Brevet FR2478287A1 — publié le 19810918

L'invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de chauffage de matière particulaire et plus particulièrement à un procédé et à un dispositif de chauffage et de séchage de charbon finement divisé et de matières particulaires semblables avant leur utilisation ultérieure ou la suite de leur traitement. Il existe fréquemment au cours du traitement de nombreuses matières une phase à laquelle il est nécessaire ou souhaitable de réchauffer la matière sous forme de particules finement divisées. Cette remarque est vraie pour de nombreux polymères, matières solides minérales et matières solides organiques telles que le charbon. Le charbon est un exemple particulièrement bon et très pertinent actuellement des matières de ce type en raison de la nécessité de préserver les hydrocarbures liquides et gazeux et d'utiliser à leur place une autre source d'énergie constituée de charbon. Le charbon doit être manipulé avec précaution, en particulier lorsqu'il est très finement divisé, en raison du risque d'explosion qui existe en présence d'oxygène pouvant se trouver dans une atmosphère de chauffage et/ou de séchage du charbon. Cette remarque est également vraie pour d'autres matières oxydables finement divisées, telles que les matières plastiques ou autres. Différentes suggestions ont été faites pour le séchage du charbon et d'autres matières en particules fines. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique suivants sont des exemples de l'art antérieur concernant ce sujet: N0 2 833 055, NO 2 956 347, N0 3 190 867, NO 3 192 068, N0 3 212 197, N0 3 218 729, N0 3 238 634, N0 3 250 016, N0 3 309 780, N0 3 339 286, NO 3 699 662, N0 3 800 427, N0 3 805 401, N0 3 823 487, NO 3 879 856, N0 3 884 620, N0 3 896 557, N0 3 921 307, N0 4 043 049, N0 4 153 427. Ces brevets décrivent différents procédés de séchage de matière pulvérulente ou granulaire, qui consistent à fluidiser ces matières dans un courant de gaz qui peut comprendre ou qui peut être en totalité le liquide contami- nant lui-même qui a été vaporisé. Les brevets dans lesquels ce processus est décrit sont essentiellement ceux qui concer- nent le traitement de polymères et du charbon, traitement consistant à éliminer un liquide contaminant organique ou de l'eau. Les structures et les opérations décrites dans ces brevets sont en général plus complexes et plus coûteuses que celles de la présente invention et n'ont en général pas été mises en oeuvre à l'échelle industrielle, à la connaissance de la Demanderesse. Parmi les brevets des Etats-Unis d'Amérique mentionnés ci-dessus, ceux qui portent les numéros 4 153 427, NO 3 800 427 et 3 212 197 sont ceux qui se rapprochent le plus du principe de l'invention. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique NI 4 153 427 décrit un procédé qui consiste à mettre tout d'abord le charbon sous forme d'une pâte, puis à le pulvériser dans un courant de vapeur surchauffée introduit simultanément par une tuyère au fond d'une tour verticale. Ce procédé implique donc les frais de mise en pâte, de mise sous pression et de pulvérisation. Par ailleurs, le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique NO 3 800 427 se rapporte essen- tiellement à l'élimination du soufre de charbon utilisé pour la production de coke et il nécessite l'introduction simultanée de gaz inerte et de vapeur d'eau pour sécher le charbon et éliminer le soufre. Il s'agit d'un mode opératoire relativement complexe et il ne convient pas de manière générale pour le chauffage ou le séchage de matières particulaires. Le procédé de ce brevet provoque le dégagement de quantités importantes de gaz contenant du soufre, ces gaz devant être traités et ce procédé ne comportant aucun recyclage du fluide de transport. Le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique NO 3 212 197 est de même très complexe et implique l'utilisation d'un épurateur du gaz de transport afin d'en éliminer les vapeurs étrangères et de régler la pression du système. La structure d'un tel système est complexe et coûteuse à l'utilisation et produit un volume important de déchets d'épuration qui doivent être purifiés, sinon ils deviennent des matières polluantes de l'environnement. La présente invention se rapporte à un procédé de séchage et/ou de chauffage de matières particulaires dont le principe est fondé sur le recyclage d'un fluide condensable tel que de la vapeur d'eau et qui est de préférence dégagée par le charbon