Brevet FR2584622A1 — publié le 19870116

L'invention concerne un réacteur pour le traitement d'une matière particulaire en suspension dans un ou des gaz et, plus particulièrement, l'invention concerne un tel réac- teur destiné à assurer une durée prolongée de séjour de la matière particulaire à traiter. Ce réacteur est désigné ci- après comme étant "du genre décrit'} et il comprend un réci- pient essentiellement cylindrique monté de manière que son axe soit sensiblement vertical et il comporte une paroi de fond inclinée vers le bas et vers l'intérieur, ainsi qu'un moyen pour introduire la matière granulaire à traiter et du combustible dans le récipient au voisinage de cette paroi de fond, ainsi qu'un moyen pour introduire un jet de gaz dans le récipient, au centre de celui-ci à travers la paroi de fond de manière que ce gaz s'élève en réagissant avec la matière et/ou provoque la combustion complète du combustible, et serve également à mettre et maintenir la matière granulaire en suspension. Au moment de son introduction dans le récipient de réaction, la vitesse du gaz est élevée, étant typiquement de 20 à 35 m/s, cependant que la vitesse moyenne des gaz traversant une section droite du récipient est typiquement inférieure d'un facteur de 10. Cependant, la vitesse du ou des gaz n'est pas constante sur toute la section du récipient, car elle est bien plus grande vers le centre que la vitesse moyenne de ce ou de ces gaz et, le long de la paroi du réci- pient, elle est inférieure à cette valeur moyenne. Près de la paroi, la vitesse du ou des gaz est inférieure à la vitesse de chute des particules de la matière. Donc, les particules de matière retombent le long de la paroi vers le fond du récipient o les particules sont entraînées à nouveau par le jet de gaz central. Cette circulation interne de la matière permet de prolonger le temps de séjour de la matière dans le réacteur, la durée de cette rétention représentant 4 à fois le temps de passage direct du gaz dans le réacteur. Dans un réacteur de hauteur raisonnable, on peut obte- nir des temps de séjour compris entre 5 secondes et i minute, ce qui suffit, par exemple, pour calciner du carbonate de cal- cium dans des matières premières pour fabriquer du ciment. Dans d'autres procédés, comme la calcination des phos- phates, ou la réduction des minerais de fer, il faut des temps de séjour nettement plus longs, de l'ordre de 3 à 5 minutes. Un objet de la présente invention consiste donc à fournir un réacteur assurant une durée prolongée de séjour de la matière particulaire qui doit y être traitée en suspen- sion dans un ou des gaz. On parvient à cet objet grâce à un réacteur du genre décrit qui, selon l'invention, se caractérise en ce qu'il comporte, intercalés à des intervalles le long du récipient, des organes ou moyens montés pour provoquer la rotation, autour de l'axe du récipient, de l'écoulement du ou des gaz entrai- nant la matière particulaire dans ce récipient de façon que cet écoulement de gaz suive un trajet hélicoïdal, ainsi que les organes ou moyens pour obliger la matière, qui tombe le long des parois du récipient, à se déplacer vers l'intérieur et vers l'axe du récipient. Le mouvement de rotation des gaz provoque la projec- tion de la matière vers la paroi du récipient cylindrique o elle est arrêtée et tombe le long de cette paroi vers le fond du récipient. En augmentant ainsi la circulation de la matière à l'intérieur du réacteur, on prolonge le temps moyen de séjour de cette matière, mais cette mesure, si elle était utilisée seule, créerait une concentration excessivement grande de matière au fond du récipient en même temps qu'un contremélangeage poussé, c'est-à-dire le mélangeage de la matière traitée et presque complètement terminée avec de la matière fraîche et non traitée. On combat cet effet indésirable grâce à un dispo- sitif déplaçant la matière, tombant le long de la paroi du récipient, vers l'axe de ce récipient et vers l'intérieur du récipient, o la matière est remise en suspension dans l'écoulement rapide de gaz qui prévaut dans cette zone. De tels organes sont montés à des intervalles le long de la paroi interne du récipient, et la matière qui est passée devant de tels organes dans le sens ascendant,c'est-à-dire en étant entraînée par l'écoulement de gaz, ne pourra passer que dans une faible mesure en regard du même organe dans le sens descendant, c'est-à-dire en tombant le long de la paroi du récipient. De cette façon, la haute concentration de matière, non souhaitée au fond du récipient, est remplacée par un certain nombre de concentrations locales mineures de la matière dispersées sur toute la longueur du récipient. Selon un agencement préféré, le dispositif destiné à créer la rotation de l'écoulement de gaz entraînant la matière autour de l'axe du récipient est constitué par des organes de garnissage comportant des aubes de guidage et qui font saillie de la paroi du récipient vers l'intérieur de celui-ci. Cette rotation peut, si on le souhaite, être amplifiée par d'autres moyens, par exemple par insufflation d'un écoulement de gaz