Brevet FR2594530A1 — publié le 19870821

Il existe des fours de carbonisation de boulets à base de charbon ,ayant pour objet d'assurer par une opération de cuisson à une température comprise entre 900 et 10000 une amélioration des caractéristiques mécaniques des agglomérés dont les matières volatiles sont ramenées à des teneures inférieures à 3%. Il existe des fours dans lesquels on procéde à cette opération et ou le gaz produit par les matières volatiles dégagées est réinjecté à la base ,ce qui présente le double avantage d'assurer l'extraction des produits froids ,et dtaméliorer de façon très sensible le bilan thermique global de I'opération D'une manière générale ,ces gaz sont véhiculés par des ventilateurs dont les caractéristiques permettent de vaincre les pertes de charge du circuit constituées dans les boulets dans la cuve des fours Lorqqu'il est nécéssaire de vaincre une perte de charge plus élevée ,on doit renoncer aux ventilateurs ,et faire appel à un appareillage du type compresseur ,tel que les pompes à anneau liouide . Un tel appareillage permet d'obtenir sans difficulté des pressions beaucoup plus importantes ,mais mettant en contact intime l'eau avec le gaz ,celui-ci se sature en vapeur d'eau Cette situation présente un inconvénient important dans le cas de fonctionnement des fours de carbonisation ,car en présence de carbone à une température de 900 ,cette vapeur d'eau est décomposée en hydrogène et oxyde de carbone dans une réfaction endothermique ,augmentant d'autant le coat de l'opération de carbonisation On sera donc conduit en cas de fonctionnement ces fours avec un tel appareillage à procéder à une réfrigération des gaz pour obtenir une condensation de la vapeur d'eau contenue Cette opération présentera l'inconvénient de nécéssiter l'élimination ultérieure des eaux conaensées.En effet ,ces eaux ayant été en contact avec le gaz ,sont polluées ,et ne peuvent plus etre mises à l'égout normalement Les conditions d'échanges Gaz/Matière ,pour obtenir une marche bien équilibrée des fours sont de l'ordre de 1M3/Kg d'ag- glomérés,correspondant approximativement a une éouivalence"du pois en eau" de 1Eg ae solide pour 1M3 de gaz .Cela signifie par Tonne de produit traité ,qu'on devra réaliser un appareillage susceptible de refroidir 1000M3 de gaz Le procédé suivant l'invention part du principe que dans la pompe à anneau liquide ,le mélange Gaz/Eau est homogène du fait du mouvement de rotation, de sorte que l'on peut considérer que les deux matières sont à des températures très voisines Dans le cas ou l'eau nécéssaire au fonctionnement des pompes circule en circuit fermé, il est normal qu'elle s'échauffe progréssivement du fait oe la température des gaz à l'aspiration et du phénomène de compression des gaz .Cn arrive par conséquent progressivement à un équilibre de la température ,qui en fonction de celle de l'ambiance peut évoluer entre 45 et 550 Les constructeurs annoncent en général comme caractéristiques des surpresseurs,une circulation d'eau dans la pompe de l'ordre de 1 à 2 litres par mètre cube,on aevra donc fonctionner en circuit fermé ,et opérer une réfrigération Le l'eau pour maintenir celle-ci à la température recherchée Les causes d'échauffement de l'eau sont les suivantes: 1 ) La température du gaz à l'aspiration : L'installation devra être conçue pour que la température du aaz soit a l'aspira- tion la plus faible possible ,comprise entre 40 et ,t var exemple. 