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PROCEDE POUR LA PRODUCTION DE GAZ CONTENANT DE L'ANHYDRIDE SULFUREUX.
Lors du grillage de pyrites de fer concassées pour la production de gaz contenant de l'anhydride sulfureux dans les fours de grillage mécani- ques déjà connus, il peut se produire, par endroits, dans la matière à griller qui se meut à contre-courant de l'air de grillages surtout lorsque les fours sont fortement chargés, des mélanges eutectiques de sulfures de fer et de gan- gues provoquant un ramollissement de la matière à griller ainsi que des con- glomératso 0 il en résulte des dérangements considérables,
par exemple à la sui- te d'un arrêt des bras du mélangueur ou par la formation d'incrustations en forme de couronne dans le four tubulaire rotatifDe tels ramollissements peuvent aussi se produire lorsqu'on grille les pyrites de fer dans une cou- che à laquelle on donne un mouvement bouillonnant en faisant passer le gaz oxygéné, nécessaire au grillages de bas en haut à travers la matière concas- sée avec., en même temps, le gaz de grillage qui se forme sous forte réac- tion exothermique, ladite couche étant maintenue dans un état de réaction constant en amenant des pyrites et en retirant les résidus de grillage, en continu ou périodiquement.
Or on a trouvé qu'en opérant suivant ce procédé à couche bouil- lonnante les dérangements décrits ci-dessus pouvaient être évités, également lors de fortes charges. A cet effet on maintient des températures suffisam- ment élevées pour que le grillage soit accéléré à un point tel que la couche consiste principalement en particules largement grillées, mais sans toute- fois laisser dépasser leur point de ramollissement.
Lorsqu'on utilise des pyrites pauvres en arsenic, consistant principalement en persulfure de fer d'une teneur en arsenic le plus souvent inférieure à 2 %, on peut obtenir un :,grillage assez rapide au delà de la phase du monosulfure en maintenant dans la couche la température au-dessus de la température de conversion du persulfure de fer en sulfure de fer et en soufre, soit à plus de 6900 environ.
Si les particules de pyrites de fer par- viennent dans la couche dont la température n'est par exemple que de 50
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au-dessus du point de conversion, elles prennent rapidement cette température étant donné les conditions extraordinaires favorables d'échange de chaleur qui se présentent dans la couche bouillonnante, ce qui a pour effet de provoquer l'expulsion du soufre sous forme de vapeur, sous des pressions de plusieurs atmosphères, souvent avec décrépitation des particules.
Les petits nuages de soufre entourant les particules brûlent de façon explosive avec les gaz intro- duits., de sorte qu'il se produit un surchauffage local des particules, condui- sant très rapidement à une combustion du monosulfure resté dans ces dernières, ce qui fait qu'on a en peu de temps une matière dont le degré de grillage dé- passe largement la phase du monosulfure, matière qui continue à griller., et cela d'autant plus rapidement que la température est maintenue au delà des li- mites inférieures indiquées, toutefois au-dessous de la limite supérieure qui se trouve fixée par le point de ramollissement de la matière largement grillée.
En outre les réactions se déroulant de façon turbulente dans ce champ de tem- pératures exercent une influence favorable sur la formation du mouvement bouil- lonnanto La vitesse de certaines particules est accélérée à un point tel qu'el- les sont projetées de la couche bouillonnante vers le haut comme des fusées.
La température dans la couche peut être maintenue à dessein au- dessus du point de ramollissement du produit intermédiaire de grillage ayant le plus bas point de fusion. De la sorte, non seulement le grillage se dérou- le de façon particulièrement rapide., mais on peut aussi éviter presque tota- lement l'oxydation non désirée du bioxyde de soufre en trioxyde de soufre qui sinon s'effectue dans une faible mesure.
Les températures à observer dépendant de la composition chimique et de la structure des pyrites à traiter. Les points de ramollissement du ré- sidu de grillage et des produits intermédiaires de grillage entrant plus fa- cilement en fusion peuvent être aisément déterminés pour chaque sorte de py- rites.
Par suite de leur teneur en gangues et én autres minéraux, ces points de ramollissement sont souvent notablement plus bas que les points de fusion des produits de grillage qui se présentent successivement au cours du pro- i cessus de grillage sous une forme pure, car le sulfure de fer fond à 1195 et le trioxyde de fer à environ 1570 a Toutefois les températures d'environ 900 enregistrées de la façon habituelle dans la couche de réaction, particulière- ment avec des pyrites contenant du sulfure de zinc, peuvent encore être nota- blement dépassées en tenant compte aussi du fait qu'à certains endroits il peut se produire passagèrement des températures sensiblement plus élevées.
Un avantage particulier du présent procédé réside aussi dans le fait qu'à ces températures élevées la réaction peut se faire exclusivement dans des récipients avec'revêtement intérieur en matière hautement réfrac- taire, et qu'aucun dispositif en métal n'est nécessaire pour agiter la ma- tière à griller au sein de la couche bouillonnante dont la température at- teint un degré très élevé.
Le grillage des pyrites dans la couche bouillonnante s'effectue? lorsqu'on opère sur une large échelle, de façon presque adiabatique, les per- tes de chaleur pouvant avec cette disposition ramassée, à l'intérieur d'une maçonnerie réfractaire,, être pratiquement négligées.
Le réglage de la tempé- rature au sein de la couche d'après les points de vue ci-dessus.\! réglage qui est surtout nécessaire lorsqu'il s'agit de produire des gaz de grillage avec une forte teneur en bioxyde de soufre, peut toutefois être effectué, ainsi qu'on l'a constaté, de façon très simple en introduisant des substances so- lides ou gazeuses dans la couche, par exemple en ramenant dans la zone de grillage uné partie des gaz de grillage qui se sont produits ou de la ma- tière grillée après qu'elle aura été refroidie.Il est particulièrement avantageux de ramener des résidus de grillage refroidis et/ou des poussières volantes,
car on arrive ainsi à produire une nouvelle diminution de la con- centration en produits intermédiaires de grillage ayant tendance à se ramol- lir et à exploiter facilement la chaleur sensible évacuée avec les résidus.
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Un autre moyen de régler la température au sein de la couche à griller consiste à y introduire des substances sulfurées, de préférence ne fondant pas à la température du grillage, formant dans les conditions de grillage, sous réaction endothermique, de l'anhydride sulfureux. De telles substances sont par exemple le sulfate de fers le gypse, l'anhydrite, la kiesérite, etc.
On peut également évacuer la chaleur en excès non nécessaire pour maintenir la température dans l'intervalle requis,au moyen de réfrigé- rants montés dans la couche bouillonnante ou disposés d'une autre façon, permettant également un échappement de chaleur. Il est également possible ), d'appliquer simultanément plusieurs des mesures qui ont été indiquées plus ,haut pour régler la température.