lui-même de manière à créer un lit fluidisé de particules qui sont chauffées soit au moyen d-'un gaz préa- lablement chauffé, soit par un dispositif de chauffage direct, un dispositif de récupération étant par ailleurs prévu pour l'évacuation des particules qui ont été chauffées et/ou séchées à un niveau prédéterminé. Lorsqu'un gaz ou une vapeur condensable est dégagé lors du chauffage et/ou du séchage, la vapeur devient le fluide de transport et le circuit est réalisé de manière à conserver la température de ce gaz ou de cette vapeur et de manière à éliminer la partie de ce gaz ou de cette vapeur qui est excédentaire par rapport à celle qui est nécessaire à supporter les particules dans le lit fluidisé. Donc, dans le présent mémoire, lorsqu'il est question d'un gaz inerte ou "exempt d'oxygène", il s'agit d'un gaz qui ne contient pas de l'oxygène en quantité pouvant avoir un effet dégradant sur le produit. Suivant un mode de mise en oeuvre avantageux du procédé de l'invention, il consiste essentiellement à envoyer la matière particulaire devant 6tre chauffée et/ou séchée dans une chambre de fluidisation, à fluidiser et à chauffer cette matière particulaire à l'aide d'un flux ascendant de gaz porté par chauffage à une température suffisante à élever celle de la matière particulaire pour la mettre à un niveau prédéterminé, le débit du flux de gaz étant suffisant pour fluidiser et/ou transporter la matière particulaire, à évacuer la matière particulaire chauffée du lit fluidisé, à réchauffer partiellement au moins une partie du gaz dans un échangeur de chaleur et à la recycler dans le lit fluidisé, le gaz de fluidisation étant ainsi recyclé en continu. Lorsque la matière particulaire est humide et dégage du gaz ou des vapeurs pendant le chauffage, par exemple de la vapeur d'eau dans le cas de particules de charbon lavé à l'eau, les vapeurs sont utilisées de préférence en gaz inerte de transport pour le lit fluidisé et des appareillages assurent l'évacuation et la condensation des vapeurs en excès. Lorsque la matière particulaire envoyée dans le système est totale- ment sèche, une vapeur convenable peut être additionnée de manière à compenser les pertes occasionnées dans le système par l'évacuation des particules chauffées. Le chauffage de la matière particulaire et du gaz peuvent être effectués par - contact direct avec des éléments chauffants placés dans ladite chambre de fluidisation. Lorsqu'il s'agit de charbon, ce principe garantit la protection totale de l'environnement, car seuls du charbon chauffé et de l'eau sont évacués. Si l'eau est "sale", il est beaucoup plus facile de la traiter et de la purifier qu'un gaz sale. L'invention va être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 est un schéma fonctionnel d'un mode de mise en oeuvre du procédé de chauffage de particules; - la figure 2 est un schéma fonctionnel du mode de mise en oeuvre de la figure 1, mais dans le circuit duquel une partie de la vapeur dégagée dans le système est éliminée par condensation; - - la figure 3 est un schéma fonctionnel d'une variante de mise en oeuvre du procédé qui utilise le chauffage direct dans la chambre de fluidisation; et - la figure 4 est un schéma fonctionnel du mode de mise en oeuvre de la figure 3 destiné au *chauffage et au séchage de particules et qui comprend le recyclage et le réchauffage d'une partie de la vapeur à l'aide de brûleurs auxiliaires. La figure 1 représente une chambre de fluidisa- tion et de chauffage 10, un chargeur 11 qui alimente ladite chambre de chauffage 10 en matière particulaire devant être chauffée entre son sommet et son fond, une canalisation 12 d'admission de gaz dans le fond de la chambre 10, ce gaz provenant d'un échangeur de chaleur 13. Une canalisation 14 de sortie par le sommet de la chambre 10 dirige la matière particulaire chauffée fluidisée sur un ou plusieurs cyclones qui séparent cette matière du gaz transporteur, ce gaz passant par une canalisation 16 et étant renvoyé dans l'échangeur de chaleur 13 pour être recyclé. La matière particulaire chauffée est évacuée du fond des cyclones 15 par un tiroir de trémie 18. Le mode de réalisation de la figure 2 est dans son ensemble pratiquement semblable à celui de la figure 1, mais il est conçu pour sécher ainsi que chauffer la matière particulaire. Dans ce mode de réalisation, les éléments qui sont les mêmes que ceux de la figure 1 portent les mêmes références avec un suffixe prime et le mode de fonctionnement