Brevet FR2503735A1 — publié le 19821015

La présente invention se rapporte à un procédé selon lequel des substances organiques ou inorganiques ou des mélanges de telles substances sont soumis à un traitement qui améliore ou augmente leur pouvoir calorifique dis- ponible dans la pratique. Plus particulièrement, le procédé selon l'invention se propose d'améliorer le pouvoir calorifique utile des mélanges combustibles et plus précisément de ceux comprenant un composant solide et un composant liquide. Il-est universellement connu d'utiliser pour produire de l'énergie, des combustibles renfermant un composant solide (par exemple, de la houille, de l'anthracite, de la lignite ou du schiste, et parfois des mélanges de ceux- ci) et un composant liquide (par exemple, du fuel lourd et de l'eau). La compo- sition des mélanges combustibles utilisés dans la pratique varie dans une gamme très large. Dans ces mélanges, la proportion d'eau se situe généralement entre et 20 % du poids total du mélange. La teneur en composants solides, par exemple, en houille, ainsi qu'en fuel lourd ne descend généralement pas au- dessous de 10 % du poids de l'ensemble du mélange; en diminuant dans le mélange la proportion de la houille, par exemple, on augmente en rapport la proportion du fuel lourd. Les mélanges de combustibles sont de plus en plus utilisés en remplacement des combustibles à composants purement liquides, comme le fuel lourd, car ces mélanges sont nettement moins onéreux que les composants liquides pris en eux-mêmes. Le principal inconvénient des mélanges de combustibles, comprenant des composants liquides et solides, réside dans leur faible pouvoir calorifique. Les procédés jusqu'à présent connus pour améliorer ou augmenter le pouvoir calorifique des mélanges combustibles en question consistaient à utili- ser des composants solides ayant un pouvoir calorifique aussi élevé que possible (par exemple, de la houille ou du charbon de terre) en augmentant en même temps la proportion du fuel lourd par rapport aux autres composants du mélange. Dans ce cas, on calcule la valeur du pouvoir calorifique Q du mélange combustible (exprimée, par exemple, en kJ/kg) en partant de la valeur du pouvoir calorifique des composants solides (fuel lourd) et en se basant sur la proportion de ces composants dans le mélange, sans tenir compte de l'eau, c'est-à-dire, qu'on a O A x=OAx + BxQ o mélange composants solides composants liquides A et B représentent respectivement la teneur en composants solides et liquides du mélange, exprimés en pourcentages pondéraux. Dans les procédés connus pour préparer des mélanges combustibles comprenant des composants solides et liquides, on réduit les composants solides en poussière avant de les mélanger, dans des dispositifs de mixtion mécaniques, par exemple, dans des mélangeurs à turbine, avec les composants liquides. L'inconvénient de ces procédés connus réside dans le fait que la mixtion des composants est insuffisantece qui a pour conséquence que le mé- lange de combustible se décompose rapidement, généralement en l'espace de quelques heures en formant des couches, si on ne le remue pas constamment. Or, cette nécessité de remuer ou d'agiter constamment le mélange complique consi- dérablement son utilisation. Pour remédier à cet inconvénient, on incorpore à ces mélanges différents composants de stabilisation, principalement des substances chimiques. En général, les additifs de stabilisation ne représentent que quelques pourcents du poids total du mélange combustible. Les additifs choisis permettent d'augmenter considérablement la stabilité des mélanges combustibles - dont la séparation en couche ne se produit qu'après plusieurs, en général deux à trois jours - mais ces agents de stabilisation ont le défaut de rendre le mélange combustible nettement plus onéreux, et n'apporte pas une solution satisfaisante au problème de l'obtention de mélanges parfaitement stables. Lorsqu'on utilise les procédés actuellement connus pour la prépara- tion des mélanges combustibles sus-mentionnés, par exemple, celui qui consiste à mélanger les composants dans des mélangeurs mécaniques, on obtient des mélanges combustibles dont le pouvoir calorifique effectif correspond à celui calculé à l'aide de la formule ci-dessus. Autrement dit, l'eau, qui entre dans la composi- tion des mélanges combustibles en question, ne participe pratiquement pas au processus de