation à deux substances. Par une fente annulaire entourant le tube central, le jet de carbure de calcium (environ 10,9 m 3/h) est transformé en gouttespar le gaz opératoire (environ 1800 m3 de gaz de four à carbure dans les conditions normales, c'est-à-dire à 1,013 bar et 273,15'Ke à l'heure) amené par le conduit 7 à une température de 240 0 et à une vitesse linéaire d'environ 100-m/s. Le diamètre de goutte moyen recherché est de 5 mm, mais on peut le faire varier dans des limites étendues en faisant varier la pres- sion d'arrivée et la vitesse du gaz opératoire. Dans l'appareil A lit tourbillonnaire 6, le gaz opératoire chaud (62 200 m de gaz de four à carbure dans les conditions normales à l'heure) pénètre par le bas, à contre-courant des gouttes de carbure de calcium fondu. Le gaz opératoire combiné (environ 64 000 m3 de gaz de four à carbure dans les conditions normales à l'heure) quitte, à une température de 600'C, l'appareil à lit tourbillonaire 6 par l'intermédiaire d'un cyclone de dépoussiérage 8; pendant ce temps, les gouttes de carbure fondues tombent en se refroidissant rapidement et en se solidifiant immédiatement dans le lit tourbillonnaire. Les gouttes et les granulés dé carbure de calcium formésà partir de ces gouttes cèdent rapidement leur chaleur latente par conduction et rayonnement au gaz opératoire amené par le conduit 9 et pénétrant à une température d'environ 290'C par le fond d'alimentation de l'appareil à lit tourbillonnaire 6 et aux surfaces de refroidisse- ment de cet appareil. Dans ces conditions, le carbure de calcium se refroidit à environ 60000, cependant qu'environ 64 000 m normaux à l'heure de gaz opératoire se réchauffent à environ 600'C. Les gra- nulés de carbure de calcium à une température d'environ 600 0 quittent l'appareil à lit tourbillonnaire 6 après une durée de séjour moyenne de 20 min par un conduit de débordement, traversant une vanne- écluse 10 et sont transportés par un courant partiel de gaz opératoire amené par le conduit 11 et la vanne 12, à un débit d'environ 3700 m3 normaux à l'heure et à une température d'environ 1350C, à un deuxième appareil.à lit tourbillonnaire à plusieurs étages 16 par l'intermédiaire d'un trajet de transport pneumatique 13, d'un cyclone 14 et d'une autre vanne-écluse 15. Dans l'appareil à lit tourbillonnaire 16, les granulés de carbure de calcium passent à contre-courant d'un courant partiel de gaz opératoire d'environ 31500 m normaux à l'heure amené par le conduit 11 et la vanne 17. L'appareil à lit tourbillonnaire 16 est conç en sorte que les granulés de carbure de calcium puissent être évacués de l'étage le plus bas, après une durée de séjour moyenne de 30 min, à une température d'environ 150'C et à une dimension de grain de 0 à 6 mm, par l'intermédiaire d'une vanne-écluse 18. Le gaz opératoire qui pénètre dans l'appareil à lit tourbillonnaire 16 à une température d'environ 1350C, par le fond d'alimentation, par l'intermédiaire de la vanne 17, est chauffé progressivement à 450'C environ et quitte l'appareil à lit tourbillonnaire 16 par l'intermédiaire du cyclone 19 (selon l'importance des poussières, on peut également utiliser le conduit de déviation représenté sur la figure en traits interrompus, qui évite le cyclone 19). Les deux courants partiels de gaz opératoire provenant du trajet de transport 13, du cyclone 14 et du conduit 20, ainsi que de l'appareil à lit tourbillonnaire 16, représentant au total environ 62 200 m normaux à l'heure, sont mélangés dans une soufflante à jet 21 (on peut également envisager un tube de Venturi), et la température du mélange s'établit à 2900C environ. Le mélange des gaz opératoires est ensuite envoyé par le conduit 9 au fond d'alimentation de l'appareil à lit tourbillonnaire 6. Les poussières séparées dans les cyclones 8 et 19 sont également recyclées à l'appa- reil à lit tourbillonnaire 6 par l'intermédiaire des vannes-écluses 22 et 23 respectivement, car il y a grossissement du grain dans l'appareil à lit tourbillonnaire 6. Le gaz opératoire représentant environ 64 000 m3 normaux à l'heure, qui quitte le cyclone 8 de l'appareil à lit tourbillonnaire 6 à une température d'à peine 6000C et dépoussiéré, est envoyé dans une partie récupération de chaleur. Dans un géné- rateur de vapeur 24, à partir d'eau d'alimentation de chaudière à une température d'environ 300'C, provenant d'un réchauffeur 25, on produit d'abord environ 15 t/h de vapeur à haute pression, bars et environ 350'C. Cette vapeur est combinée avec environ 6,8 t/h de vapeur à la même pression et au même niveau de température, formée sur les surfaces de refroidissement de l'appareil à lit tourbillonnaire 6. Au total, on récupère donc environ 21,8 t/h de vapeur à haute pression par le conduit 26. Dans le générateur de vapeur 24, le gaz opératoire est refroidi de 600'C à 3250C environ et passe dans le réchauffeur 25 pour l'eau d'alimentation de chaudière o il est à nouveau refroidi à environ 160'C en transférant sa chaleur latente à environ 21,8 t/h d'eau d'alimen- tation de chaudière qui passe alors d'environ 160 à environ 300'C et est envoyée en partie au générateur de vapeur 24 et en partie sur les surfaces de refroidissement de l'appareil à lit tourbil- lonnaire 6. L'eau d'alimentation de chaudière est sous une pres- sion d'environ 90 bars. Dans un autre réchauffeur à eau d'alimenta- tion de chaudière 27, le gaz opératoire est refroidi de 160'C environ à 40'C environ, en réchauffant 21,8 t/h environ d'eau d'alimentation de chaudière