20) Phénomène de compression du gaz : augmentation Le tempé P rature est définie par la formule (-p- ) X .Par exemple pour PC, une surpression de C,13 bar ,l'augmentation Le température au gaz sera de 1 ordre de 170. Pour 1000M3 de gaz de chaleur spécifique ,3 devant être ramenés à 20 , on devra assurer l'évacuation cies calories suivantes : Chaleur sensible des gaz 1000 x ( 40-20) x 0,3 = 6 Thermies 1000 x 0,3 x 17 = 5,1 Thermies TOTAL 11,1 Thermies A) À cette valeur il y aura lieu d'ajouter le cas échéant la chaleur ae condensation de l'eau contenue dans les gaz si l'a- baissement de température réalisé porte le gaz en aessous de son point cie rosée. B) La pompe ayant traitée 1000M3 de gaz ,avec 2M3 d'eau ,il en résultera pour maintenir à 20 le gaz ,que 11 eau devra absorber 11,1 thermies ,ce oui correspond pour 2M3 à un échauffement de 5,60. Pour revenir a la situation antérieure ,on devra aonc prévoir sur le circuit d'eau de la pompe à anneau liquide ;la mise en place d'un réfrigérant mau/Eau ,ce qui ne pose pas de problèmes. technologique particulier Le nouveau dispositif présente l'avantage supplémentaire de ne pas avoir à procéder à l'élimination de l'eau polluée autre que celle provenant du combustible traité ,et éventuellement de la vapeur d'eau produite en cas de combustion avec de l'air des gaz dans le four .Pour le même résultat ,au lieu a. traiter 1000M3 de gaz à refroidir de 50 à 20 ,c'est 2M3 d'eau qu'il faudra refroidir Considérons le fonctionnement d'une pompe à anneau liquide repère 1 de la figure.En marche en circuit fermé pour l'eau cette pompe entraînée par un moteur aspire du gaz et une certaine quantité d'eau séhiculéé généralement par une pompe 8ous une préssion légèrement supérieure à la pression do refoulement du gaz. Cette eau entratnée par les gaz sera récoltée dans un pont bas du circuit fermé de circulation de l'eau ,et réinjecté par la pompe 2 mais à une température abaissée du fait de l'action du réfrigérant (3) Si pour des raisons particulières inhérantes aux conditions d'exploitation du four le gaz à traiter se trouve à une température supérieure à 500 ,il sera nécéssaire à l'aide d'un préla vage à l'eau de ramener cette température å une valeur plus basse avant son introduction dans la pompe à anneau liquide De même si la température moyenne de l'eau présenté un écart important par rapport à celle de l'ambiance ,on aura intér8t à la refroidir par un réfrigérant aérien pour faciliter le plus possible les conditions de travail du réfrigérant eau-eau disposé sur la conauite à l'entrée de la pompe afin d'abaisser le plus possible la température de l'eau utilisée Qans les pompes En supposant qu'un four ae carbonisation de boulets ou d'anthracite soit alimenté en gaz de recirculation saturé d'eau à 200 au lieu de 50 degrés ,et en admettant que la totalité de la vapeur introduite dans le four soit décomposée ei hydrogène et oxyde de carbone ,l'économie d'énergie qui en résultera par tonne de produit traitée correspondra à 1,56 thermies par Kg d'eau en moins introduite soit (80 - 18 ) x 1,56 = 96,7 thermies soit 112,4 Kwh/Tonne REVENDICATIONS 1) Amélioration du bilan thermique des fours de calcination de produits carbonés à recirculation gazeuse par abaissement de la température des gaz recyclés 'a l'aide de pompes à anneau liquide 2) Amélioration suivant 1 caractérisée en ce que l'abaissement de la teneur en vapeur d'eau contenue dans le gaz est obtenu non par un refroidissement de celui-ci ,mais par une réfrigération de l'eau utilisée pour le bon fonctionnement des pompe à anneau liquide assurant la mise en compression du gaz en vue de sa réinjection dans le four 3) Amélioration suivant let 2 caractérisée par le fait que malgré sa mise en compression ,au contact avec l'eau froide de la pompe à anneau liquide la température du gaz comprimé entrasse une teneur en vapeur d'eau très réduite par rapport à celle d'un gaz plus chaud et améliore le bilan thermodynamique de fonctionnement de l'installation en réduisant l'importance de la réaction endothermique se produisant dans le four 4) Amélioration suivant revendication I à 3 caractérisée par le fait que le résultat peut être obtenu en disposant un réfrigérant eau - eau approprié sur le circuit de retour de l'eau utilisé dans la pompe à anneau liquide