combustion. Dans ces procédés connus de préparation de mélanges combustibles à pouvoir calorifique élevé, ce fait représente un inconvénient comparativement au procédé proposé par la présente invention. Le but de la présente invention est de développer un procédé pour augmenter ou améliorer le pouvoir calorifique utile des combustibles ou des mélanges combustibles qui renferment des composants solides et liquides. L'in- vention est basée sur l'observation que par l'utilisation des forces d'inertie des substances, par exemple, sous des accélération élevées (par exemple, de g), la structure de ces substances subit une modification grâce à laquelle, au cours des réactions ultérieures entre les substances ainsi influencées par d'intenses forces d'inertie, se développe une certaine énergie supplémentaire, comparativement à la quantité d'énergie fournie par les mêmes substances qui n'auraient pas été traitées de la manière indiquée ci-dessus. Pour atteindre ce but, la présente invention propose un procédé dans lequel le ou les composants du mélange combustible sont soumis à un traite- ment par impulsions. De préférence, on applique à des particules de mélange une accélération d'au moins 108g, ce qui fait que, par exemple, en moins de 10 seconde, une énergie de 40 kJ est transmise à chaque kilogramme du mélange combustible. Un tel traitement peut être exécuté en soumettant les substances, par exemple, à une série d'impulsions d'explosions, à des décharges électri- ques en série ou bien en traitant ces substances ou le mélange combustible au moyen d'impulsions mécaniques dans des dispositifs à rotor ou analogues. L'invention a également pour objet un dispositif au moyen duquel des mélanges combustibles en particulier peuvent être préparés selon le pro- cédé de l'invention. L'invention sera décrite ci-après plus en détail à la lumière de quelques exemples de réalisation. Des essais auxquels on a procédé ont montré qu'en soumettant par exemple, à une série d'impulsions mécaniques, un mélange combustible comprenant 41, 7 % de houille, 41,7 % de fuel lourd et 16,7 % d'eau, et en transférant ainsi à ce mélange pendant 10-3 seconde une quantité d'énergie supérieure à 108 kJ/kg, on réalise une augmentation du pouvoir calorifique utile de ce mélange d'environ 5443 kJ/kg, c'est-à-dire, une augmentation approximativement cinquante fois supérieure à la quantité d'énergie utilisée pour le traitement. Cette augmentation du pouvoir calorifique utile d'un mélange combustible ainsi traité est également influencée, dans une certaine mesure, par le rapport entre les composants du mélange et les propriétés physico- chimiques des composants. C'est pourquoi il convient de choisir, en procédant à des expériences, le mode opératoire rationnel destiné à être adopté pratique- ment, en partant de substances bien déterminées. A la combustion des mélanges combustibles, élaborés selon le procédé cidessus participe également, en tant que composant actif, l'eau. La combustion de ces mélanges est plus complète que celle des mélanges analogues non traités. De plus, les mélanges ainsi traités sont extraordinairement stables, pendant leur stockage. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, on peut adopter des disposi- tifs de désintégration comme celui décrit dans la demande de brevet allemand publiée n02 926 042, qui sert à la préparation du charbon aux fins de gazéifi- cation et d'hydrogénation. Un tel dispositifde désintégration pour la dispersion des substances présente deux disques rotatifs tournant en sens inverses, qui sont montés à une certaine distance l'un de l'autre et dont le pourtour est garni de plusieurs rangées d'éléments de percussion en forme de tiges qui s'engagent par rangées alternativement les uns dans les autres, ainsi qu'un dispositif d'alimentation central et une enveloppe périphérique comportant un entonnoir de sortie, ces 2S03735 disques ayant un rayon égal ou supérieur à environ 50 cm. Comme on le sait, la structure du dispositif de désintégration pour disperser et pour activer mécaniquement la houille (anthracite), la limite et le schiste, c'est-à-dire, le dispositif décrit dans la demande de brevet allemand n0 2 926 042, assure une bonne préparation technologique (activation de la houille), à la suite de laquelle les processus qui suivent de gazéification et d'hydrogénation se déroulent d'une manière plus rationnelle. On a constaté