Brevet FR2663626A1 — publié le 19911227

Installation mobile pour la transformation de sulfate de calcium minéral ou de synthèse en liant hydraulique La présente invention est relative à une installation de traitement de sulfate de calcium naturel (gypse) ou de synthèse (sulfogypse, phosphogypse et autres sous-produits du même genre) pour l'obtention d'un nouveau liant hydraulique. (n connait à ce jour différentes méthodes de traitement de sulfate de calcium d'origines variées qui permettent notamment la production de plâtres et et 3, et en particulier un procédé à partir de vis hélicoïdales de forme spé- ciale (Brevet Luxembourgeois PCT/BE 88/00007) et un procédé à plateaux circulaires (Brevet français FR A 84 17162) donnant la possibilité d'ob- tenir un liant hydraulique de haute résistance. Le but de la présente invention consiste en la réalisation d'une centrale de traitement simple, robuste, légère, peu encombrante (donc aisément dépla- çable) et de performances améliorées en ce qui concerne le débit, la qualité du produit obtenu, la fiabilité, permettant la transformation, par ce traitement, de gypse naturel ou de synthèse sous forme de poudre en un nouveau liant hy- draulique. Selon la présente invention l'installation comporte au moins un bac trans- porteur en forme de U à fond plat horizontal, dans lequel tournent des rotors dont l'axe horizontal est perpendiculaire au plan de symétrie du bac Ces rotors sont équipés de palettes diamétrales ( 2,3 ou plus) qui, dans leur rotation vien- nent effleurer le fond du bac La rotation dans le même sens des divers rotors d'un tel transporteur alimenté en matière pulvérulente assure le cheminement de celle-ci dans un sens bien défini (fonction du sens de rotation des rotors) en même temps que son brassage. L'installation peut comporter plusieurs transporteurs en bac superposés qui reçoivent à une extrémité la matière déversée par le transporteur en amont et alimentent par une ouverture à leur autre extrémité le transporteur disposé en aval Le sens de rotation des rotors étant le même pour tous les rotors d'un transporteur et s'inversant d'un transporteur au suivant, la matière chemine donc dans un sens puis dans l'autre de transporteur en transporteur descendant ainsi progressivement dans l'empilage. L'ensemble des transporteurs est enfermé dans une cloche parallélépi- pèdique fermée sur ses faces verticales latérales et sur sa face supérieure, le fond étant avantageusement laissé ouvert Dans cette cloche la matière est traitée thermiquement à des températures qui peuvent s'élever à des valeurs de l'ordre de 4000 C à 500 C en plafond L'énergie calorifique nécessaire à ce traitement est transmise par voie non polluante pour l'atmosphère de la cloche L'échauffement de la matière dû à cet apport calorifique provoque un dégagement de vapeur d'eau en provenance d'eau d'interposition (humidité) et de l'eau de cristalisation créant une atmosphère de vapeur sèche à l'origine des performances qualitatives de l'installation. En faisant varier le débit de matière, la répartition de l'apport calorifique et les températures tout au long du traitement, l'installation suivant l'invention permet, à partir de matières premières d'origine variées, d'obtenir un produit bien défini, ou, à partir d'une même matière première, d'ajuster aux besoins les caractéristiques du produit final obtenu. Cette énergie calorifique peut-être apportée par des résistances blindées électriques ou par des tubes dans lesquels circule un fluide caloporteur, les résistances ou les tubes étant disposés en nappes situées respectivement en- tre les fond d'un transporteur et le dessus du transporteur immédiatement inférieur. La chaleur est rayonnée par les résistances ou les tubes d'une part sur la ma- tière circulant dans le bac inférieur, et d'autre part sur le fond du bac supé- rieur ce qui réalise un chauffage efficace et uniforme de la matière Par con- vection la chaleur est en outre transmise à l'atmosphère de vapeur sèche dont la température est augmentée, ce qui accroît son efficacité. Dans un type de réalisation suivant l'invention, l'énergie calorifique néces- saire au traitement de la matière est avantageusement apportée par des gaz chauds provenant de générateurs disposés au pied de la cloche Ces fumées circulent dans des nappes horizontales de tubes disposées respectivement entre les différents transporteurs A chacune de leurs extrémités les tubes d'une nappe sont reliés respectivement aux tubes de la nappe supérieure et de la nappe inférieure par des collecteurs qui, à chaque niveau, répartissent les fumées reçues de la nappe inférieure dans les tubes de la nappe supérieure. A la partie haute les fumées sont extraites de la cloche par une cheminée branchée sur le dernier collecteur et traversent le plafond de la cloche Cette cheminée est équipée d'un volet de réglage permettant d'ajuster la pression des fumées dans les tubes. Dans un type de réalisation de l'installation suivant l'invention la chemi- née peut-être équipée d'un