sera décrit pour le séchage de charbon en particules fines qui a été lavé à l'eau et qui est un exemple représentatif de telles matières. Les fines de charbon sont envoyées dans la chambre de fluidisation et de chauffage 10' par un chargeur 1V dans lequel elles sont fluidisées par de la vapeur d'eau portée à température élevée par un échangeur de chaleur 13' et entrant dans la chambre 10' par une canalisation 12'. Les particules humides de charbon sont fluidisées et chauffées et l'eau est vaporisée et rejoint le flux de fluide de transport. Les particules chauffées et séchées de charbon fluidisé sont transportées dans des cyclones 15' qui le séparent du flux de gaz qui est renvoyé par une canalisation 16' dans l'échangeur de chaleur 13'. Une canalisation 17 de soutirage entre les cyclones 15' et l'échangeur de chaleur 13' évacue du circuit une quantité de gaz qui est sensible- ment égale à celle qui est introduite par le séchage et le chauffage du charbon, cette canalisation envoyant cet excès de gaz dans un condenseur 19 dans lequel il est transformé en liquide et extrait du système pour être envoyé à la décharge ou dans un appareillage d'épuration si nécessaire. Les gaz non condensables peuvent être recueillis de manière semblable et évacués du système. Les figures 3 et 4 représentent des variantes de réalisation dans lesquelles des éléments chauffants sont utilisés dans la chambre de fluidisation. La figure 3 représente une chambre horizontale allongée 30 de fluidisa- tion et de chauffage qui comporte des tubes 31 de brûleur de chauffage par rayonnement qui sont disposés dans le sens de la longueur dans la chambre 30, les gaz étant évacués de cette dernière par une extrémité et dirigés sur une chambre de surchauffe 22 qui est garnie d'un revêtement réfractaire. Un chargeur 33 envoie la matière particulaire solide devant être chauffée dans ladite chambre 30 à proximité de l'une de ses extrémités. Plusieurs canalisations 34 d'admission de gaz provenant d'une tubulure 35 dirigent le gaz de fluidisation à l'extrémité de la chambre 30 qui est à l'opposé de celle du chargeur 33, un ventilateur 26 assurant le recyclage de ce gaz. Le gaz recyclé est de préférence évacué de la chambre 30 par une canalisation 39 et passe dans des tubes 37 de la chambre de surchauffe 22 dans laquelle ce gaz recyclé est chauffé par les gaz de carneau provenant des éléments 31 de chauffage par rayonnement avant que ces gaz de carneau ne soient envoyés dans une cheminée. La matière particulaire chauffée et sèche est évacuée de la chambre 30 par une canalisation 40 qui l'envoie dans une chambre collectrice 41. La vapeur d'eau en excès est évacuée de la chambre 30 par une canalisation de soutirage 42 et envoyée dans un condenseur 43 dans lequel elle est refroidie, condensée et déchargée sous forme d'eau sale par une canalisation 44. Le mode de réalisation représenté sur la figure 4 est sensiblement le même, mais est conçu pour effectuer un surchauffage complémentaire du gaz évacué de la chambre de chauffage, ce gaz recyclé subissant la surchauffe au moyen de brûleurs auxiliaires 50. Les éléments de ce mode de réalisation qui sont les mêmes que ceux de la figure 3 portent les mêmes références avec un suffixe prime et le mode de fonctionnement sera décrit pour le séchage de particules fines de charbon qui sont un exemple représentatif de ces matières. Les fines de charbon sont dirigées sur la chambre de fluidisation et de chauffage 30' par un chargeur 33', ces fines étant fluidisées par de la vapeur d'eau portée à température élevée par le surchauffeur 37' et entrant dans la chambre 30' par des canalisations 34' branchées sur une tubulure 35'. Les particules de charbon humide sont fluidisées et chauffées et l'eau est vaporisée et rejoint partiellement le flux de transport passant par la canalisa- tion 39', tandis qu'une partie en est évacuée par une canali- sation 42' et dirigée sur un condenseur 43'. Les particules fluidisées de charbon qui sont chauffées et séchées sont transportées dans une chambre collectrice 41'. La canalisation 421 de soutirage sur la chambre 30' évacue du système une partie du gaz qui est sensiblement égale à celle qui est dégagée par le séchage et le chauffage du charbon et l'envoie au condenseur 43' dans lequel il est transformé en liquide et évacué du système par une canalisation 44' qui l'envoie à la décharge ou sur un appareillage d'épuration, si nécessaire. Les gaz non condensables peuvent être