que ces dispositifs de désintégration nécessaires pour l'activation mécanique de la houille rendent également possible une bonne préparation de la houille en vue de son utilisation dans les mélanges combus- tibles comprenant des composants solides et liquides et permettent d'améliorer sensiblement la stabilité de ces mélanges pendant des stockages de longue durée. L'expérience montre que pour obtenir des résultats satisfaisants, le mode opératoire des-rotors du dispositif de désintégration destiné à activer la houille doit être choisi de telle façon que les particules de charbon subis- sent au moins trois impacts successifs rapides à une vitesse d'impact de l'ordre d'au moins 50 m/s dans le premier circuit du rotor et d'au moins m/s dans le dernier. Dans ces conditions l'activation mécanique du charbon est assurée dans une mesure technologiquement avantageuse. D'autre part, l'ex- périence enseigne également que le mode de fonctionnement rationnel du disposi- tif d'activation mécanique de la houille (anthracite, lignite, schiste) est caractérisé par la quantité d'énergie nécessaire pour le traitement. A ce pro- pos, on a besoin d'une consommation spécifique d'énergie électrique de l'ordre de 10-20 kWh/t. L'expérience montre que pour l'activation mécanique de certains combustibles liquides (combustible Diesel, fuel lourd) et d'eau dans les dis- positifs de désintégration, il est préférable d'utiliser des vitesses d'impact supérieures à 150 m/s (par exemple, des vitesses d'impact comprises dans la plage 150-250 m/s). En outre, il est judicieux, dans le cas des combustibles liquides cités ci-dessus en exemple, de les soumettre à un nombre d'impacts environ deux fois supérieur à celui utilisé pour la houille et pour de nombreuses autres substances solides. En conséquence, il est souhaitable que les disposi- tifs de désintégration servant à l'activation mécanique des liquides compren- nent, au moinssix cercles d'organes de traitement. Lorsqu'on caractérise le mode de fonctionnement judicieux du dispositif de désintégration servant à l'activation des combustibles liquides, par la quantité d'énergie consommée, on peut dire qu'il convient d'adopter un mode de construction des rotors dans lequel ceux-ci transmettent au cours du traitement une énergie d'au moins kWh/t aux combustibles liquides ou à l'eau. Lorsqu'on utilise les dispositifs de désintégration actuellement connus, la préparation de mélanges combustibles activés comprenant des com- posants solides et liquides n'est possible qu'en activant la houille dans un dispositif de désintégration spécial et les composants liquides, par exemple, le fuel lourd et l'eau, dans un autre dispositif de désintégration spécial, et en mélangeant ensuite les composants du mélange dans un troisième dispositif. La nécessité d'avoir recours à ces nombreux dispositifs résulte des imperfections de la structure des dispositifs de désintégration actuels. Dans le dispositif qui fait l'objet de la présente invention les dispositifs de désintégration actuellement connus sont perfectionnés pour qu'il devienne possible de préparer des mélanges combustibles activés comprenant des composants solides et liquides dans un seul et même appareil. Pour atteindre ce but, la présente invention prévoit un mode de construction dans lequel l'organe actif, c'est-à-dire, les rotors du désinté- grateur, comporte trois zones de traitement, dont deux sont prévues pour trai- ter séparément et en parallèle les composants solides et liquides, tandis que le dernier rotor représente une troisième zone de traitement o sont traités simultanément tous les composants rassemblés dans le mélange. Dans un tel mode de construction, on prévoit, de préférence, pour le rotor fixé sur l'arbre de gauche, selon la figure 1, une vitesse de rotation de 3000 t/mn, le diamètre de ce rotor étant compris entre 800 et 900 mm. D'autre part, pour le rotor fixé sur l'arbre de droite, on adopte de préférence une vitesse de 1500 t/mn, et il est judicieux de choisir POurle diamètre extérieur de ce rotor et par conséquent, pour le diamètre extérieur de l'ensemble des rotors, des dimensions inférieures à 1200 mm. On peut également adopter d'autres combinaisons de vitesses de rotation et de diamètres, à condition de ne pas perdre de vue que la somme des vitesses linéaires le long des lignes centrales des deux dernières pistes d'impact de la zone (II) assurant le