auxiliaire dans une direction présen- tant une composante tangentielle par rapport à la paroi du récipient. En outre, selon une structure préférée, le dispositif destiné à déplacer vers l'axe du récipient la matière tombant le long de la paroi du récipient est constitué par des anneaux ou par d'autres organes annulaires de garnissage, chacun ayant une surface tronconique s'inclinant vers l'intérieur et vers le bas, le sommet du cône étant sensiblement situé sur l'axe du récipient. Le diamètre externe de la surface tronconique peut correspondre au diamètre interne du réci- pient, et l'angle formé entre l'axe du récipient et la surface tronconique (le demi-angle au sommet du cône) peut ne pas être supérieure à 30'. L'invention sera maintenant décrite de façon plus détaillée, à titre illustratif et nullement limitatif, en référence aux dessins d'accompagnement sur lesquels: la figure I montre schématiquement une installation de traitement d'une matière particulaire comportant un réac- teur pour le traitement de la matière particulaire en suspen- sion dans un gaz; la figure 2 montre, en perspective schématique, un organe comportant des aubes de guidage, à monter dans un récipient de réaction; la figure 3 montre une coupe d'un anneau à monter dans un réacteur semblable; les figures 4A, 4B et 4C montrent un réacteur avec indication schématique des positions possibles de tronçons comportant des organes de garnissage interne; et les figures 5a, 5b et 5c montrent un tronçon de réac- teur en indiquant schématiquement la disposition des organes de garnissage comportant des aubes de guidage et des organes annulaires internes de garnissage. Dans l'installation représentée sur la figure 1, la matière est traitée dans un réacteur, qui est un tube sensi- blement vertical dans le fond duquel la matière préchauffée est introduite par un conduit 2. Du combustible pour le trai- tement est introduit au fond du récipient par une admission 3, et de l'air pour la combustion du combustible et/ou des parties combustibles de la matière est acheminé par un conduit 4 vers une admission centrale au fond du récipient 1. Le gaz sortant du réacteur,et qui entraine la matière traitée, est dirigé par un conduit 5 de sortie vers un cyclone 6 dans lequel la matière traitée est précipitée et ensuite déchargée par une sortie 7 de la matière du cyclone 6. Du cyclone 6, le gaz de sortie passe par un préchauf- feur 8, qui est montré schématiquement sous forme d'un bloc représentant par exemple un certain nombre de cyclones reliés en série. La matière première est introduite dans le préchauffeur 8 par une admission 9, et le gaz qui sort du préchauffeur par une sortie 10 est conduit vers un dispositif 11 de préci- pitation avant d'être déchargé, par un conduit 12, à l'atmos- phère. Les organes comportant des aubes de guidage et qui sont représentés à la figure 2 consistent chacun en quatre aubes 20 relativement minces reliées le long d'une ligne ver- ticale 21 laquelle, quand les organes sont montés dans le récipient, se situe dans l'axe de ce récipient.1. Les aubes sont torsadées comme une ailette d'hélice, les bords externes a des aubes étant inclinés à 45 par rapport à une position verticale. Les aubes de guidage sont réalisées en un matériau pouvant résister à la chaleur ou elles sont revêtues d'un tel matériau. Bien que la figure 2 montre quatre aubes, on peut en utiliser un nombre plus ou moins grand et, en outre, la partie centrale des aubes, qui est pratiquement parallèle à l'axe du récipient 1 et qui, par conséquent, n'influe prati- quement pas sur l'écoulement des gaz s'effectuant dans une direction tangentielle, peut être abandonnée de sorte que les aubes de guidage prennent la forme d'ailettes obliques montées sur la paroi interne du récipient 1. La figure 3 montre un anneau destiné à garnir l'inté- rieur du récipient 1. L'anneau 30 présente un axe de symétrie représenté par la ligne 31 en traits mixtes,et il est destiné à être monté à l'intérieur du récipient en ayant son axe 31 qui coincide avec l'axe de ce récipient 1. Le diamètre externe de l'anneau correspond au diamètre interne du récipient 1, et la surface supérieure 34 de l'anneau a une forme tronco- nique inclinée vers le bas le long d'un cône 32 imaginaire dont le sommet se trouve sur l'axe 31. L'angle au sommet de ce cône 32 n'est pas supérieur à 30 . Comme l'anneau est des- tiné à laisser passer le gaz qui arrive par en bas vers lui, sa surface inférieure 33 est arrondie pour diminuer la résis- tance que l'anneau oppose à cet écoulement du gaz. Les figures 4A, 4B et 40 montrent comment des tronçons du récipient 1, contenant un certain nombre d'aubes 20 de guidage et d'anneaux 30, peuvent être placés à l'intérieur le long du réacteur, les tronçons étant marqués par un "X" La distribution des anneaux et des aubes peut êtrela même dans chaque tronçon ou bien elle peut varier d'un tronçon à l'autre. Dans l'exemple A (figure 4A), les tronçons sont placés à des intervalles égaux dans le récipient 1. Dans l'exemple B (figure 4B), il existe deux groupes formés chacun de deux anneaux 30 