Brevet FR2509025A1 — publié le 19830107

La présente invention a pour objet -un procédé pour le séchage d'une matière humide contenant des sels solubles, notamment du sel de potasse, dans lequel le matériau humide est amené dans un sécheur à lit fluidisé comportant un circuit de vapeur fermé, et traverse ce sécheur à l'état fluidisé , et dans lequel cette matière est maintenue en suspension par la vapeur alimentant en circuit fermé le sécheur à lit fluidisé et est de ce fait forme de séchée puis est évacuéedu sécheur à lit fluidisé sous/matière sèche. Selon ce procédé la matière humide est chauffée, avant son introductiondansle sécheur à lit fluidisé, par condensation d'une partie de la vapeur dirigée du circuit de vapeur du sécheur à lit fluidisé sur la matière humide. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. On connait par exemple, par la demande de brevet allemand 29 43 528,un procédé de séchage avec circuit de vapeur fermé.Dans ce procédé, on utilise exclusivement les gaz dégagés lors du séchage pour le traitement et la fluidisation de la couche de matière humide à sécher, les gaz étant introduits à travers la couche fluidisée dans le circuit et à cette fin, avec une distribution uniforme. Gracie au circuit de vapeur fermé, on obtient déjà une économie d'énergie considérable par rapport à d'autres procédés connus, dans lesquels la vapeur sortante n'est pas de nouveau utilisée. Les gaz de sortie ou les fumées excédentaires, qui dépassent le besoin du traitement gazeux, et leur contenu énergétique sont cependant perdus. Même si ces gaz de sortie, comme décrit ci-dessus, sont conduits à contr?-courant dans le flux de matière humide, on n'obtient pas,sans plus,ure meilleure utilisation de l'énergie. Il est également connu,par la demande de brevetallemand 2947 558, d'utiliser un procédé de ce genre dans lequel les gaz de sortie qui dépassent le besoin de la fluidisation, sont condensés dans un eor.densear de mélange pas contact: direct avec la matière humide à déshydrater, de sorte que cette matiere humide est réchauffée. Corrélativement, la matière humide réchauffée et enrichie par le condensat est conduite à un décanteur par l'intermédiaire d'une conduite tubulaire,daz7s laquelle elle subit une déshydratation mécanique.Pendant l'écoulement dans le décanteur, il se produit cependant une perte de chaleur, de sorte que l'utilisation de l'énergie n'est pas encore optimale. Un inconvénient essentiel de ce procédé lors de l'utilisation pour le séchage de substances facilement solubles, notamment le chlor-ure de potassium (go1) consiste dans le fait que, pendant la durée d'écoulement, il se produit déjà une dissolution notable du sel, de sorte qu'il en résulte une perte de matière. Les procédés connus fournissent donc de bons résultats pour des substances à sécher déterminées, par exemple les boues de curage ou les charbons, mais ils sont inadaptés à d'autres matériaux, par exemple des substances solubles comme le sel de potassium. En outre, dans les procédés connus, on réchauffe d'abord la totalité de la matière humide à déshydrater, de sorte que le filtrat est évacué du décanteur à l'état chaud et que de ce fait une partie considérable de l'énergie calorifique gagnée par la condensation est à nouveau perdue avec le filtrat. De plus, il est néfaste d'utiliser deux appareils séparés pour la condensation et pour la pré-déshydratation. L'invention a pour but d'éviter les inconvénients ci-dessus et de réaliser un procédé, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, au moyen desquels on puisse exécuter le séchage d'un courant de matière humide contenant des sels solubles, avec une faible dépense d'éner /avec gie et d'appareillage etune récupération d'énergie améliorée, sans qu'il se produise une perte de matière par dissolution des particules solides. Ce procédé doit en particulier être approprié au séchage de sel de potassium et d'autres sels facilement solubles. Suivant l'invention, ce procédé est caractérisé par le fait qu'on