prétraitement des composants liquides doit s'élever à, au moins 200 m/s. Un mode de réalisation du dispositif de la présente invention va être décrit ci-après à titre d'exemple en référence à la figure unique du dessin annexé qui est une vue en coupe axiale schématique de ce dispositif. A partir du mode de construction représenté sur cette figure, on peut également prévoir plus de deux pistes ou circuits d'impact dans les zones de prétraitement des composants solides, ainsi que des zones pour le traitement final et la mixtion comportant plus d'un circuit d'impact en prenant pour point de départ les dispositifs de désintégration connus de la technique antérieure. La structure des éléments de percussion des pistes d'impact est sans importance. Pratiquement, on peut utiliser toutes les formes géométri- ques des éléments de percussion connus. Dans le mode de réalisation représenté, l'enveloppe du dispositif de désintégration comporte, en plus de la goulotte d'alimentation habituelle, qui sert au dosage des composants solides, deux tubes d'alimentation pour le dosage des composants liquides qui peuvent, par exemple, être du fuel lourd et de l'eau, ces tubes d'alimentation débouchant dans la zone active (II) des rotors, o les composants liquides subissent un prétraitement. Le mode de réalisation représenté comprend deux rotors 1, 2 ainsi que des pistes concentriques d'impact prévues près de ceux-ci, dont une partie sert au prétraitement des composants solides (dans la zone de traitement I) et une autre partie au prétraitement des composants liquides (dans la zone de traitement II), alors qu'une piste d'impact est prévue pour le traitement commun et la mixtion de tous les composants (dans la zone de traitement III). La goulotte 3 destinée à l'introduction des composants solides est fixée à la partie centrale de l'enveloppe 4. Les tubes d'alimentation 5, 6 pour l'introduction des composants liquides, sont fixés sur l'enveloppe, relativement bas, par rapport à la goulotte 3. L'enveloppe 4 du dispositif est fixée à un châssis fixe 6a, sur lequel sont également montés des moyens d'entraînement, les transmissions, etc., ainsi que tous les autres composants usuels du dispositif. La paroi 7 de l'enveloppe 4 est montée de façon amovible afin de permettre de déposer les deux rotors du dispositif (aux fins de remplacement et de réparation). Ces deux rotors 1, 2 sont fixés respectivement sur des arbres 8, 9,ce qui leur permet d'être mis en rotation dans des direc- tions opposées. La zone de traitement I comprend deux pistes d'impact, la zone de traitement II en comportant six et la zone de traitement III une seule. Pour faire fonctionner ce dispositif, on fait tourner les deux rotors dans des directions opposées, au moyen des transmissions prévues à cet effet, et on dose les composants du mélange en maintenant un courant ininterrompu constant dans les tubulures d'alimentation correspondantes 3 et 5, 6. Le ou les composants solides du mélange, par exemple, la houille qui se présente généralement sous la forme de morceaux, est préalablement pulvé- risé, puis, par les impacts qui se produisent selon une succession rapide dans la zone de traitement I, puis dans la zone de traitement III des rotors, sont activés mécaniquement. Les composants liquides, par exemple, le fuel lourd et l'eau, sont activés mécaniquement dans la zone de traitement II des rotors, puis sont mélangés dans la zone de traitement III avec les composants solides, cette mixtion se poursuivant également pendant que les particules du mélange s'écoulent le long de la surface radiale du dipositif. Le mélange combustible ainsi préparé est évacué de l'enveloppe par l'orifice de sortie (par centrifugation). Le mélange combustible activé produit de cette façon se caractérise par une bonne stabilité. C'est ainsi que, même après plusieurs semaines de conservation, il ne se décompose pas en couche. En outre, cette activation permet d'abaisser le point d'inflammation ou d'éclair du mélange et assure une combustion uniforme de celui-ci dans les chaudières. En général, on introduit, dans le dispositif représenté, les composants liquides du mélange combustible par exemple, le fuel lourd et l'eau entre les pistes intérieures de l'organe de traitement (rotors) du désintégrateur, de sorte que les particules des composants liquides du mélange reçoivent deux impacts. Dans ces conditions, on trouve dans les