supplémentaires, et un groupe est monté au sommet et l'autre à la base du récipient 1, pour garantir en premier lieu que la matière atteignant le sommet du récipient de réaction soit bien maintenue en suspension de façon à quitter le récipient par sa sortie 5, et en second lieu, que la matière se trouvant au fond du récipient soit retenue en suspension de façon à ne pas tomber dans l'admission 4 de gaz. Dans l'exemple C (figure 4C), le grand nombre d'anneaux au bas du récipient 1 garantit une diminution de la charge de matière près du fond du récipient 1, cependant qu'au som- met de ce récipient 1, un espace est laissé libre sans organe de garnissage interne. La façon dont les aubes 20 de guidage alternent avec les anneaux 30 est décisive pour la distribution de la matière dans le tronçon en cause. Dans l'exemple d'un tronçon de récipient représenté sur la figure 5a, le groupe de deux anneaux 30 au bas du tronçon garantit que la matière introduite dans ce tronçon ne redescende par le fond de ce tronçon que dans une très faible mesure,cependant que chaque aube 20 de guidage subsé- quente va imprimer une rotation encore plus intense au gaz qui entraIne la matière, de sorte que cette matière est proje- tée contre les parois internes du récipient afin d'être précipitée et de tomber vers le bas le long des parois de ce récipient 1 jusqu'à atteindre un anneau 30 qui refoule cette matière à nouveau vers l'écoulement ascendant de gaz. La configuration comportant deux anneaux au bas du tronçon et un certain nombre d'aubes de guidage un peu au-dessus dans ce tronçon va créer une distribution de matière telle que la concentration de cette matière diminue à mesure qu'on s'élève dans le tronçon. Dans le cas de la configuration représentée sur la figure 5b, un anneau 30 est inséré entre les aubes 20 de guidage à mi-chemin des extrémités du tronçon, et il va se produire une concentration locale de matière au niveau de cet anneau. Le tronçon représenté sur la figure 5c ne diffère de celui représenté sur la figure 5b que parce qu'il comporte un seul anneau 30 à sa partie inférieure. Cet exemple peut être utilisé si l'on souhaite que les particules de matière plus lourdes reviennent un peu vers la partie sousjacente du récipient 1-. La distribution des anneaux et des aubes de guidage au sein d'un tronçon n'est pas limitée aux seuls exemples représentés, mais elle peut être librement choisie pour obte- nir une distribution voulue de la matière au sein du tronçon. De même, les anneaux et aubes de guidage peuvent être placés librement dans le récipient,sans devoir être obligatoirement disposés en tronçons répétés. Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, de nombreuses modifications peuvent être apportéesaux réacteurs à durée prolongée de séjour de la matière à traiter en sus- pension dans un gaz, décrits et représentés. REVENDICATIONS 1. Réacteur pour traiter une matière en suspension dans un gaz, ce réacteur comprenant un récipient (1) sensi- blement cylindrique monté de manière que son axe de symétrie longitudinale soit sensiblement vertical et qui comporte une paroi de fond inclinée vers le bas et vers l'intérieur, un dispositif pour introduire la matière granulaire (2) à traiter et le combustible (3) dans le récipient (1) au voisi- nage de sa paroi inférieure, et un dispositif (4) pour intro- duire un jet de gaz dans le récipient (1) au centre, à travers la paroi du fond du récipient (1) en un mouvement ascendant pour que ce gaz réagisse avec la matière ou pour qu'il provo- que la combustion complète du combustible ou pour qu'il joue les deux rôles, et pour que ce gaz maintienne en suspension la matière granulaire, réacteur caractérisé en ce que des organes, intercalés par intervalles le long de l'intérieur du récipient (1), sont fixés de façon à faire tourner l'écoulement de gaz, qui circule à l'intérieur du récipient et entraîne la matière, autour de l'axe du récipient (1) de manière que cet écoulement de gaz suive un trajet hélicoïdal, et en ce que des organes (30) sont montés en vue d'obliger la matière, qui tombe le long de la paroi du récipient (1) à se déplacer vers l'intérieur et vers le centre ou axe de ce récipient (1). 2. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes destinés à obliger le gaz à tourner sont des organes de garnissage comportant des aubes (20) de guidage et qui font saillie de la paroi du récipient (1) vers l'intérieur de celui-ci. 3. Réacteur selon la revendication I ou la revendica- tion 2, caractérisé en ce que les organes destinés à obli- ger la matière à se déplacer vers l'intérieur sont des organes annulaires (30) de garnissage, ayant chacun une surface (34) tronconique inclinée vers l'intérieur et vers le bas, le sommet du cône se trouvant sensiblement sur l'axe de symétrie longitudinale du récipient (1). 4. Réacteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le plus grand diamètre de la surface (34) tron- conique correspond au diamètre interne du récipient (1) et en ce que l'angle formé entre l'axe du récipient (1) et la surface (34) tronconique n'est pas supérieur à 30 .