effectue la condensation de la partie dérivée des gaz de sortie avec une nouvelle séparation simultanée du condensat. Cette séparation du condensat peut titre réalisée par exemple dans un champ centrifuge o-u par aspiration sous vide. Le fait que seulement un produit déjà pré-déshydraté doit etre chauffé est de nature à diminuer la dépense d'énergie. Grâce à la nouvelle séparation du condensat qui intervient déjà pendant la condensation, on évite une dissolution des sels à sécher et une perte de matière. Suivant l'invention, le dispositif pour la mise en oe-uvre de ce procédé se caractérise par un échangeur de chaleur, dans lequel le courant de matière humide, cons- titué de petites particules solides, est chauffé par échange de chaleur direct avec une partie de la vapeur de sortie dérivée du circuit de vapeur du-sécheur à lit fluidisé, avec condensation de la vapeur de sortie et nouvelle séparation simultanée du condensat. Il est oppurtun de réaliser l'échangeur de chaleur sous forme d'une centrifugeuse dans la chambre de laquelle se produit directement la condensation de la vapeur de sortie, ou sous forme d'un filtre à vide, dans lequel le condensat est aspiré sous vide. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels on a représenté plusieurs exemples de réalisation non limitatifs de l'invention. - La figure 1 est une vue schématique d'une installation de séchage. - La figure 2 montre -une centrifugeuse à cisaillement utilisée comme échangeur de chaleur dans l'installation de séchage précitée. - la figure 3 montre une autre forme de réalisation d'une centrifugeuse à cisaillement de ce genre. - La figure 4 représente un filtre à tambour sous vide destiné à être utilisé comme échangeur de chaleur dans une installation de séchage. La figure 1 est une vue schématique d'une installation de séchage, comme on peut en utiliser par exemple pour le séchage de sels à grains fins, solubles dans l'eau, notamment le sel de potassium (kil) mais aussi le sel de sodium (NaCl), les phosphates ou d'autres sels solubles. Cette installation de séchage fonctionne avec un sécheur à lit fluidisé, par exemple un sécheur usuel du type Escher Wyss PTW 1000, dans un circuit de vapeur fermé. Dans celui-ci, la vapeur est amenée sur le fond d'écoulement 24 du sécheur à lit fluidisé S par une conduite 25. La vapeur fluidise une couche de produit,et à la conduite 25 est raccordé un échangeur de chaleur 26 alimenté en air chaud, en huile thermique ou en vapeur chaude pour amener de la chaleur, de sorte que le produit est chauffé dans le sécheur à la température de séchage souhaitée, par exemple 1150 C dans le cas de sel de potassium. Après traversée du lit fluidisé, dans lequel la matière à sécher est maintenue en suspension, la vapeur de sortie chaude, enrichie de fumées, est évacuée par la conduite 27, traverse un collecteur de poussière S, un ventilateur V et est à nouveau ramenéedans la conduite d'entrée 25, de sorte qu'est réalisé un circuit de vapeur fermé 25-2-27-S-V-25. Dans une installation de séchage de ce genre comportant un circuit de vapeur fermé, l'utilisation de l'énergie est déjà considérablement meilleure que dans les installations conventionnelles, par exemple dans les installations habituelles de séchage par convection d'air chaud. Dans Exemple de réali- sation illustré a la figure 1, le besoin en énergie est cependant encore diminué, par le fait qu'un échangeur de chaleur C est disposé en amont du sécheur F à lit fluidisé, cet échangeur étant constitué par la centrifugeuse à poussée représentée aux figures 2 et 3. Par un branchement dérivé 28 et une vanne de dosage 29, manuelle ou automatique, et réglable, par exemple en fonction de la pression dans le sécheur à lit fluidisé F, une partie de la vapeur de sortie de ce sécheur X, qui n'est pas nécessaire au maintien du circuit de vapeur et est en excès, est introduite dans la canalisation 2 de la centrifugeuse à poussée formant échangeur de chaleur C. La matière froide et humide à sécher est introduite