Une réfrigération efficace peut être obtenue en évacuant la cha- leur de rayonnement partant de la surface de la couche, tout en utilisant cette chaleur, de préférence pour la production de vapeur. De cette façon on évite que la matière à griller ne se ramollisse et se charge de scories et l'évacuation régulière en continu des résidus de grillage est assurée; en outre du fait de l'évacuation de la chaleur de la surface rayonnante de la couche, on provoque un renforcement des mouvements de convection calorifique au sein de la couche.
L'organe absorbant le rayonnement de la chaleur, pré- vu de préférence pour la production ou le surchauffage de la vapeur à haute pression, est disposé de préférence parallèlement à la surface rayonnante ou obliquement avec un angle d'inclinaison tel qu'il ne puisse se produire de dépôts de poussiers, donc pour ainsi dire perpendiculairement à la direction du courant des gaz de réaction chauds.
Si l'on veut en même temps absorber la chaleur sensible entraî- née convectivement par les gaz de grillage affluant lentement, on dispose les tuyaux de transmission de chaleur servant de générateurs et de surchauf- feurs de vapeur parallèlement à la direction du courant des gaz de grillage, une augmentation de la vitesse des gaz étant avantageusement obtenue à ces tuyaux par un étranglement de la section du courant. Les organes pour l'é- vacuation convective de la chaleur des gaz de réaction peuvent aussi être pla- cés en dehors du système de réaction.
Il est indiqué de ne pas choisir aux or- ganes absorbant la chaleur une vitesse de courant des gaz sensiblement plus élevée qu'environ 8 m/seco (par rapport à la température moyenne) afin d'évi- ter de trop fortes érosions des organes par la poussière entraînée par les gaz.
Les résidus de pyrites de fer constituant, sans les pertes dues à la formation de poussières volantes, environ 50 % en poids de la matière de départ, et éliminant ainsi de la couche une partie considérable de la cha- leur développée, il est avantageux de mettre aussi à profit la chaleur sen- sible des résidus de grillage en les conduisant par un dispositif d'échange de chaleur construit comme surchauffeur de vapeur, comme générateur de vapeur ou comme préchauffeur pour l'eau d'alimentation des chaudières. De la sorte le degré d'efficacité thermique du procédé pour la production de vapeur est sensiblement augmenté. Il est avantageux de grouper les différents tuyaux générateurs et surchauffeurs de vapeur en un ensemble.
La figure 1 montre une des formes d'exécution d'un dispositif pour une évacuation et une utilisation très efficaces de la chaleur. Ce dis- positif consiste essentiellement en une chambre annulaire 101 à parois en matériel réfractaire pour y loger la matière à griller,sous forme de grains fins, aveo au fond des résidus de grillage 102 sous forme de grains plus grossiers, en une grille annulaire en forme de voûte 103 par laquelle est introduit, passant par le canal à air 104, l'air nécessaire au grillage qui- arrive par la conduite tangentielle 105, en un puits 112, disposé au centre, dans lequel la matière grillée passe de la chambre annulaire 101 par dessus le barrage lll, et en les absorbeurs de chaleur 118 et 119.
Les pyrites de fer concassées sont introduites dans le récipient 106 et passent de là dans
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la chambre annulaire par la soute intermédiaire 107 au moyen de la vis sans fin 108,commandée par l'engrenage 109 et le moteur 110. Les résidus de gril- lage sont prélevés au moyen de la vis sans fin 113 (avec engrenage 114 et moteur 115). Les gaz de grillage se rassemblent dans le canal annulaire 116 et sont évacués par la tubulure 117. Avec un tel arrangement la voie pour le passage des produits de grillage à travers la zone d'utilisation de chaleur se trouve sensiblement rétrécie par rapport à la section de la chambre de grillage.
Les organes 118 sont construits comme tuyaux surchauffeurs de vapeur, de préférence suivant le système Fieldo Ils sont répartis réguliè- rement en direction radiale sur la surface de l'endroit annulaire et ser- vent à absorber la chaleur de rayonnement de la couche de grillage ainsi que celle qui se réfléchit de la voûte.
Les organes 119 sont construits comme tuyaux générateurs de vapeur,par exemple également d'après le système Field. Ils servent à la partie inférieure du puits comme réfrigérant pour les résidus de grillage et à la partie supérieure comme réfrigérant pour les gaz de grillageo
L'eau servant à la production de vapeur est répartie au moyen du tambour 120 sur les tuyaux 119o La vapeur ainsi produite se rassemble dans le canal annulaire 121, elle passe par le canal annulaire 121a, puis par la conduite 118 et est retirée du canal annulaire 122 à l'état surchauf- féo En cas d'endommagement des tuyaux de vapeur qui sont sous pression, le système se détend par rupture automatique du disque 1230 Un faible courant d'air peut être conduit par la tubulure 124 afin d'éviter un échappement de gaz de grillage.
D'après le mode opératoire décrit ci-dessus, on peut faire évacuer des quantités considérables de chaleur aux températures de 850 à 1050 qui,suivant-les sortes de pyrites, entrent de préférence en ligne de compte pour la couche bouillonnante. S'il s'agit de la production de gaz de grillage d'une forte teneur en anhydride sulfureux, en particulier en utilisant de l'air chargé d'oxygène ou en utilisant presque complètement l'oxygène d'air normal, avec récupération de gaz de grillage d'une teneur de 15 à 16 % d'anhy- dride sulfureux, cette façon d'évacuer la chaleur ne suffit souvent pas pour maintenir la température de la couche bouillonnante au-dessous de la limite maximum qui se trouve fixée par le point de ramollissement de la matière dans un état de grillage avancé.
Dans de tels cas on peut obtenir une sensible amélioration de l'absorption de la chaleur, si, en même temps que la chaleur de rayonnement de la couche bouillonnante, on retire directement de la chaleur par voie convective, en particulier des couches supérieures ou moyennes de la couche bouillonnante. Dans ce cas également il est indiqué d'utiliser cette chaleur pour la production de vapeur.
Comme dans le lit bouillonnant on a une excellente transmission thermique par rayonnement et convection (les couches bouillonnantes composées principalement de résidus de grillage d'une grosseur de grains entre 0,1 et 4 mm, ont un coefficient de transmission thermique de 300 kcal/m2/h/ C et au-dessus), il suffit pour évacuer la chaleur de surfaces de transmission étonnamment faibles. Le prélèvement de la chaleur des couches moyennes et supérieures de la couche bouillonnante offre l'avantage que le refroidisse- ment des couches inférieures dû au procédé même, -les gaz froids entrant par le bas et la matière à griller introduite à froid, d'un poids spécifique re- lativement élevé s'amassant aussi tout d'abord au fond,- est complété de façon très efficace.