recueillis et évacués de manière semblable. La structure et le procédé de l'invention ont de nombreux avantages. Ils sont simples mais néanmoins effi- caces. L'utilisation de vapeur d'eau ou d'autres gaz non combustibles en agent de fluidisation élimine le risque d'explosion qui est inhérent au traitement de matières particulaires organiques finement divisées. Elle est avantageuse pour l'environnement, car elle élimine tous les déchets gazeux qui sont difficiles à épurer. Les gaz non condensables qui sont dégagés par le chauffage ou le séchage ne sont pas contaminés par des produits de combustion comme dans les appareils de séchage ou de chauffage à foyer direct et des appareillages convenables peuvent être prévus pour séparer les gaz condensables de ceux qui ne le sont pas. Ces appareillages peuvent comprendre un condenseur ou des appareils semblables de séparation des gaz condensables de ceux qui ne le sont pas. Ces appareils sont très rentables du point de vue de la consommation d'énergie. Il va de soi que l'invention n'a été décrite qu'à titre d'exemple et qu'elle est suceptible de diverses modifications sans sortir de son domaine. REVENDICATIONS 1. Procédé de chauffage-et de séchage de matière particulaire solide, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à envoyer une matière particulaire solide devant être chauffée dans une chambre de fluidisation ou de chauffage, à fluidiser et chauffer cette matière particulaire solide à l'aide d'un flux ascendant de gaz exempt d'oxygène, à une température suffisante pour élever celle de la matière particulaire et la porter à un niveau prédéterminé, le débit de ce flux étant suffisant pour fluidiser et/ou transporter la matière particulaire, à évacuer ladite matière particulaire chauffée du lit fluidisé ou du flux de transport, à réchauffer le gaz exempt d'oxygène dans un échangeur de chaleur et à recycler ce gaz dans ladite chambre de fluidisation, la matière particulaire solide étant fluidisée et chauffée en continu et évacuée en continu dudit lit fluidisé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit subit le chauffage et le séchage et le l'excès de gaz est évacué du système et condensé. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la matière particulaire est du charbon et le gaz inerte est de la vapeur d'eau. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la matière particulaire chauffée est évacuée dans un séparateur à cyclones ou elle est prélevée sur le lit fluidisé. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la matière particulaire chauffée est évacuée dans plusieurs séparateurs à cyclones montés en série. 6. Appareillage de chauffage de matière particulaire solide, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre sensiblement verticale de fluidisation (10) comprenant un sommet et un fond, un chargeur (11) dirigeant la matière particulaire dans ladite chambre de fluidisation entre son sommet et son fond, des organes (12) d'introduction d'un gaz chauffé, exempt d'oxygène, dans ladite chambre de fluidisation à proximité de son fond, ce gaz étant à une température suffisante pour porter la matière particulaire solide à une température prédéterminée et son débit étant suffisant pour fluidiser et/ou transporter ladite matière particulaire solide, des séparateurs à cyclones (15) étant raccordés au voisinage du sommet de ladite chambre de fluidisation de manière à recevoir la matière particulaire chauffée et fluidisée et à la séparer dudit gaz, un échangeur de chaleur (13) recevant le gaz dudit séparateur à cyclones, cet échangeur de chaleur étant équipé d'un circuit de réchauffage et des organes de raccord (12) reliant ledit échangeur de chaleur auxdits organes qui dirigent le gaz dans la chambre de fluidisation. 7. Appareillage de chauffage et de séchage selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des organes de soutirage (17) disposes entre le séparateur à cyclones (15') et l'échangeur de chaleur (13') et destinés à évacuer l'excès de gaz du système. 8. Appareillage selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un condenseur (19) raccordé auxdits organes de soutirage et destiné à transformer tous les gaz condensables en un liquide. 