échangeur permettant de récupérer, avant leur mise à l'atmosphère, une partie des calories contenues dans les fumées sortant du dispositif pour préchauffer de l'air qui peut soit alimenter les brûleurs en comburant, soit être injecté dans le collecteur le plus bas Dans un autre type de réalisation les fumées elles-même peuvent être récupérées et réinjectées dans les collecteurs à un ou plusieurs niveaux judicieusement choisis Il est en outre possible de diriger une partie de ces fumées vers les silos de stockage ou les transporteurs d'alimentation en matière pour commencer son préchauf- fage et diminuer son humidité lorsque celle-ci est excessive Ces types de réalisation améliorent le rendement thermique de l'installation. La matière à traiter, en provenance des silos de stockage, alimente une trémie d'o elle est extraite par un distributeur rotatif qui l'évacue dans un sas fermé lui-même à sa partie inférieure par un second distributeur rotatif évacuant à son tour la matière dans un second sas fermé à son tour par un troisième distributeur rotatif d'o la matière tombe sur le transporteur en bac supérieur Les sas ont la forme de troncs de pyramide à bases rectangu- laires, la largeur d'alimentation des distributeurs rotatifs allant en croissant et leur diamètre en décroissant du distributeur supérieur au distributeur infé- rieur de façon à réaliser un débit constant et alimentation régulière sur toute la largeur des transporteurs en bac. A la partie inférieure de l'installation la matière traitée et transformée est reprise par un jeu de transporteurs et évacuée vers des silos de stockage. Au cours de son traitement la matière dégage, comme indiqué plus haut, de la vapeur d'eau ainsi que des gaz divers suivant sa provenance Ces produits s'accumulent dans la cloche d'o il sont extrait par une tuyauterie d'exhaure. placée sur le plafond de la cloche équipée d'un volet de réglage de la pression dans celle-ci La vapeur et les gaz extraits sont dirigés vers un bac d'eau addi- tionnée éventuellement des réactifs judicieux o ils s'épurent et se refroidis- sent par barbotage ce qui permet d'assurer une production d'eau chaude, et la concentration des produits nocifs pour leur envoi vers des unités de traite- ment spécialisées. Le faible encombrement de l'installation pour une production signi- ficative ainsi que sa légèreté permettent aisément de la disposer sur une remor- que routière ou de l'équiper d'un train d'essieux autorisant son déplacement facile et rapide en vue soit de l'utilisation de sources de matière première dispersées, soit de la production du produit traité directement sur les lieux d'utilisation. **** * *** Les détails d'une forme d'exécution suivant l'invention sont donnés par les figures annexes: -la figure 1 est une vue en coupe longitudinale de l'installation, -la figure 2 est une vue en coupe transversale de l'installation, -la figure 3 est une vue perspective montrant le détail de l'agencement des bacs en U, des rotors et des nappes de tubes. -la figure 4 est une vue perspective montrant le détail d'un agencement de l'entraînement des rotors par pignons et chaînes. Sur les figures 1 & 2 on a représenté une centrale selon l'invention pour la transformation en un liant hydraulique de gypse naturel ou de synthèse se présentant, avant traitement, sous forme pulvérulante (de l'impalpable à 5/10 mm), avec son humidité naturelle et à la température ambiante Elle comporte une cloche parallélépipèdique ( 1) composée d'un caising en tôle garnie inté- rieurement produits réfractaires isolants ( 2) et supporté par une ossature en profilés ( 3) Elle contient un transporteur constitué d'une série de bacs ( 4) en forme de U à fond plat, en tôle d'acier réfractaire, superposés, à l'intérieur desquelles tournent des rotors à palettes diamétrales ( 5) commandés de l'ex- térieur du caising par un système d'entraînement par chaînes et pignons repré- sentés à titre d'exemple sur la figure 4 L'installation comporte une trémie d'alimentation ( 6) située sur le plafond de la cloche, surmontant deux sas ( 7) entre trois distributeurs rotatifs ( 8) la longueur des distributeurs allant en croissant et leur diamètre en décroissant du plus haut au plus bas de manière, tout en assurant un débit constant par leur homocinétisme, à répartir l'alimen- tation sur toute la largeur des transporteurs; le canal d'évacuation ( 9) du dis- tributeur inférieur débouche, au travers de la cloche, sur une extrémité du transporteur supérieur Après son cheminement du haut en bas sur les trans- porteurs successifs la matière est déchargée dans une trémie réceptrice ( 10) qui alimente un dispositif d'évacuation vers les silos de stockage son repré- senté. Il est bien entendu que l'installation représentée aux figures 1 & 2 est donné à titre d'exemple et qu'une installation conforme à la présente invention peut comporter, suivant les besoins, plus ou moins que les Il étages de trans- porteurs indiqués. Selon la présente invention l'apport calorifique est, dans l'exemple