Des accumulations de chaleur qui se forment en cas de fortes charges dans les couches supérieures et moyennes malgré le mouvement bouillon- nant, se trouvent ainsi évitées.
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Les organes servant à l'évacuation de la chaleur peuvent être disposés horizontalement, obliquement ou verticalement dans les couches moyen- nes et supérieures de la couche bouillonnante. Il est particulièrement avanta- geux de placer les organes absorbant la chaleur dans la partie de la couche qui résulte de la différence de volume entre l'état au repos et l'état bouil- lonnant provoqué par les gaz qui affluent de bas en haut à travers la masse.
Par cette disposition la chaleur en excès est prélevée exclusivement de la couche supérieure du lit bouillonnant, de même que lorsqu'on évacue seulement la chaleur de rayonnement par les organes placés au-dessus de la couche bouil- lonnanteo La formation d'autres courants de convection qui se superposent au mouvement bouillonnant occasionné par les gaz ascendants, se trouve ainsi facilitée.
Un autre avantage réside dans le fait que si l'appareil est mis hors de service un contact des organes absorbant la chaleur avec la matière de réaction est évité, la couche bouillonnante tombant à la hauteur qu'elle a lorsqu'elle est au reposo De ce fait l'effet réfrigérant diminue automa- tiquement et un refroidissement trop prononcé de la matière qui ne développe alors plus de chaleur est évitéo On empêche en outre sûrement que la matière de réaction au repos ne vienne adhérer aux organes absorbant la chaleur.
La figure 2 montre une installation avec absorbeurs de chaleur introduits dans la partie de la couche bouillonnante résultant du mouvement bouillonnant. La matière à griller 201 se trouve dans un récipient formé par deux cylindres concentriques 202 avec revêtement de matière céramique ré- fractaire. Les gaz oxygénés venant du canal 204 passent par la grille 203 dans la couche 201 en provenance du canal 204.Le mouvement bouillonnant fait passer la couche du niveau 205 au niveau 206.
Les organes 207 en forme de tubes de Field, légèrement inclinés sont entourés par la matière à griller qui bouil- lonne avec un mouvement ascendant et descendante ce qui a pour effet une trans- mission intense de chaleur à l'eau qui coule à travers les tuyaux, avec forma- tion de vapeur surchauffée., La vapeur et l'eau entraînée avec elle se rassem- blent dans la conduite circulaire 208 d'où la vapeur est dirigée par la con- duite 209 vers les endroits où elle est utilisée. L'eau qui s'est séparée est ramenée dans les tuyaux de Field par le tuyau 210 en passant par la pom- pe de circulation 211 et la conduite annulaire 212, une répartition réguliè- re entre les différents tuyaux étant assurée par les chicanes 213.
L'eau fraî- che d'alimentation est amenée à la conduite 210 au moyen de la pompe 214 en passant par le dispositif 215 (voir ci-dessus) destiné à la réfrigération des résidus de grillage.
Les absorbeurs de chaleur 207 sont introduits en direction ra- diale à travers les volets latéraux de la partie supérieure 216 de l'appareil- lage, également revêtue de matière céramique réfractaireo Tandis que cette partie supérieure est fixe, la partie inférieure, y compris le canal 204 et le cylindre 217 en matière céramique réfractaire disposé au centre, peut être abaissée au moyen du mécanisme 218. Dans la conduite 219 pour l'amenée des gaz, une fermeture hydraulique 220 permet de baisser le système sans qu'il ,se produise d'interruption dans cette conduite. La jonction 221 entre la partie du haut et la partie inférieure qui peut être abaissée est rendue étan- che par un joint 222 en forme de tasse, rempli de préférence de poudre de ré- sidus de grillage.
On obtient ainsi une étanchéité suffisante, cet endroit n'ayant qu'une pression intérieure de quelques centimètres de colonne d'eau.
Après dosage au moyen d'une installation d'alimentation composée d'une plaque rotative 224, d'un moteur de commande 225 et d'un régulateur 226, les pyrites à griller venant du réservoir 223 passent par le tuyau de descen- te 227 réfrigéré avec de l'eau et isolé de la chambre à gaz chauds qui l'en- toure, pour tomber sur la tête conique 228 du cylindre creux 217 d'où elles se répartissent régulièrement sur la surface de la couche bouillonnanteo Elles s'enfoncent dans cette dernière et sont rapidement transformées en résidus de grillage à des températures d'environ 850 à 10500. La quantité de résidus correspondant à celle de pyrites amenées est éliminée par les orifices 229 et par le tuyau 230.
Ce tuyau est revêtu de matière céramique et est relié par une bride 231 se laissant aisément enlever, à la partie inférieure du
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système qui peut être abaissée. Il conduit le résidu de grillage incandes- cent dans le réfrigérant 215 auquel il cède à l'eau d'alimentation passant par le réfrigérant 232 la plus grande partie de sa chaleur sensibleo Le résidu de grillage est éliminé du réfrigérant par le système à vannes 233, puis est emporté par le ruban transporteur 234.
Les tubes de Field 207 sont montés de telle sorte que chacun d'eux peut, après section des canaux de communication menant aux conduites annulaires 213 et 208, être retiré latéralement pour être remplacé par un nouveau tube. Lorsque la partie inférieure du dispositif a été abaissée, tous les tubes sont accessibles pour leur inspection. Afin d'éviter une éro- sion des tuyaux de vapeur qui sont par exemple sous une pression de 10 à 50 atm., on les recouvre d'une couche d'un matériau conduisant la chaleur et résistant à l'érosion.
On leur donne aussi de préférence une forme selon laquelle une attaque par érosion est en grande partie restreinte à une éro- sion par choc qui n'est pas trop intense, tandis que l'érosion tangentielle,, en particulier sous l'angle d'incidence critique, d'environ 20 , doit autant que possible être évitéeo On peut par exemple donner au tuyau., comme le mon- tre la figure 3, une section correspondant à une coupe longitudinale d'une goutte qui tombe, et recouvrir ce tuyau d'une couche de fonte résistant à l'érosion et à la chaleur (hâchures obliques).
Le tuyau d'amenée d'eau est conduit à travers la partie élargie du base D'après une autre forme d'exécu- tion, comme le montre la figure 4, le tuyau résistant à la pression (hâchu- res horizontales) a bien une section cylindrique normale, il est toutefois entouré d'une couche protectrice (hachures obliques) en fonte résistant à l'érosion et à la chaleur de telle sorte que la coupe correspond alors à un triangle à côtés égaux et à base horizontale, avec angles arrondiso
Les absorbeurs de chaleur peuvent aussi être disposés vertica- lement de telle sorte qu'ils plongent dans la couche bouillonnante jusqu'aux deux tiers environ de sa hauteur totale. Un dispositif de ce genre est il- lustré par la figure 50 La couche de matière à griller 301 se trouve dans un récipient 502 de forme cylindrique, revêtu d'un matériau réfractaire.
