Brevet FR2527321A1 — publié le 19831125

L'invention a pour objet un procédé et une installation de trai- tement d'une matière solide réduite en morceaux et s'applique plus spécia- lement à la gazéification des matières végétales. On connatt depuis longtemps des dispositifs de gazéification dans lesquels la matière végétale réduite en morceaux est traversée par un gaz chaud de traitement On connalt en particulier des gazogènes à lit fixe cons- titués par une enceinte d'axe vertical dans laquelle la matière a traiter chargée par le haut circule à contre courant des gaz circulant de bas en haut, en passant successivement par des zones de séchage, de pyrolyse et de gazéification, les cendres et les gaz produits étant récupérés à la partie inférieure Dans ce procédé, on récupère au sommet de la chambre de traite- ment des gaz chauds qui sont réinjectés après combustion à la limite des zo- nes de pyrolyse et de gazéification Une partie de ces gaz remonte dans le gazogène pour assurer le pyrolyse et le séchage, l'autre partie descendant versle bas pour assurer la gazéification. De tels gazogènes ne sont rentables que lorsqu'ils sont de gran- des dimensions et en outre, la circulation à contre courant, si elle est indiquée dans le cas d'échange de chaleur, n'est en revanche pas favorable pour la pyrolyse puisque la zone correspondante, à la partie supérieure est parcourue par les gaz les moins chauds Enfin, les gaz chauds réinjec- tés dans la partie médiane de la chambre de traitement se diffusent mal dans la matière circulant de haut en bas. Il est possible de remédier à ces inconvénients en utilisant une chambre de traitement d'axe horizontal ou faiblement incliné Mais il faut alors assurer le déplacement de la matière le long du fond de la chambre de traitement par un moyen ou un autre On peut envisager de réaliser la cham- bre de traitement sous forme d'un four entrainé en rotation autour de son axe, celui-ci étant légèrement incliné, mais dans ce cas le contact de la matière avec les gaz ne peut se produire que par déversement du talus entrai- né et le taux de remplissage du four est assez faible On est ainsi conduit à des installations de très grande dimension On peut également utiliser un fond mobile constitué par une grille en forme de chaine sans fin mais cet- te installation est onéreuse et présente des problèmes d'étanchéité lorsque la matière doit 9 tre traversée par un débit de gaz important. On a également proposé de réaliser l'avancement de la matière au moyen d'un piston qui pousse celle-ci -ans l'axe de la chambre de traitre- ment Dans ce cas, la matière est chargée dans une chambre d'alimentation accolée à l'extrémité amont de la chambre de traitement et à l'intérieur de laquelle est placée un piston déplaçable alternativement et qui pousse la charge de matière par à-coups vers l'aval Il se forme ainsi du c 8 té du pis- ton un talus dont la hauteur augmente sous l'effet de la poussée, de telle sorte que la charge remplit totalement la chambre de traitement jusqu'à la paroi supérieure La matière est ainsi freinée par les parois et se comprime de plus en plus sous l'action du piston en rendant plus difficile la circu- lation des gaz, ce qui oblige à augmenter la puissance des ventilateurs as- surant cette circulation En outre, lorsque les gaz chauds sont produits par un brûleur placé à l'extrémité aval de la chambre, le remplissage inté- gral de celle-ci empoche les gaz de se répandre dans la chambre jusqu'à son extrémité amont, tout le débit de gaz devant passer à travers la charge. Comme il faut prévoir une circulation des gaz aussi bien dans la zone de sé- chage et de pyrolyse que dans la zone de gazéification, le fond de la chambre doit etre muni d'au moins deux zones filtrantes reliée chacune à un circuit aspirant, l'un pour les gaz ayant traversé la zone de pyrolyse qui doivent être recyclés et l'autre pour les gaz ayant traversé la zone de gazéifica- tion Lorsque la chambre de traitement est complètement remplie, et que les gaz circulent uniquement à travers la charge, ils ont tendance naturelle- ment à 'tre