fraîche, amenée par le conduit 28, d'une température de 15'C environ à une température de 1250C envi- ron. Avant le compresseur du gaz opératoire 29, on dévie environ 1 800 m3 normaux à l'heure de gaz opératoire qu'on envoie au compresseur 30 du gaz de dispersion. Un conduit d'ar- rivée de gaz débouchant sur le conduit d'aspiration du compres- seur 30 pour le gaz de dispersion par l'intermédiaire de la vanne 31 permet d'amener du gaz opératoire frais; par contre, la vanne 32 placée derrière le réchauffeur 27 de l'eau d'alimentation de chau- dière permet d'évacuer du gaz opératoire hors du circuit. Environ 62 200 m3 normaux à l'heure de gaz opéra- toire à 40'C sont comprimés par le compresseur 29 du gaz opératoire; le gaz opératoire réchauffé dans ces conditions est refroidi à une température d'environ 1350C dans un refroidisseur intermédiaire 33; dans celui-ci, en même temps, environ 21,8 t d'eau d'alimentation de chaudière provenant du réchauffeur 27 sont réchauffées de 1250C environ à 1600C environ et passent ensuite dans le réchauffeur 25. Le gaz opératoire passe alors par le conduit 11 aux vannes 12 et 17 qui le répartissent entre le trajet de transport pneumatique 13 et l'appareil à lit tourbillonnaire 16. Le compresseur 30 du gaz de dispersion comprime la quantité de gaz opératoire utilisée comme gaz de dispersion (1 800 m3 normaux à l'heure) à une pression d'environ 8 à 10 bars. De ce compresseur, le gaz-passe à une température de 240'C à la tuyère de dispersion 5 par l'intermédiaire du conduit 7. Pour le chauffage du creuset de récolte et de dosage 3, des goulottes 2 et éventuellement de la tuyère de disper- sion 5, on a prévu un moufle à brûleur 34, alimenté en gaz combus- tible et air ou oxygène. Par un orifice d'évacuation de la double enveloppe des goulottes 2, les gaz de fumée et de combustion quittent l'installation de refroidissement du carbure et sont envoyés dans des installations déjà existantes. Du fait que le carbure est refroidi dans des réci- pients fermés en atmosphère de gaz inerte, la perte de rendement en acétylène au cours du refroidissement représente moins de 0,3 l/kg de carbure de calcium. Naturellement, on peut apporter de nombreuses modi- fications au procédé et à l'appareillage décritsà titre d'exemple sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, celle-ci n'est nullement limitée à l'utilisation de gaz de four à carbure en tant que gaz de dispersion, de fluidisation et/ou de transport; on peut également prévoir d'autres trajets de transport pneumatique, dans lesquels on utilisera également avantageusement un gaz inerte en tant que gaz transporteur. De même, l'invention n'est nullement limi- tée, pour la formation des gouttes, à la tuyère de dispersion repré- sentée sur la figure et décrite ci-dessus; on peut utiliser des dis- positifs équivalents. - Éo82 7 8 R E V E N D t C-A I _0E S 1 - Procédé pour refroidir le carbure de calcium fondu dans lequel le carbure de calcium est vidangé d'un four à une température de 1900 à 21000C, puis refroidi et soumis à fragmenta- tion, ce procédé se caractérisant en ce que le carbure de calcium fondu est d'abord mis à l'état de gouttes qui sont ensuite refroi- dies à une température inférieure à 2000C. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gouttes de carbure de calcium sont refroidies en deux stades, d'abord à une température d'environ 500 à 6000C au premier stade, puis à une température d'environ 1500C au deuxième stade, et évacuée en moins de 1 h au total à l'état de granulés. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que, pour refroidir les gouttes de carbure de calcium, on les envoie dans au moins une couche tourbillonnaire de matière solide et d'un gaz inerte. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la matière solide utilisée consiste en grains de carbure de calcium. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que le carbure de calcium fondu est transformé en gouttes dans une tuyère de dispersiond l'aide d'un gaz inerte. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'on utilise en tant que gaz inerte pour fluidiser la matière solide, pour disperser le carbure de cal- cium fondu et pour transporter le carbure de calcium solide de la première couche tourbillonnaire à unedeuxième couche tourbillon- naire du gaz de four provenant du four à carbure de calcium et en ce que l'on recycle ce gaz de four en faisant varier si on le désire la pression et la vitesse. -. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on exploite en partie au moins la chaleur latente du carbure de calcium pour produire de la vapeur. 8 - Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une goulotte d'alimentation (2) qu'on peut chauffer ou refroidir et une tuyère de dispersion (5) pour le carbure de calcium fondu, et deux refroidisseurs à couche tourbillonnaire (6 et 16) placés en série. 9 - Appareillage selon la revendication 8, caracté- risé en ce que, entre la goulotte d'alimentation (2) et la tuyère de dispersion (5), on a intercalé un creuset de récolte et de dosage (3) et en ce que l'on a prévu un trajet de transport pneumatique (13). - Appareillage selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il est en système clos, hermétique au gaz. 11 - Appareillage selon l'une quelconque des reven- dications 8 à 10, caractérisé en ce que, dans la trajectoire du jet de la tuyère de dispersion, on a placé des déflecteurs qui renforcent la formation de gouttes à partir du carbure de calcium fondu.