décrit, réalisé par la circulation de fumées chaudes circulant dans des nappes de tubes ( 11) disposées entre deux transporteurs adjacents Ces fumées peuvent être remplacées par tout fluide caloporteur convenable et les tubes peuvent être remplacés par des résistances électriques Les tubes d'une nappe sont alimentés en parallèle par un collecteur ( 12) qui recueille les fumées sortant de la nappe inférieure Seuls, le collecteur d'entrée ( 13) et le collecteur de sortie ( 14) ne sont reliés qu'à une nappe de tubes Avantageusement les transporteurs infé- rieurs ne sont pas équipés de dispositif de chauffage pour permettre à la ma- tière de se stabiliser sans apport calorifique puis de se refroidir jusqu'à des températures de l'ordre de 120 à 1500 C et de récupérer aisément les calories qu'elle contient. Les tubes sont alimentés en gaz chauds par un ou plusieurs générateurs de fumées ( 15) chaudes disposés sur le chassis à la partie inférieure de la clo- che Ces générateurs sont branchés sur un ou plusieurs collecteurs suivant les besoins de la matière à traiter et la répartition des températures désirées. Là aussi le nombre de nappes de tubes ( 11), le nombre de transporteurs non équipés de dispositif de chauffe, le nombre de générateurs de fumées chau- des ( 15), le nombre et la position des piquages d'arrivée de gaz chauds sur les collecteurs peuvent varier suivant les nécessités, et la configuration de la figure 1 est donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif. A la partie supérieure les fumées rassemblées dans le collecteur ( 14) sont évacuées par une cheminée ( 15) équipée d'un papillon ( 16) permettant d'ajuster manuellement ou automatiquement la pression et la vitesse de cir- culation des gaz chauds dans les tubes Comme indiqué sur la figure 1 cette cheminée peut être équipée d'un piquage ( 17) permettant de récupérer une partie des gaz chauds sortant pour la réinjecter en amont du dispositif de chauf- fage afin d'améliorer le rendement A cette réinjection de fumées chaudes est ajouté un échangeur ( 27) servant, par refroidissement des fumées, à géné- rer de l'air chaud utilisable pour l'alimentation des générateurs ( 15) en air comburant ou pour l'alimentation directe du circuit de chauffage entre les générateurs et les nappes de tubes En outre une partie des fumées est envoyée dans les silos contenant la matière première et sur le transporteur assurant son acheminement vers l'installation pour assurer son préchauffage. La cloche est équipée sur son plafond d'une tubulure d'exhaure ( 18) tra- versant le caising et son garnissage isolant ( 2) pour évacuer l'atmosphère de vapeur d'eau sèche et les gaz divers dégagés par la matière et s'accumulant dans le haut de la cloche Cette tubulure est équipée d'un volet de réglage ( 19) commandé manuellement ou automatiquement et permettant de régler la pression dans le haut de la cloche Les gaz extraits sont dirigés vers une cuve ( 20) contenant de l'eau et les réactifs nécessaires o, par barbotage, ils s'épurent et se refroidissent Par concentration on procède ainsi à l'épuration des gaz en produits nocifs et à l'évacuation ultérieure de ces derniers vers des centres de traitement spécialisés En outre, un circuit noyé annéxé ( 21) permet la production d'eau chaude. L'installation telle que décrite dans les figures 1 & 2 se présente sous des dimensions et un poids tels qu'elle peut aisément être équipée de train d'essieux, ou être posée sur une remorque, pour assurer sans contrainte son déplacement par voie routière en vue de son transfert sur le lieu de production de la matière à traiter ou sur le lieu d'utilisation du produit élaboré. Sur la figure 3 on a représenté à plus grande échelle et en perspective le détail des transporteurs en bac suivant l'invention avec le dispositif d'en- trainement et le brassage de la matière par rotor à palettes diamétrales et le dispositif de chauffage par nappes de tubes de fumées Lesdits transporteurs se composent de bacs métalliques en tôle d'acier réfractaire ( 4) pliés en forme de U à fond plat Ces bacs sont superposés avec interposition de traversés d'appui et d'espacement ( 22) régulièrement disposés le long des bacs A l'inté- rieur des bacs tournent des rotors ( 5) composés d'un axe creux ( 23) traversant les joues du bac par des bagues ( 24) et entraînés par un dispositif de chaînes et pignons donné en détail sur la figure ( 4) Chaque axe ( 23) porte des disques ( 25) maintenant 2 ou plusieurs palettes diamétrales ( 26) ( 3 sur la configuration donnée à titre indicatif et non limitatif sur la figure considérée) La rotation des rotors dans le sens de la flêche pour le bac inférieur représenté sur la figure 3 assure le cheminement de la matière de la gauche vers la droite dans ledit bac, ainsi que son brassage Les rotors équipant les bacs situés directement en dessus et en dessous du bac considéré ci-dessus tournent en sens inverse de ceux équipant ledit bac, assurant dans ces bacs supérieurs et inférieurs le cheminement de la matière de la droite