Les gaz oxygénés venant du canl 504 passent par la grille 503 de forme conique et pénètrent dans la couche 501 après avoir traversé une couche de matière réfractaire à gros grains 5050 Par suite du mouvement bouillonnante la cou- che se dilate et va du niveau 506 au niveau 5070 Les absorbeurs de chaleur 509 construits comme tubes de Field, introduits verticalement par le couver- cle de fermeture, baignent dans la couche à mouvement bouillonnant, ce qui a pour conséquence une intense transmission de chaleur à l'eau qui passe à travers les tubes.,
avec formation de vapeur surchauffée. La vapeur et l'eau entraînées se rassemblent dans la conduite annulaire 510 d'où la vapeur est amenée par la conduite 511 aux endroits où elle doit être utiliséo L'eau qui s'est séparée est ramenée en passant par la pompe de circulation 513 et la chambre de distribution 514 aux tubes de Field 5090 L'eau d'alimentation fraîche est amenée au moyen de la pompe 515 aux absorbeurs de chaleur en une mesure correspondant à la production de vapeur.
Les pyrites à griller sont amenées de la soute 518 par le tuyau 516 au moyen d'une vis transporteuse 517. La matière grillée, pour autant qu'elle n'est pas entraînée comme poussière volante par les gaz de grillage, est conduite par l'orifice 519 dans le collecteur 520. De même que dans le dispositif montré à la figure 2, on peut monter dans la conduite de descente des ser- pentins réfrigérants pour l'utilisation de la chaleur sensible de la matière à griller. Les gaz de grillage se rassemblent dans le canal circulaire 521 et s'échappent par le tuyau 522. Après dépoussiérage il est avantageux de les conduire à une chaudière à gaz perdus pour l'utilisation de leur chaleur sensible.
Les tubes de Field 509 sont recouverts d'un matériau résistant à l'érosion; la couche de ce matériau est particulièrement renforcée à la sur- face qui constitue le fond des tubes. A la place des tubes de Field on peut aussi par exemple utiliser de simples tubes recourbés en forme d'épingle à cheveux.
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On peut aussi réaliser une évacuation très efficace de la chaleur en disposant les absorbeurs directement aux surfaces latérales qui retiennent la couche bouillonnante, Cette disposition a l'avantage de laisser libre tou- te la surface de la couche, et permet ainsi d'éliminer les scories ou les croûtes qui se seraient formées dans la couche à la suite de dérangements de service. Dans le cas d'appareils où les surfaces latérales qui retiennent la matière seraient assez éloignées les unes des autres, il peut être avantageux de monter des organes absorbeurs de chaleur non seulement à ces surfaces mêmes, mais aussi à l'intérieur de la couche.
Un dispositif où les organes absorbeurs de chaleur sont montés dans la chambre de réaction, à ses parois verticales, est représenté par les figures 6a, 6b et 6c. Ce dispositif a un fond carrée de préférence à coins arrondis. La figure 6a illustre une coupe longitudinale, la figure 6b une coupe transversale et la figure 6c les organes absorbeurs de chaleuro La couche de la matière à griller 601 arrive au repos au niveau 602 et, lorsqu'el- le bouillonne, au niveau 603.
Les gaz pénètrent par la tubulure 604 dans la chambre à vent 605, passent d'abord à travers la grille 606, puis par u- ne couche 607 constituée par une matière inerte à gros grains et par la couche de matière à griller 601 pour s'échapper de la hotte 608 par le ca- nal 609 d'où ils sont conduits pour l'utilisation de leur chaleur sensible à une chaudière à gaz perdue. La hotte peut être aisément soulevée. Elle est reliée avec la partie inférieure du dispositif en étant rendue étanche aux gaz par un joint 610, en forme de tasse. Aux parois du récipient 611, con- struit en matière céramique réfractaire, sont disposés les organes absor- beurs de chaleur 612 qui sont représentés séparément à la figure 6c.
Les tuyaux de vapeur surchauffée sont coulés entre deux plaques d'un matériau résistant aux températures élevées età l'érosion ou bien ils sont placés de toute autre façon pour établir une conductibilité thermique. Les tuyaux d'amenée et de sortie sont conduits dans la maçonnerie inférieure à travers des évidements verticaux de forme tubulaireo La circulation d'eau et de va- peur est maintenue par une pompe de circulation 614 dans les 4 agrégats de tuyaux couplés parallèlement. La vapeur libérée est recueillie dans un tambour 615 et conduite de là aux endroits où elle est utilisée; l'eau d'a- limentation est amenée par la pompe 616 dans le système à circulation. La pression de vapeur peut être maintenue entre 20 et 50 atm.
Il est possible, lorsque la hotte a été soulevée et après dévissage des conduites d'amenée et de sortie au-dessus du four, de retirer par en haut les organes échan- geurs de chaleur.
L'amenée des pyrites s'effectue à deux coins opposés du dispo- sitif par les tuyaux 617, l'élimination des résidus de grillage a lieu des deux autres côtés par les ouvertures 618, disposées légèrement au-dessus de la couche 6070
Les installations suivant la présente invention peuvent mon- trer de nombreuses variations. On peut par exemple donner à l'organe absor- beur de chaleur la forme d'un tuyau de pression enroulé en spirale dans la paroi du récipient de réaction cylindrique (la figure 7 représente un exem- ple de réalisation d'un tel dispositif). Le côté de l'absorbeur de chaleur en spirale qui fait face à la couche bouillonnante est recouvert d'une fon- te résistant à l'érosion.
Il est aussi possible de le revêtir d'une couche mince de matière céramique; cette couche gêne un peu l'échange de chaleur, mais elle possède par contre l'avantage d'une haute résistance à l'érosion.
Dans des dispositifs du type qui a été décrite on peut par exemple,en utilisant de l'air, griller en continu un minerai sulfureux ren- fermant 75 % de sulfure de fer et 11 % de sulfure de zinc, d'une teneur to- tale en soufre de 41 % et d'une grosseur de grains allant jusqu'à 4 mm, dans une couche bouillonnante!!, composée en majeure partie de matière dont le gril- lage est déjà très avancé, d'environ 50 cm de hauteur au repos, avec une char- ge horaire de 0,48 t de minerai par m2 de surface de grille. La température est maintenue par l'évacuation de la chaleur de grillage en excès à environ
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1000 , en produisant comme il a été indiqué plus haut,, de la vapeur à 20 atm.