aspirés de préférence dans la zone de gazéification ce qui di- minue leur rendement. On a proposé de remédier à cet inconvénient en plaçant tout le long de la chambre de traitement, des brûleurs dans la paroi supérieure et des grilles aspirantes dans le fond, de façon à assurer une circulation trans- versale des gaz dans toute la charge Cependant, il en résulte une complica- tion de l'installation et par conséquent une augmentation de son coût En outre, par la poussée des pistons, la charge remonte jusqu'à la paroi supé- rieure de façon à remplir toute la chambre de traitement, ce qui risque de gêner le fonctionnement des brûleurs et d'entraîner des surchauffes de la partie supérieure de la charge. L'invention a pour objet un procédé et une installation perfection- née permettant, sans complication de l'installation, d'assurer une circula- tion transversale des gaz chauds sur toute la longueur de la charge, meme lorsque les gaz sont introduits uniquement à l'extrémité aval de la chambre de traitement. Conformément à l'invention, à chaque mouvement d'avance du pis- ton, on pousse la partie centrale de la charge de matière en avant de la périphérie, et l'on ménage ainsi une zone de décompression à l'intérieur de la charge à chaque mouvement de recul du piston, sur une longueur sensible- ment égale au déplacement de celui-ci, cette zone de décompression ayant des dimensions suffisantes pour compenser l'augmentation de hauteur de la charge due à la poussée du piston et au gonflement prévisible sous l'inflence de la montée en température, de façon à conserver au-dessus de la charge un espace continu relié à l'extrémité aval de la chambre pour le passage des gaz chauds jusqu'à l'extrémité amont. Selon une caractéristique supplémentaire, on donne à la charge de matière une hauteur inférieure à celle de la chambre de traitement à son en- trée dans celle-ci. L'installation a également pour objet une installation de traite- ment pour la mise en oeuvre du procédé indiqué ci-dessus, caractérisé par le fait que le piston est prolongé, dans le sens de poussée, par une tige for- mant éperon et s'étendant en porte-à-faux à partir de la partie centrale du piston et sur une longueur au moins égale au déplacement du piston. Selon une caractéristique supplémentaire, la chambre de traitement comprend un moyen de limitation de la hauteur de la charge de matière à son extrémité amont constitué, de préférence, par une cloison formant déflecteur et s'étendant transversalement vers le bas à partir de la partie supérieure de la chambre de traitement à l'entrée et sur une partie de la hauteur de cel- le-ci, le piston ayant une hauteur inférieure à la hauteur restant entre le fond de la chambre de traitement et le bord inférieur du déflecteur. Selon une caractéristique supplémentaire, le moyen de limitation de la hauteur de la charge comprend une grille s'étendant vers l'aval à par- tir du bord inférieur du déflecteur dans une direction sensiblement paral- lèle au fond de la chambre de traitement, sur toute la largeur et sur une partie de la longueur de celle-ci. L'invention sera mieux comprise par la description d'un mode de réalisation particulier, donné à tare d'exemple et représenté sur les des- sins annexés. La figure 1 et la figure 2 représentent schématiquement une ins- tallation de traitement perfectionnée selon l'invention, dans deux positions du piston de poussée. La figure 3 représente plus en détails et à échelle agrandie une installation de traitement munie de perfectionnements selon l'invention. L'installation, représentée schématiquement sur les figures 1 et 2 et plus en détail sur la figure 3, comprend une chambre de traitement 1 de forme allongée limitée par deux parois latérales, une paroi supérieure 10 et un fond 13 et d'axe légèrement incliné par rapport à l'horizontale, par exemple de 200; l'extrémité inférieure, constituant l'extrémité aval, est fermée par une paroi 11 alors que l'extrémité supérieure, constituant l'ex- trémité amont, s'ouvre par un orifice d'entrée 12 sur une chambre d'alimen- tation 2 dans laquelle débouche une