dans l'échangeur de chaleur C par une tuyauterie 3 de chargement du produit, par exemple à une température de 150C. La matière humide est chauffée dans la chambre à contact de l'échangeur C par condensation des fumées introduites par la conduite d'amenée 2, de sorte que le condensat est immédiatement à nouveau jeté, sans pouvoir pénétrer dans les petites particules solides et par conséquent sans pouvoir dissoudre cellesci.Du fait de la réalisation de la centrifugeuse à poussée, il se produit en outre une déshydratation, de sorte que la matière sèche est évacuée de ltéehangeur de chaleur C par la tuyauterie de sortie 5 du produit, par exemple dans le cas du séchage d'un sel de potassium à une température d'environ 100 C et à une teneur en eau de 3 à 4%, pis la matière sèche est amenée dans le sécheur F à lit fluidisé. Après traversée du sécheur F, la matière sort de celui-ci séchée sous forme de grains fins secs comme souhaité, à environ 1150C, un étage de refroidissement pouvant cependant encore etre prévu. Exemple numérique Pour le séchage d'un sel de potassium (KCl), on a introduit par heure, 87,5 t de XCL à 6 % de teneur en eau à 150C. Le sécheur à lit fluidisé du type FTW 1000 est chauffé à 2100C par une vapeur saturée. 5,17 t d'eau par heure ont été vaporisées dans le sécheur à lit fluidisé, avec une consommation d'énergie de 3,094 Gcal ou 12,93 GJ. 3,671 t ont été à nouveau condensées par heure dans une centrifugeuse servant d'échangeur thermique selon la figure 3, avec déplacement d'une quantité de chaleur de 1,978 Gcal ou de 8,26 GJ. Comme produit final, on obtient par heure 82,3 t de KCl avec une teneur en eau de 0,1 %. Avec un procédé de séchage conventionnel: sans circuit de vapeur, il faudrait pour le séchage de la meme quantité de sel de potassium au moyen de gaz chaud à 5500 C, 5,9 Goal ou 24,66 GJ. Par rapport à ce procédé, on obtient donc dans l'exemple ci-dessus conforme à l'invention une économie d'énergie de 47,5 %. Dans un procédé de séchage avec circuit de vapeur fermé, mais sans récupération de chaleur à partir de la condensation des fumées, il faudrait encore par heure, dans des conditions équivalentes, 5,07 Gcal ou 21,19 GJ, de sorte que l'économie d'énergie obten-ue par l'invention est encore de 39 %. En outre, l'importance et l'encombrement de l'appareillage ont diminués, car des appareils distincts ne cont pas nécessaires pour la récupération de chaleur et la déshydratation préalable, puisqu ' au contraire ces deux étapes sont réalisées dans le meme échangeur- de chaleur. De ce fait, on peut utiliser dans une installation de séchage du genre décrit, des échangeurs de chaleur de réalisation différente. On décrira ci-après quelques échangeurs de chaleur particulièrement appropriés et avantage-ux. L'échangeur de chaleur représenté à la figure 2 comporte un carter 1, dans lequel débouchent une conduite 2 d'amenée de vapeur et une conduite 3 pour l'introduction de petites particules solides. Du carter 1 sort une conduite d'évacuation 4 du condensat de la vapeur, ainsi qu'une cond-uite 5 d'évacuation des particules solides. Une conduite 6 sert à l'aération du carter 1. Le courant de vapeur introduit par la conduite d'amenee 2 se croise avec le courant de particules solides dans une chambre de contact 7 ménagée dans le carter 1, de sorte que la vapeur se condense sur les particules solides. Un dispositif de centrifugation 8 comportant une chambre de centrifugation 9 pour les particules solides est prévu dans l'échangeur de chaleur. Dans cette chambre de centrifugation 9, le condensat de la vapeur est séparé des particules solides par centrifugation. Ainsi la chambre de centrifugation 9 est disposée dans la zone de la chambre de contact 7, de sorte que la séparation par centrifugation du condensat a lieu pendant la condensation immédiatement après le dégagement de chaleur, et que le condensat ne peut pas pénétrer dans les particules solides ou dissoudre celles-ci. Le dispositif de centrifugation 8 est réalisé so-us la forme