On obtient ainsi des résidus de grillage d'une teneur en soufre de 0,94 % (dont 0,85 % comme soufre sous forme de sulfate). La teneur en anhydride sul- fureux des gaz de grillage est de 15 %, celle en oxygène d'environ 1 %. La chaleur sensible des gaz de grillage est également utilisée pour la produc- tion de vapeur.
Ces gaz de grillage, après avoir été purifiés comme d'habitude dans un épurateur à gaz électrique, sont mélangés avec de l'air,, par exemple dans une proportion en volume de 1 : 0,88, de sorte que le mélange renferme environ 8 % d'anhydride sulfureux et environ 10 % d'oxygèneo Après dessicca- tion on convertit comme d'habitude par catalyse l'anhydride sulfureux en anhy- dride sulfurique ou bien, le mélange est converti sans dessiccation en acide sulfurique d'après le procédé des chambres ou des tours, ou encore d'après le procédé de catalyse avec des gaz humides.
Au lieu d'ajouter seulement de l'air on peut aussi mélanger les gaz de grillage renfermant 15 % d'anhydride sulfureux, également avec de l'air et de l'oxygène, par exemple 80 parties en volume de gaz de grillage avec 15 parties en volume d'air et 5 parties en volume d'oxygène à 99 %. On obtient ainsi un mélange de gaz renfermant environ 12 % d'anhydride sulfureux et 9 % d'oxygène dont la composition correspond ainsi aux gaz de combustion du sou- fre élémentaire.
Les gaz purifiés riches en anhydride sulfureux, peuvent aussi a- vantageusement être utilisés pour la production d'anhydride sulfureux pur, de sulfites, d'hyposulfites et d'autres dérivés de l'acide sulfureux..
La forme d'exécution du procédé indiqué ci-dessus suivant la- quelle, pour régler la température on ramène dans la couche une partie des gaz de grillage, peut aussi être réalisée en utilisant à la place de l'air de l'oxygène comme agent de graillage afin d'arriver ainsi à des gaz parti- culièrement riches en anhydride sulfureux. A cet effet le gaz qui doit être ramené après avoir été refroidi dans une large mesure, de préférence en uti- lisant sa chaleur sensible pour la production de vapeur, est introduit dans la couche, en même temps que l'oxygène,, une partie du gaz de grillage cor- respondant à la quantité d'oxygène qui a été ajoutée étant retirée du cir- cuit pour être exploitée.
Il est possible de maintenir aisément la tempéra- ture au-dessous du point de ramollissement de la matière dont le grillage est déjà très avancé en refroidissant de façon appropriée les gaz recyclés et en effectuant l'addition d'oxygène au gaz de telle sorte que la chaleur de réaction produite avec consommation presque totale de l'oxygène ne suffi- se que pour maintenir la température de grillage et pour couvrir la faible perte de chaleur par rayonnement et évaporation de l'eau renfermée dans les pyrites de fer qui ont été introduites.. Lors du traitement de pyrites d'une teneur en soufre de 40 à 50 % la teneur en oxygène des gaz introduits dans la couche bouillonnante doit être portée à environ 12 à 20 %.
On opè- re par exemple de la façon suivante :
Dans une couche bouillonnante composée de matière déjà large- ment grillée, d'une hauteur d'environ 50 cm au repos, on introduit par m2 de surface de fond et par heure, 530 kg de pyrites d'Espagne. Ces pyrites ont une teneur en soufre d'environ 48 % et une grosseur de grains allant jusqu'à 4 mmo On fait arriver à travers la grille de distribution au-dessous de la couche, par h et par m2 de surface,265 m3 d'oxygène techniquement pur, mé- langé avec 1090 m3 d'anhydride sulfureux gazeux hautement concentré, obtenu lors de l'exécution du procédé même, et en partie dépoussiéré et refroidi.
La température de grillage est de 840 à 850 .Les résidus de grillage retirés de la couche bouillonnante contiennent 1,02 % de soufre, la poussière entraî- née par le gaz de grillage 1,6 %. Le gaz récupéré renferme 91 % d'anhydride sulfureux, 1 % d'oxygène et environ 8 % d'azoteo
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On peut toutefois aussi opérer avec de plus fortes quantités d'oxygène dans le gaz, lorsqu'on veille à ce que la chaleur libérée dans la chambre de réaction soit bien évacuée, par exemple en arrosant d'eau la couche ou en appliquant en outre encore une des méthodes déjà indiquées plus haut pour régler la température.,
Ce procédé peut être exécuté non seulement avec de l'oxygène pure mais aussi avec de l'oxygène technique d'une teneur en oxygène d'environ 90 % et au-dessus.
Les gaz obtenus renferment alors jusqu'à environ 10 % d'azote.
Pour l'exécution de ce procédé on peut par exemple utiliser une installation telle qu'elle est représentée à la figure 7. L'appareillage con- siste en une combinaison d'un grilleur à couche bouillonnante 701 avec un dé- poussiéreur 702, une installation de réfrigération 703 construite comme gé- nérateur de vapeur et une soufflerie de circuit 704. Toutes les ouvertures de sortie pour les résidus et pour les poussières volantes présentent un système de vannes afin d'empêcher l'entrée de l'air atmosphérique et la sortie des gaz d'anhydride sulfureux hautement concentrés.Il en est de même pour les dispositifs utilisés pour l'introduction des pyriteso
Les gaz de circuit entrent en 705 dans la chaudière à vent 706.
Cette dernière présente une fermeture à vannes 707 pour retirer de temps à autres la poussière provenant de la matière de grillagée et qui tombe du grilleur par la grille 708. Les gaz entrent dans la souche bouillonnante 709 par la grille 708. Les pyrites sont amenées de la soute 711 par le dispositif 710. Le système à vannes 712 au-dessus de la soute 711 permet d'introduire les pyrites sans qu'il y ait une perte de gaz. Les résidus de grillage, pour autant qu'ils ne sont pas entraînés sous forme de poussière volante par les gaz de réaction,, entrent par le tuyau 713, en passant'par le régulateur 714, dans le récipient à vannes 715, et peuvent de là être retirés périodiquement.
Le tuyau de pression 716 enroulé sous forme de cylindre sert à évacuer la chaleur de la couche bouillonnante. De l'eau sous haute pression circule à travers ce tuyau. La circulation est assurée par la pompe 717 et de l'eau fraîche est amenée par la pompe 718. La soupape 719 détend la pres- sion de l'eau suivant l'absorption de chaleur, et de la vapeur surchauffée est ainsi obtenue.
L'intérieur de l'installation est accessible pour être inspecté par l'ouverture 720 pourvue d'un couvercle fermant hermétiquement.
Les gaz entrent tangentiellement par la tubulure 721 dans le dé- poussiéreur 702 construit comme un cyclone. Ce cyclone est muni d'un système à vannes 722 pour l'évacuation des poussières volantes qui se ,sont séparées.