premières pistes d'impact de l'organe de traitement (rotors) du dispositif de désintégration, la mouture de la houille, (anthracite, lignite, schiste), tandis que, dans les pistes d'impact qui suivent ne se produit qu'une mixtion intense des composants du mélange conjointement avec une désintégration sup- plémentaire des composants solides. Le nombre des impacts utilisés pendant le traitement des composants liquides, un ou deux impactsest déterminé par le dosage de ces composants d'une manière correspondante dans la dernière, ou les avant-dernières pistes d'impact. Lorsqu'il s'agit de fuels relativement lourds, il est judicieux d'introduire le fuel lourd dans les avant-derniers circuits d'impact, c'est- à-dire, de la soumettre à deux impacts. L'expérience montre que la mise en oeuvre pratique du procédé ci-dessus permet de produire des mélanges combus- tibles qui restent stables pendant au moins trois semaines et ce en mettant en oeuvre une quantité d'énergie pratiquement égale à celle dépensée dans les procédés de mélange mécaniques. REVENDICATIONS 1. Procédé pour préparer des combustibles en traitant des substances ou des mélanges de substances, caractérisé en ce qu'on fait subir à la subs- tance ou au mélange de substances un traitement mécanique avant de l'exposer à des accélérations élevées. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on procède audit traitement mécanique dans un désintégrateur. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement mécanique est un traitement par percussion pendant lequel les matières traitées sont exposées, en même temps, à des accélérations élevées. 4. Procédé selon la revendication 1, pour préparer des mélanges combustibles, en particulier, des mélanges comprenant des composants solides, par exemple de la houille, de la lignite ou autres, et des composants liquides, par exemple, du fuel lourd, de l'eau ou autres, caractérisé en ce qu'on traite simultanément tous les composants du mélange par des impulsions. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, pendant le traitement, on expose les composants traités à une accélération d'au moins 108g, ce qui a pour effet de transférer en un temps inférieur à 10 seconde, à chaque kilogramme du mélange combustible une quantité d'énergie d'au moins 40 kJ. 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on procède au traitement simultané des différents composants du mélange, au moins partiel- lement, dans des stations séparées et dans des conditions prédéterminées. 7. Procédé pour préparer des mélanges combustibles comprenant des composants solides et liquides, caractérisé en ce qu'on traite les mélanges par des impulsions, en traitant les composants solides et les composants li- quides séparément et en ce que, pendant la mixtion de tous les composants, on procède à un traitement commun. 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendica- tion 1 ou 4, comprenant deux rotors rotatifs aptes à tourner dans des direc- tions opposées et montés à une certaine distance l'un de l'autre, ces rotors portant le long de leur pourtour plusieurs rangées d'éléments de percussion ou de choc, s'emboîtant alternativement par rangées les uns dans les autres, un organe d'alimentation central et une enveloppe pourvue d'une évacuation, caractérisé en ce que, pour le traitement des mélanges combustibles comprenant des composants solides et liquides, les rotors (1, 2) délimitent trois zones de traitement (I, II, III), la zone de traitement (I), qui est prévue pour le prétraitement des composants solides du mélange, étant pourvue de deux pistes d'impact, la zone de traitement (II), destinée à réaliser un prétraitement d'activation sur les composants liquides du mélange, étant montée en paral- lèle sur la zone précédente et comportant plus de deux et par exemple six pistes d'impact, tandis que la zone de traitement (III), qui est destinée à l'éla- boration et à la miXtion conjointe de tous les composants du mélange, comporte à la suite des deux zones précédentes, au moins une piste d'impact. 9. Dispostif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les rotors (1, 2) sont pourvus d'au moins deux entrées (3, 5, 6) aboutissant à deux emplacements différents à l'intérieur de l'enveloppe (4) et disposées de telle façon que les tubes d'entrée-(5,6) pour les composants liquides sont placés sous la goulotte d'alimentation (3) des composants solides.