d'-une centrifugeuse à poussée, comportant un tambour cribleur 10, un tambour cribleur 11, un fond de poussée 12, et une cloison directionnelle 13. le tambour cribleur 11, le fond de poussée 12 et la cloison directionnelle 13 solt reliés par un disque 14-d'un arbre creux 15. Le tambour cribleur 10 est relié à un disque 16 d'un arbre 17 monté dans l'arbre creux 15. L'arbre creux 15 tourne sans translation dans la direction axiale, tandis que l'arbre 17 tourne à la même vitesse de rotation que l'arbre creux 15, mais peut effectuer des mouvements de vaet-vient dans la direction axiale des tambours cribleurs 10, 11.Grâce aux mouvements relatifs entre le fond de poussée 12 et le tambour cribleur 10, et entre ce dernier et le tambour cribleur 11, le courant de particules solides est déplacé et progresse dans la direction axiale des tambours cribleurs au-dessus de l'intérieur de ces derniers. La chambre de contact 7 est lirnitée sur un côté par la cloison conductrice 13. Sur l'autre coté de la chambre de contact 7, se trouve une cloison de séparation 18, qui débouche dans une chambre de sortie 19 pour lee particules solides, communiquant avec la conduite de sortie 5, la cloison 18 délimitant une partie du volume intérieur des tambours cribleurs 10, 11. La partie de la chambre de centrifugation 9 devant la cloison conductrice 13 et derrière la paroi de séparation 18 (correspondant à la direction de déplacement des particules solides), se trouve à l'extérieur de la chambre de contact 7. Dans l'exemple de réalisation de la figure 3, la chambre intérieure des tambours cribleurs 10, 1 1 est divisée dans la direction axiale par une autre cloison de séparation 20 de sorte qutune autre chambre de centrifugation 21 est ménagée dans la direction de déplacement des particules solides, avant la chambre de contact 7, une pré-déshydratation ayant lieu dans cette chambre 21. La conduite 22 sert à l'aération de la chambre de centrifugation 21, ce qui est avantageux par le fait qu ' une quantité moindre de matière est chauffée par condensation, et que de ce fait le chauffage est plus fort et moins d'énergie calorifique est perdue avec le filtrat. En amont des échangeurs de chaleurs selon les figures 1 et 2, on peut prévoir avantageusement un dispositif de pré-déshydratation, par exemple un crible cintré. La figure 4 est une représentation schématiqued'ua filtre sous vide VF, qui est également adapté pour être utilisé comme échangeur de chaleur. il comporte un tambour cribleur 31 monté rotativement dans -une cuve 30, sur le côté extérieur de laquelle la matière humide est amenée par une conduite d'alimentation 3.Suivant la direction de rotation du tambour cribleur 31, la vapeur de sortie en excédent du sécheur à lit fluidisé est amenée sur la couche de matière humide S située sur le tambour, par une conduite tubulaire 2, de sorte que les fumées se condensent sur les particules solides de la matière humide. le condensat et une partie du courant de matière humide sont aspirés à travers le tambo-ur cribleur 31 du coté intérieur de ce dernier, au moyen dt-une conduite d'aspiration sous vide V placée dans l'axe du tambour cribleur 31. Le matelas ou gâteau de particules déshydratées, mais encore quelque peu humides, est ensuite transporté à l'extérieur du tambour cribleur 31 jusqu'au sécheur à lit fluidisé, par la sortie 5 de matière solide. Au lieu d'un filtre à tambour sous vide, on peut par exemple utiliser également un filtre à bande sous vide, ou un sécheur sous vide, dans lequel il est possible de réaliser une condensation des fumées avec aspiration simultanée du condensat. On peut utiliser également d'autres types de centrifugeuses, dans la mesure où celles-ci sont appropriées à une eondensation simllL-9.anée des fumées introduites et à la centrifugation du condensat. On peut aussi utiliser d'autres types d'échangeurs de chaleur, dans lesquels il est possible en pratique de réaliser les deux étapes du procédé sans perte de temps. Le procédé conforme à l'invention est tout particulièrement adapté au séchage de sel de potassium (KCl), mais n'est cependant pas limité à celui-ci, et est applicable au contraire de manière avantageuse à d'autres produits facilement solubles, qui permettent des températures de séchage de 100 C et plus, notamment le sel de sodium (NaCl), des phosphates et d'autres sels. Au lieu de vapeur d'eau, peuvent aussi se trouver d'autres vapeurs ou fumées, par exemple a'alcool et d'autres solvants organiques. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour le séchage d'une matière humide contenant des sels solubles, notamment du chlorure de potassium, dans lequel la matière humide est amenée dans un sécheur à lit fluidisé F comportant un circuit de vapeur fermé (25-P-27-S V-25) et traverse le sécheur (F) à l'état fluidisé, dans lequel la matière est maintenue en suspension par la vapeur amenée au sécheur (F) à lit fluidisé en circuit fermé et de ce fait séchée, et est évacuée du sécheur (X) à lit fluidisé sous forme de matière sèche, et dans lequel la matière humide est chauffée par condensation sur la-matière humide d'une partie de la vapeur de sortie dérivée du circuit de vapeur du sécheur (F), caractérisé en ce que la condensation est réalisée avec une nouvelle séparation simultanée du condensat. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière humide est pré-déshydratée avant la con densati on. 3 - Procédé selon lune des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la condensation de la vapeur de sortie sur la matière humide et la séparation du condensat de la matière humide sont réalisées dans un champ centrifuge. 4 - Procédé selon la=revendication 3, caractérisé en ce que la condensation de la vapeur de sortie et la séparation du condensat sont réalisées dans la même chambre de centrifugation (9) d'une centrifugeuse (8). 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la séparation du condensat des particules solides est réalisée par aspiration sous vide. 6 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon lt1me des revendications 1 à 5, caractérisé en ce ewutil comprend un échangeur de chaleur (C) traversé par la matière humide avant séchage de eelle-ei dans le sécheur à lit fluidisé (P) pour effectuer wn échange de chaleur direct entre le courant de matière humide et une partie dérivée de la vapeur de sortie du circuit de vapeur (25-F-27-S- V-25) du sécheur à lit fluidisé(F),par condensation de cette vapeur de sortie sur la matière humide et nouvelle séparation simultanée du condensat de la matière humide. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que 11 échangeur de chaleur(C)contient un dispositif de centrifugation(8),qui comporte une chambre de centrifugation(9)pour la matière humide, dans laquelle le condensat de la vapeur de sortie est séparé de la matière humide par centrifugation. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la chambre de centrifugation(9)est disposée dans la zone dans laquelle a lieu la condensation de la vapeur de sortie sur la matière humide. 9 - Dispositif selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le dispositif de centrifugation(8)est une centrifugeuse à poussée comportant un tambour cribleur (10, i1) à axe rotatif, sur lequel la matière humide est déplacée dans la direction axiale du tambour cribleur au moyen d'un organe de poussée (12). 10- Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la chambre de contact (7) est disposée à l'intérieur du tambour cribleur (10, 11). 11- Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (C) est un filtre sous vide (VF), sur un cté duquel la matière humide est amenée, et sur lequel en même temps la vapeur de sortie est injectée, tandis que le condensat est aspiré sous vide de l'autre côté de ce filtre. 12- Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le filtre sous vide (VF) comporte un tambour filtrant rotatif (31) sur le côté extérieur duquel est déposée la matière humide (SXet par le cté intérieur duquel le condensat est aspiré sous vide.