La tubulure 723 introduit les gaz dans l'installation de réfrigération 703 construite par exemple comme chaudière à circulation. Cette chaudière est aussi pourvue d'une fermeture à vannes 724 permettant d'évacuer les poussiè- res volantes qui se sont séparées dans l'installation de réfrigération.Les gaz refroidis à environ 250 sont aspirés par la soufflerie 704 et, après réglage par la soupape 725, ramenés en partie dans le grilleur à couche bouil- lonnante. Une partie des gaz de circuit correspondant à l'oxygène qui a été introduit est retirée du tuyau 726 et est conduite à un dispositif de dé- poussiérageo Par la soupape d'admission 727 on ajoute aux gaz de circuit l'oxygène nécessaire.
Les parties qui entrent en contact avec des gaz chauds ainsi qu'avec la matière à griller de température élevée, sont revêtues d'un matériau en cérmique. Lorsqu'on opère avec des minéraux à grains très fins, par exemple avec des pyrites de fer renfermant une proportion considérable de particules au-dessous de 0,1 mm, ou bien lorsqu'on utilise des souches bouillonnantes de faible hauteur, il est indiqué de soumettre à une oxydation ultérieure les parties de la matière à griller qui ne seraient pas complète- ment entrées en réaction, se trouvant dans les gaz chauds,
entraînées hors de la couche bouillonnante.L'oxydation s'effectue de préférence immédiate- ment après la sortie des gaz de la couche bouillonnante et à cet effet on
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place au-dessus de la couche une chambre d'une section assez large avec revê- tement intérieur en matière réfractaire. Les gaz passent à travers cette cham- bre à une vitesse si faible que la poussière non complètement grillée qui s'y trouve, est brûlée en même temps que les vapeurs sulfureuses qui peuvent s'é- chapper parfois de la couche lors de la production de gaz de grillage pauvres en oxygène, avec formation supplémentaire d'anhydride sulfureux.
Il peut être avantageux de prévoir dans la chambre de combustion certaines pièces en céramique pour supprimer en grande partie la force vive inhérente aux particules solides. Le séjour de ces particules dans la chambre de combustion se trouve ainsi prolongé; en outre il est imprimé aux gaz qui s'échappent un mouvement tourbillonnant. De cette façon et grâce à l'effet catalytique de la surface des pièces ainsi montées, la combustion ultérieure se trouve facilitée. Comme pièces de ce genre on peut utiliser par exemple deux ou plusieurs plaques de butée placées parallèlement avec orifices pour le passage des gaz, disposés en quinconce et s'élargissant de façon conique dans la direction du courant de gaz afin d'éviter un dépôt de poussière.
Afin de rendre la combustion aussi complète que possible, on introduit dans la règle dans la chambre de combustion une quantité supplémen- taire de gaz oxygéné. On opère avantageusement en insufflant directement sur la surface de la couche bouillonnante des gaz froids oxygénés, par exem- ple également des gaz de grillage refroidis, ramenés en circuit, si néces- saire après addition d'oxygène ou d'airo
Dans le dispositif représenté à la figure 71, la conduite 728 sert à l'introduction d'oxygène directement au-dessus de la couche bouillon- nante.
La forme de l'orifice d'entrée pour ces gaz supplémentaires est choisie de telle sorte qu'on puisse les diriger sur une partie quelcon- que de la chambre de combustion ultérieure.
REVENDICATIONS.
1. Procédé pour la production de gaz contenant de l'anhydride sulfureux, en grillant des minerais sulfureux dans une couche à laquelle on donne un mouvement bouillonnant au moyen du gaz oxygéné nécessaire au grillage ainsi que du gaz de grillage qui se forme sous forme réaction exothermique, caractérisé en- ce qu'on maintient des températures suffisam- ment élevées pour que le grillage soit accéléré à un point tel que la cou- che consiste principalement en particules largement grillées, sans toute- fois laisser dépasser leur point de ramollissement.
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PROCESS FOR THE PRODUCTION OF GAS CONTAINING SULPHUROUS ANHYDRIDE.
When roasting crushed iron pyrites for the production of gases containing sulfur dioxide in mechanical roasting furnaces already known, it can occur, in places, in the material to be roasted which moves against the current air from the grills especially when the ovens are heavily loaded, eutectic mixtures of iron sulphides and gangs causing softening of the material to be grilled as well as conglomerates 0 this results in considerable disturbances,
for example as a result of stopping the mixer arms or by the formation of crown-shaped encrustation in the rotary tube furnace Such softening can also occur when iron pyrites are roasted in a layer to which a bubbling movement is given by passing the oxygenated gas, necessary for the grids from bottom to top, through the crushed material with., at the same time, the grilling gas which forms under a strong exothermic reaction, said layer being maintained in a constant state of reaction by supplying pyrites and removing scorch residues, continuously or periodically.
Now, it has been found that by operating according to this boiling-layer process the disturbances described above could be avoided, also during heavy loads. For this purpose, temperatures are maintained sufficiently high so that the scorching is accelerated to such an extent that the layer consists mainly of largely roasted particles, but without allowing their softening point to exceed.
When using pyrites poor in arsenic, consisting mainly of iron persulfide with an arsenic content most often less than 2%, it is possible to obtain a:, fairly rapid roasting beyond the monosulfide phase by maintaining in the sets the temperature above the conversion temperature of iron persulfide to iron sulfide and sulfur, which is over about 6900.
If the iron pyrite particles reach the layer, the temperature of which is for example only 50
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above the point of conversion, they quickly take this temperature given the extraordinary favorable heat exchange conditions that occur in the bubbling layer, which has the effect of causing the expulsion of sulfur in the form of vapor, under pressures of several atmospheres, often with decrepitation of the particles.
The small sulfur clouds surrounding the particles burn explosively with the introduced gases, so that local overheating of the particles occurs, very quickly leading to combustion of the monosulfide remaining in them, which means that in a short time we have a material whose degree of roasting greatly exceeds the phase of the monosulphide, a material which continues to roast., and this all the more rapidly as the temperature is maintained beyond the limits lower values indicated, however below the upper limit which is set by the softening point of the widely roasted material.
In addition, the reactions taking place in a turbulent manner in this temperature range exert a favorable influence on the formation of the boiling motion o The speed of certain particles is accelerated to such a point that they are projected from the bubbling layer up like rockets.
The temperature in the layer can be purposefully maintained above the softening point of the lower melting point roasting intermediate. In this way, not only does the roasting take place particularly quickly, but also the unwanted oxidation of the sulfur dioxide to sulfur trioxide, which otherwise takes place to a small extent, can almost be avoided.