9. Procédé de chauffage et de séchage de matière particulaire, caractérisé en ce qu'il consiste essentielle- ment à diriger une matière particulaire devant être chauffée dans une chambre de fluidisation et de chauffage, à fluidiser et chauffer ladite matière particulaire à l'aide d'un flux ascendant de gaz exempt d'oxygène, dont la température est suffisante, à élever celle de la matière particulaire pour la porter à un niveau prédéterminé et dont le débit est suffisant pour fluidiser et/ou transporter la matière particulaire, à chauffer indirectement ledit gaz dans ladite chambre de fluidisation et de chauffage afin de le maintenir au niveau souhaité de température, à évacuer ladite matière particulaire chauffée du lit fluidisé ou du flux de transport et à recycler ledit gaz exempt d'oxygène dans ladite chambre de fluidisation, ladite matière particulaire étant fluidisée et chauffée en continu et évacuée en continu dudit lit fluidisé. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit gaz exempt d'oxygène est réchauffé dans un échangeur de chaleur pendant son recyclage, au moins en partie par les gaz évacués et provenant dudit chauffage indirect. 11. Procédé selon l'une des revendications 9 et , caractérisé en ce que la matière particulaire est du charbon et le gaz inerte est de la vapeur d'eau. 12. Procédé selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que le gaz exempt d'oxygène et recyclé est dirigé sur un surchauffeur qui est chauffé par les gaz évacués et provenant dudit chauffage indirect ainsi que par des éléments de chauffe auxiliaires qui sont combinés avec ce chauffage par ces gaz d'évacuation. 13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la vapeur recyclée est dirigée sur un surchauffeur qui est chauffé par les gaz d'évacuation provenant dudit chauffage indirect ainsi que par des éléments de chauffe auxiliaires qui sont combinés avec ce chauffage par ces gaz d'évacuation. 14. Appareillage de chauffage de matière parti- culaire, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre de fluidisation sensiblement horizontale (30) comprenant un sommet et un fond ainsi que deux extrémités distantes, un chargeur (33) qui dirige la matière particulaire dans ladite chambre de fluidisation à proximité de l'une de ses extrémités, des organes (34) d'introduction d'un gaz chauffé, exempt d'oxygène dans ladite chambre de fluidisation à proximité de son fond, ce gaz étant à une température suffisante pour porter la matière particulaire à une température prédéterminée et son débit étant suffisant pour fluidiser et/ou transporter ladite matière particulaire, les éléments de chauffage indirect (31) étant disposés en longueur dans ladite chambre de fluidisation et étant destinés à chauffer ledit gaz exempt d'oxygène, les organes (40) voisins de l'autre extrémité de cette chambre de fluidisation étant destinés à recevoir la matière particulaire chauffée et fluidisée et à la séparer dudit gaz, il un échangeur de chaleur (22) recevant au moins une partie du gaz provenant de ladite autre extrémité de la chambre de fluidisation et étant destiné à réchauffer ce gaz et un raccord (35) reliant ledit échangeur de chaleur aux organes qui dirigent le gaz dans la chambre de fluidisation. 15. Appareillage de chauffage et de séchage selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend des organes de soutirage (42) montés entre lesdits organes de séparation et l'échangeur de chaleur et destinés à évacuer l'excès de gaz du système. 16. Appareillage selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend un condenseur (43) qui est relié auxdits organes de soutirage et qui est destiné à transformer tout gaz condensable en un liquide. 17. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 14, 15 et 16, caractérisé en ce que lesdits éléments de chauffage indirect consistent en tubes de chauffage par rayonnement (31) disposés en travers de ladite chambre, une chambre de surchauffage (22) recevant les gaz d'échappement de ces tubes de chauffage par rayonnement afin de surchauffer le gaz recyclé. 18. Appareillage selon l'une quelconque des revendications 14, 15 et 16, caractérisé en ce que ledit gaz exempt d'oxygène est de la vapeur d'eau. 19. Appareillage selon la revendication 18, caractérisé en ce que lesdits éléments de chauffage indirect sont des tubes de chauffage par rayonnement (31') qui sont disposés en travers de ladite chambre (30'), une chambre de surchauffe (32') étant destinée à recevoir les gaz d'échappement de ces tubes de chauffage par rayonnement afin de surchauffer le gaz recyclé. 20. Appareillage selon la revendication 19, caractérisé en ce que des éléments de chauffe auxiliaires (50) sont montés dans ladite chambre de surchauffe.