vers la gauche Les traverses ( 22) reçoivent par des tubes ( 11) réalisant des nappes de chauffage de la matière circulant dans les bacs, tant par chauffage direct de celle circulant dans le bac situé au dessous de la nappe que par chauffage indirect par le fond du bac situé au dessus de la nappe. La commande de la rotation des rotors est rapportée à l'extérieur de la cloche La figure 4 donne une représentation perspective de cette comman- de Des axes ( 28) tenus par des paliers ( 29) portent des pignons ( 30) Ces axes transmettent, par des joints de cardan isolants ( 32), leur mouvement à des axes flottant ( 33) traversant le caising et le réfractaire de la cloche ( 1) et entraînant les tubes axiaux des rotors ( 5) par un joint tournevis à clavette ( 34) Ce dispositif permet de compenser les dilatations différentielles entre l'intérieur et l'extérieur de la cloche. Tous les pignons correspondant aux rotors d'un même transporteur en bac ( 4) sont reliés par des chaînes assurant leur homocinétisme et leur rota- tion dans un même sens. REVENDICATIONS 1 Installation pour l'élaboration d'un liant hydraulique à partir de sulfate de calcium naturel (gypse) ou de synthèse (sulfogypse, phosphogypse, etc) sous forme pulvérulante non presséché ni préchauffé, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un transporteur constitué d'un bac en tôle en U à fond plat ( 4) dans laquelle tournent des rotors ( 5) équipés de palette diamétrales assurant l'avancement et le brassage de la matière à traiter. 2 Installation selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comporte deux ou plusieurs transporteurs superposés, ( 22) se déversant les uns dans les autres dans le sens d'avancement de la matière. 3 Installation selon les revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que l'en- semble des transporteurs est enfermé dans une enceinte en forme de cloche parallélépipédique ( 1-2-3). 4 Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes carac- térisée en ce que l'alimentation en matière première se fait au travers du plafond de la cloche par un dispositif de deux sas ( 7) entre trois dis- tributeurs rotatifs ( 8) permettant l'approvisionnement sur toute la lar- geur des transporteurs en bac sans passage de gaz ( 9). Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes carac- térisée en ce que la matière subit un traitement à température adaptée au produit fini par action conjuguée de l'élévation de température pro- venant d'un apport calorifique ( 11) et de vapeur d'eau sèche obtenue à partir de la matière traitée ( 19). 6 Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes carac- térisée en ce que l'apport calorifique est obtenu par des résistances électriques blindées disposées en nappes entre les transporteurs de ma- tière à traiter, et couplées de manière à moduler l'apport calorifique suivant les besoins du traitement désiré à la place des tubes ( 11). 7 Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 précédentes caractérisées en ce que l'apport calorifique est obtenu par la circulation d'un fluide caloporteur dans des nappes de tubes ( 11) disposées entre les transporteurs et couplées de manière à moduler l'apport calorifique suivant les besoins du traitement désiré. 8 Installation selon la revendication 7 précédente caractérisée en ce que le fluide caloporteur est un flux de gaz chauds en provenance d'un ou plusieurs générateur(s) thermique(s) ( 15). 9 Installation selon la revendication 8 précédente caractérisée en ce qu'une partie des effluents gazeux en provenance du circuit de chauffage est récupérée et réinjectée en amont de celui-ci ( 17). Installation selon la revendication 8 précédente caractérisée en ce qu'une partie des calories contenues dans les effluents gazeux en provenance du circuit de chauffage est récupérée dans un échangeur ( 27) pour la production d'air chaud utilisable soit par réinjection en amont du circuit de chauffage, soit pour l'alimentation du générateur thermique en air comburant préchauffé. Il Installation selon la revendication 8 précédente caractérisée en ce qu'une partie des effluents gazeux en provenance du circuit de chauffe ( 15) est utilisé pour le préchauffage de la matière à traiter ( 17) par envoi dans les silos de stockage et/ou sur le dispositif de transport de celle- ci. 12 Installation selon la revendication 8 précédente caractérisée en ce que les revendications 9, 10 et Il ci-dessus sont appliquées simultanément ( 15-17-27). 13 Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes carac- térisée par la récupération de la vapeur d'eau et des gaz dégagés par la matière et leur traitement et leur refroidissement par barbotage en vue de leur épuration et la production d'eau chaude ( 18-20-21). 14 Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes carac- térisée par sa mise en place sur une remorque routière (Fig 1 & 2) ou sur un train d'essieux en vue d'assurer son déplacement sur les lieux de production de matière première ou sur les lieux d'utilisation du produit obtenu.