The temperatures to be observed depend on the chemical composition and the structure of the pyrites to be treated. The softening points of the roasting residue and of the more readily molten roasting intermediates can be readily determined for each type of pyrit.
Due to their gangue and other mineral content, these softening points are often significantly lower than the melting points of roasting products which occur successively during the roasting process in pure form, because the Iron sulfide melts at 1195 and iron trioxide at about 1570 ° C. However, temperatures of about 900 recorded in the usual way in the reaction layer, especially with pyrites containing zinc sulfide, can still be noted. exceeded, taking into account also the fact that in certain places significantly higher temperatures may occur temporarily.
A particular advantage of the present process also resides in the fact that at these high temperatures the reaction can take place exclusively in vessels with an inner lining of highly refractory material, and that no metal device is necessary for stirring. the material to be grilled within the bubbling layer, the temperature of which reaches a very high degree.
Is the roasting of pyrites in the bubbling layer carried out? when operating on a large scale, in an almost adiabatic fashion, the heat losses which, with this compact arrangement, inside a refractory masonry, can be practically neglected.
Adjusting the temperature within the layer from the above points of view. \! adjustment which is especially necessary when it comes to producing roasting gases with a high sulfur dioxide content, can however be effected, as has been observed, very simply by introducing so- lids or gases in the layer, for example by bringing back into the roasting zone some of the roasting gases which have been produced or of the material toasted after it has been cooled. It is particularly advantageous to bring back residues of cooled wire mesh and / or flying dust,
because in this way a further reduction in the concentration of roasting intermediates having a tendency to soften and to easily exploit the sensible heat discharged with the residues is achieved.
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Another means of adjusting the temperature within the layer to be roasted consists in introducing therein sulphurous substances, preferably not melting at the temperature of the roasting, forming sulfur dioxide under the roasting conditions, under endothermic reaction. Such substances are, for example, iron sulphate, gypsum, anhydrite, kieserite, etc.
Excess heat not necessary to maintain the temperature within the required range can also be removed by means of coolants mounted in the bubbling layer or otherwise disposed, also allowing heat to escape. It is also possible), to simultaneously apply several of the measures indicated above to adjust the temperature.
Efficient refrigeration can be achieved by removing radiant heat from the surface of the layer while using this heat, preferably for steam generation. In this way, the material to be roasted is prevented from softening and becoming loaded with slag and the regular and continuous evacuation of roasting residues is ensured; furthermore, due to the evacuation of heat from the radiating surface of the layer, there is a reinforcement of the heat convection movements within the layer.
The heat radiation absorbing member, preferably intended for the production or superheating of high pressure steam, is preferably disposed parallel to the radiating surface or obliquely with an angle of inclination such that it does not dust deposits may occur, so to speak perpendicular to the direction of the flow of the hot reaction gases.
If one wishes at the same time to absorb the sensible heat entrained convectively by the slowly flowing roasting gases, the heat transfer pipes serving as generators and steam superheaters are arranged parallel to the direction of the gas flow. roasting, an increase in the speed of the gases being advantageously obtained at these pipes by restricting the section of the stream. The devices for the convective heat dissipation of the reaction gases can also be placed outside the reaction system.
It is advisable not to choose for heat-absorbing organs a gas flow velocity appreciably higher than about 8 m / sec (compared to the average temperature) in order to avoid excessive erosion of the organs. by dust entrained by gases.
Since the residues of iron pyrites constitute, without losses due to the formation of flying dust, about 50% by weight of the starting material, and thus removing a considerable part of the heat developed from the layer, it is advantageous to also take advantage of the sensible heat of the roasting residues by leading them through a heat exchange device constructed as a steam superheater, as a steam generator or as a preheater for the boiler feed water. In this way, the degree of thermal efficiency of the process for the production of steam is significantly increased. It is advantageous to group the various steam generator and superheater pipes into one set.
Figure 1 shows one embodiment of a device for highly efficient heat removal and use. This device consists essentially of an annular chamber 101 with walls of refractory material to house therein the material to be roasted, in the form of fine grains, with at the bottom of the roasting residues 102 in the form of coarser grains, in an annular grid in the form of fine grains. vault shape 103 through which is introduced, passing through the air channel 104, the air necessary for the grilling which arrives through the tangential duct 105, in a well 112, arranged in the center, in which the grilled material passes from the chamber annular 101 over the dam III, and in the heat absorbers 118 and 119.
The crushed iron pyrites are introduced into vessel 106 and pass from there to
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the annular chamber via the intermediate compartment 107 by means of the worm 108, controlled by the gear 109 and the motor 110. The grilling residues are taken by means of the worm 113 (with gear 114 and motor 115). The roasting gases collect in the annular channel 116 and are discharged through the pipe 117. With such an arrangement the path for the passage of the roasting products through the heat utilization zone is substantially narrowed with respect to the cross section. of the toasting chamber.
The members 118 are constructed as steam superheater pipes, preferably according to the Fieldo system. They are evenly distributed in the radial direction over the surface of the annular place and serve to absorb the radiant heat of the mesh layer as well. than that which is reflected from the vault.
The members 119 are constructed as steam generator pipes, for example also according to the Field system. They are used in the lower part of the well as a coolant for the roasting residues and in the upper part as a coolant for the roasting gases.
The water used for the production of steam is distributed by means of the drum 120 on the pipes 119o The steam thus produced collects in the annular channel 121, it passes through the annular channel 121a, then through the pipe 118 and is withdrawn from the channel annular 122 in the superheated state In the event of damage to the steam pipes which are under pressure, the system expands by automatic rupture of the disc 1230 A weak current of air can be conducted through the pipe 124 in order to avoid a roasting gas exhaust.
According to the procedure described above, considerable amounts of heat can be removed at temperatures of 850 to 1050 which, depending on the kinds of pyrites, are preferably considered for the bubbling layer. If it is the production of roasting gas with a high sulfur dioxide content, in particular using oxygen-laden air or almost completely using oxygen from normal air, with recovery of roasting gas with a content of 15 to 16% sulfur dioxide, this way of removing heat is often not sufficient to keep the temperature of the bubbling layer below the maximum limit which is set by the softening point of the material in an advanced toasting state.
In such cases a noticeable improvement in heat absorption can be obtained if, together with the radiant heat of the bubbling layer, heat is removed directly by convective route, in particular from the upper or middle layers. of the bubbling layer. In this case also it is advisable to use this heat for the production of steam.
As in the bubbling bed there is an excellent thermal transmission by radiation and convection (the bubbling layers composed mainly of roasting residues with a grain size between 0.1 and 4 mm, have a thermal transmission coefficient of 300 kcal / m2 / h / C and above), it is sufficient to dissipate heat from surprisingly small transmission surfaces. The removal of heat from the middle and upper layers of the bubbling layer offers the advantage that the cooling of the lower layers due to the process itself, the cold gases entering from below and the grilling material introduced cold, of a relatively high specific gravity also collecting first at the bottom, - is supplemented very efficiently.