conduite 21 d'entrée des matières. La partie inférieure de la chambre de traitement 1 forme un fond plat 13 qui est constitué au moins en partie, par deux grilles 14 et 15 s'é- tendant-respectivement sur la partie amont et sur la partie aval de la cham- bre de traitement 1. Le fond 13 se termine, en aval de la grille 15, par un seuil 130 qui forme le bord d'une trémie 160 débouchant sur un orifice d'évacuation 16 et dans laquelle se déversent les matières parvenant à l'extrémité aval de la chambre de traitement 1, le talus étant éventuellement désagrégé par un rouleau à dents 17. En dessous des deux grilles 14, 15 sont placés deux caissons as- pirants respectivement 51, 61 reliés à deux circuits d'aspiration munis res- pectivement de ventilateurs 5 et 6. D'autre part, la chambre de traitement ( 1) est équipée, à son ex- trémité aval, d'un brileur 18 débouchant dans la chambre ( 1) par un orifice ménagé dans la paroi supérieure 10. Bien entendu, en dehors des zones occupées par les grilles 14 et toutes les parois de la chambre de traitement sont recouvertes d'un revt- tement réfractaire. La matière à traiter se trouvant sous forme de morceaux de peti- tes dimensions, est chargée par la conduite 21 et débouche dans la chambre d'alimentation 2 à l'intérieur de laquelle est placée un piston de poussée 3 Celui-ci peut coulisser le bng du fond plat 22 de la chambre d'alimenta- tion 2 et est actionné par un vérin 31 dont le corps est articulé sur la pa- roi 23 de la chambre et dont la tige est articulée sur le piston 3 qui peut etre constitué d'un caisson métallique de section rectangulaire muni vers l'aval d'un prolongement ( 32) lui permettant de recevoir en résultante une contrepoussée nécessaire à son assise. De façon connue, la matière traversée par les gaz chauds aspirés par les grilles 14 et 15 et se déplaçant le long du fond 13 de la chambre de traitement 1, passe successivement par des zones de séchage (S), de py- rolyse (P) et de gazéification (G). Les gaz produits dans les zones de séchage (S) et de pyrolyse (P), qui correspondent sensiblement à-la grille 14, sont aspirés par le ventila- teur 5 et renvoyés par une conduite de recyclage 52 dans le br Oleur 18. Les gaz produits dans la zone de gazéification (G) correspondant sensiblement à la grille 15 sont aspirés par le ventilateur ( 6) et renvoyés vers un circuit d'utilisation ( 60) Ils sont, de préférence, refroidis en a- mont du ventilateur 6 par un échangeur à air 62, l'air chaud ainsi produit servant à alimenter le brûleur 18. Selon la caractéristique principale de l'invention, le piston 3 est prolongé vers l'aval par une tige 33 s'étendant en porte-à-faux à par- tir de la partie centrale de la face antérieure du piston 3 et parallèlement au fond 13 de la chambre d'alimentation 1. Cette tige forme un éperon qui pénètre à l'intérieur de la charge ( 4) se trouvant dans la chambre d'alimentation et repousse par conséquent la partie centrale ( 4) de la charge en avant de la périphérie ( 42). Sur les figures 1 let 2, on a représenté le piston 3, respective- ment en position reculée et avancée. Lorsque le piston 3 avance, il exerce sur la charge une pression qui se répartit sensiblement suivant deux cones représentés en traits mixtes sur la figure 2 et s'évasant à partir de la face frontale du piston 3 et de l'extrémité de l'éperon 33 L'effet de poussée est ainsi réparti sur une cer- un taine longueur de la charge et détermine donc /plus faible gonflement du ta- lus dû à la poussée et, en même temps, une moindre compression de la matière. Ensuite, lorsque le piston 3 recule dans la position de la figure 1, il laisse, au moins provisoirement# un vide 40 à l'intérieur de la charge 4, sur une longueur égale au recul du piston Cet espace 40 se remplit immé- diatement de matière venant de la périphérie 42, qui est aussitôt repoussée vers l'aval par le nouveau mouvement d'avance du piston 3 et de l'éperon 33 Il en résulte cependant que l'on produit en permanence dans la partie centra- le 40 de la charge 4 une zone de décompression permettant d'une façon généra- le, de décomprimer la matière se trouvant au-dessus de la grille 14 et par conséquent, en diminuant la perte de charge, de faciliter l'aspiration des gaz par cette grille. Ainsi, grâce à cette décompression produite par le mouvement de l'éperon, les gaz chauds produits par le brûleur 18 passent plus facilement à travers la charge dans les zones de séchage S et de pyrolyse P et risquent moins d'être aspirés préférentiellement par le caisson 61 D'autre part, cet- te décompression, ainsi que le fait de pousser, comme on l'a vu, la partie centrale et la périphérie dela/en JE endroits décalés permet de diminuer la hauteur du talus repoussé par le piston 3 et par conséquent de conserver au-dessus de la charge un espace vide 43 qui permet d'assurer le passage des gaz venant du brûleur 17 jusqu'à l'extrémité amont sans êltre obligé d'augmenter la hauteur de la chambre de traitement 1 et par conséquent de diminuer le rendement de celle-ci. Cet effet est amplifié si l'on diminue la hauteur de la charge à son entrée dans la chambre de traitement. Pour cela, selon une caractéristique supplémentaire de l'inven- tion, on utilise un déflecteur 7 constitué par une cloison placée devant l'entrée 12 de la chambre 1 et s'étendant transversalement à celle-ci à par- tir de la paroi supérieure 10, sur une hauteur hi qui limite ainsi la hau- teur h 2 de la charge 4 admise à pénétrer dans la chambre 1. Cette diminution de la hauteur h 2 de la charge 4 à son entrée dans la chambre 1, combinée avec l'effet de l'éperon 33, est particulière- ment importante lorsqu'on traite une matière ayant tendance à gonfler pen- dant les phases de séchage et de pyrolyse, comme par exemple la balle de riz compacté. Compte tenu des dimensions du four, des températures de traite- ment et de la nature de la matière traitée, il est possible de calculer ou de déterminer empiriquement le gonflement à prévoir et d'en déduire les di- mensions à donner à l'éperon 33 et au déflecteur 7 pour maintenir toujours au dessus de la charge un espace vide communiquant avec l'extrémité aval. Cependant, dans certains cas, et en particulier lorsque le gon- flement se poursuit sur une longueur importante de la chambre de traitement 1, il peut etre intéressant de prolonger le déflecteur 7 par une grille 71 s'étendant à la hauteur du bord inférieur du déflecteur sur toute la largeur de la chambre 1 et sur une longueur égale par exemple à celle de la grille 14 La grille 71 permet de maintenir le niveau supérieur dé la charge tout en laissant passer les gaz sur toute la zone o il y a lieu de craindre un q Dnflement En effet le risque de remplissage total de la chambre est moin- dre en aval de la grille 14 en raison du déversement du talus de matière dans l'orifice d'évacuation 16 L'éperon '3 le déflecteur 7 et la grille 71 combinent-ainsi leurs effets car c'est l'utilisation de l'éperon 33 qui per- met de maintenir le niveau supérieur de la charge avec la grille 71 sans craindre une compression excessive de la charge qui interdirait pratiquement le passage des gaz. Ainsi, grâce aux divers perfectionnements qui sont décrits, il est possible d'éviter une remontée et une compression excessives du produit et l'on peut donc traiter dans un four ainsi perfectionné des produits particu- lièrement gonflants tels que, le coton, la balle de riz ou les parches de ca- fé compacté, ces produits étant introduits dans la conduite d'alimentation 21 sous forme de boudin de dimensions comprises entre 50 et 100 mm de À. En diminuant l'épaisseur et la compression de la couche de matiè- re au-dessus des grilles de pyrolyse et de gazéification, et en traitant ainsi les produits en couche plus mince, on diminue les pertes de charge d'autre part, en ménageant un espace libre continu dans la partie supérieure du four pour le passage du gaz, on assure une circulation transversale de ceux-ci à travers la charge ce qui diminue les trajets parcourus et supprime le risque de circulation préférentiellevers la zone de gazéification On peut ainsi augmenter la vitesse de passage des gaz, diminuer le temps de pyrolyse et de gazéification, et finalement augmenter le débit de l'appareil en ma- tière première. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux détails des dis- positifs qui ontété décrits, d'autres variantes pouvant 9 tre imaginées en utilisant des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement d'une matière solide réduite en mor- ceaux par passage de celle-ci dans une chambre de traitement ( 1) de forme allongée reliée par une extrémité amont ( 12) à une chambre ( 2) d'alimenta- tion en matière, celle-ci étant poussée vers l'extrémité aval par un piston ( 3) animé d'un mouvement alternatif, en se déplaçant le long du fond ( 13) de la chambre de traitement à travers lequel sont aspirés au moins dans la partie amont, des gaz chauds introduits à l'extrémité aval de la chambre ( 1) et traversant la charge de matière ( 4), caractérisé par le fait qu'à chaque mouvement d'avance du piston ( 3) on pousse la partie centrale ( 41) de la charge de matière ( 4) en avant de la périphérie ( 42) et l'on ménage ainsi une zone de décompression ( 40) à l'intérieur de la charge ( 4) à cha- que mouvement d'avance Et de recul du piston, sur une longueur sensiblement égale au déplacement de celui-ci, ladite zone ( 40) ayant les dimensions suf- fisantes pour compenser l'augmentation de hauteur de la charge ( 4) due à la poussée du piston, et au gonflement prévisible sous l'influence de la montée en température, et l'on ménage ainsi, au-dessus de la charge, un espace con- tinu ( 43) relié à l'extrémité aval de la chambre pour le passage des gaz chauds jusqu'à l'extrémité amont. 2. Procédé de traitement de matière selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on donne à la charge de matière une hauteur (h 2) inférieure à celle de la chambre de traitement à son entrée dans celle- ci. 3. Installation de traitement d'une matière solide réduite en morceaux comportant une chambre ( 2) d'alimentation en matière débouchant à une extrémité ( 12) d'une chambre de traitement allongée ( 1) limitée par une paroi longitudinale ( 10) dont la partie inférieure forme un fond ( 13) débou- chant à l'autre extrémité de la chambre de traitement dans un orifice ( 16) d'évacuation de la matière traitée ( 4) et le long duquel se déplace la ma- tière ( 4) sous l'action d'un dispositif de poussée constitué d'un piston ( 3) déplaçable longitudinalement à l'intérieur de la chambre d'alimentation ( 2) et animé d'un mouvement alternatif d'avance et de recul, la matière ( 4) étant traversée par des gaz chauds introduits au moins à l'extrémité aval de la chambre de traitement et aspirés par au moins une zone filtrante ( 14) ménagée dans le fond de la chambre de traitement ( 1) au moins à l'extrémité amont de celle-ci, caractérisé par le fait que le piston ( 3) est prolongé, dans le sens de poussée, par une tige ( 33) formant éperon et s'étendant en porte-à-faux à partir de la partie centrale du piston ( 3) et sur une longueur au moins égale au déplacement du piston ( 3). 4. Installation de traitement selon la revendication 3, carac- tériséepar le fait qu'elle comprend un moyen ( 7) de limitation de la hau- teur (h 2) de la charge de matière à l'extrémité amont ( 12) de la chambre de traitement ( 1). 5. Installation de traitement selon la revendication 4, carac- térisée par le fait que le moyen de limitation de la hauteur de la charge comprend une cloison formant déflecteur et s'étendant transversalement vers le bas à partir de la partie supérieure ( 10) de la chambre de traitement ( 1) à l'entrée ( 12) et sur une partie (hl) de la hauteur de celle-ci, le piston ayant une hauteur inférieure à la hauteur (h 2) restant entre le fond ( 13) de la chambre de traitement ( 1) et le bord inférieur du déflecteur ( 7). 6. Installation de traitement selon la revendication 5, carac- térisée par le fait que le moyen de limitation de la hauteur de la charge comprend une grille ( 71) s'étendant vers l'aval à partir du bord inférieur du déflecteur ( 7) dans une direction sensiblement parallèle au fond de la chambre de traitement ( 1), sur toute lalaifgeur et sur une partie de la lon- gueur de celle-ci.