In this way, heat accumulations which form under heavy loads in the upper and middle layers despite the boiling movement are avoided.
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The heat dissipating members can be arranged horizontally, obliquely or vertically in the middle and upper layers of the bubbling layer. It is particularly advantageous to place the heat absorbing members in the part of the diaper which results from the difference in volume between the resting state and the boiling state caused by the gases flowing from the bottom upwards. through the mass.
By this arrangement the excess heat is taken exclusively from the upper layer of the bubbling bed, as when only the radiant heat is evacuated by the organs placed above the boiling layer. The formation of other currents of convection which is superimposed on the bubbling movement caused by the ascending gases, is thus facilitated.
Another advantage is that if the apparatus is taken out of service contact of the heat-absorbing members with the reaction material is avoided, the bubbling layer falling to the height it has when it is at rest. therefore the cooling effect automatically decreases and too much cooling of the material which then no longer develops heat is avoided. Furthermore, the reaction material at rest is surely prevented from adhering to the heat-absorbing members.
Figure 2 shows an installation with heat absorbers introduced into the part of the bubbling layer resulting from the bubbling movement. The grilling material 201 is in a container formed by two concentric cylinders 202 with a coating of refractory ceramic material. Oxygen gases from channel 204 pass through gate 203 into layer 201 from channel 204. The bubbling movement moves the layer from level 205 to level 206.
The bodies 207 in the form of Field tubes, slightly inclined are surrounded by the material to be grilled which boils with an upward and downward movement which has the effect of an intense transmission of heat to the water which flows through the pipes, with formation of superheated steam. The steam and water entrained with it collect in circular duct 208 from which the steam is directed through duct 209 to the places where it is used. The water which has separated is returned to the Field pipes by the pipe 210 passing through the circulation pump 211 and the annular pipe 212, a regular distribution between the different pipes being ensured by the baffles 213 .
The fresh feed water is supplied to line 210 by means of pump 214 passing through device 215 (see above) for the refrigeration of the roasting residue.
The heat absorbers 207 are introduced in a radial direction through the side flaps of the upper part 216 of the apparatus, also coated with refractory ceramic material o While this upper part is fixed, the lower part, including the channel 204 and the cylinder 217 of refractory ceramic material arranged in the center, can be lowered by means of the mechanism 218. In the pipe 219 for the gas supply, a hydraulic closure 220 allows the system to be lowered without it occurring. interruption in this line. The junction 221 between the upper part and the lower part which can be lowered is sealed by a cup-shaped gasket 222, preferably filled with roasting residue powder.
A sufficient seal is thus obtained, this place having only an internal pressure of a few centimeters of water column.
After dosing by means of a feed installation consisting of a rotating plate 224, a drive motor 225 and a regulator 226, the pyrites to be roasted from the tank 223 pass through the down pipe 227. refrigerated with water and isolated from the hot gas chamber which surrounds it, to fall on the conical head 228 of the hollow cylinder 217 from where they are distributed regularly over the surface of the bubbling layer o They sink in the latter and are quickly transformed into roasting residues at temperatures of about 850 to 10500. The quantity of residues corresponding to that of pyrites supplied is removed through the orifices 229 and through the pipe 230.
This pipe is coated with ceramic material and is connected by a flange 231 which can easily be removed, to the lower part of the
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system that can be lowered. It conducts the incandescent roast residue in refrigerant 215 to which it transfers to the feed water passing through refrigerant 232 most of its sensible heat o The roasting residue is removed from the refrigerant by the valve system 233 , then is carried by the conveyor tape 234.
The Field 207 tubes are mounted so that each of them can, after section of the communication channels leading to the annular conduits 213 and 208, be removed laterally to be replaced by a new tube. When the lower part of the device has been lowered, all tubes are accessible for inspection. In order to prevent erosion of the steam pipes, which are for example under a pressure of 10 to 50 atm., They are covered with a layer of a heat-conducting and erosion-resistant material.
They are also preferably given a form whereby erosion attack is largely restricted to impact erosion which is not too intense, while tangential erosion, particularly from the angle of impact. critical impact, of about 20, should be avoided as much as possible o For example, the pipe can be given, as shown in figure 3, a section corresponding to a longitudinal section of a falling drop, and this pipe covered a layer of cast iron resistant to erosion and heat (oblique hatching).
The water inlet pipe is led through the widened part of the base According to another embodiment, as shown in figure 4, the pressure-resistant pipe (horizontal splits) has a normal cylindrical section, it is however surrounded by a protective layer (oblique hatching) in cast iron resistant to erosion and heat so that the cut then corresponds to a triangle with equal sides and horizontal base, with angles arrondiso
The heat absorbers can also be arranged vertically so that they dip into the bubbling layer to about two-thirds of its total height. One such device is illustrated in Fig. 50. The layer of grilling material 301 is in a cylindrical shaped vessel 502 lined with a refractory material.
The oxygenated gases coming from the tube 504 pass through the conical grid 503 and enter the layer 501 after passing through a layer of coarse-grained refractory material 5050 As a result of the bubbling movement the layer expands and goes from level 506 to level 5070 The heat absorbers 509 constructed as Field tubes, introduced vertically through the closing cover, are immersed in the layer with bubbling movement, which results in an intense transmission of heat to the water which passes through the tubes.,
with formation of superheated steam. The entrained steam and water collect in the annular pipe 510 from where the steam is brought through the pipe 511 to the places where it is to be used o The water which has separated is brought back through the circulation pump 513 and the distribution chamber 514 to the Field tubes 5090 The fresh feed water is supplied by means of the pump 515 to the heat absorbers in an amount corresponding to the production of steam.
The pyrites to be grilled are brought from the hold 518 through the pipe 516 by means of a conveyor screw 517. The grilled material, as long as it is not entrained as flying dust by the grilling gases, is carried by the orifice 519 in manifold 520. As in the device shown in FIG. 2, cooling coils can be fitted in the descent pipe for the use of the sensible heat of the material to be grilled. The roasting gases collect in the circular channel 521 and escape through the pipe 522. After dedusting it is advantageous to lead them to a waste gas boiler for the use of their sensible heat.
Field 509 tubes are covered with an erosion resistant material; the layer of this material is particularly reinforced on the surface which constitutes the bottom of the tubes. Instead of Field tubes it is also possible, for example, to use simple tubes curved in the shape of a hairpin.
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A very efficient heat dissipation can also be achieved by placing the absorbers directly on the side surfaces which retain the bubbling layer. This arrangement has the advantage of leaving the entire surface of the layer free, and thus makes it possible to eliminate slag or crusts that would have formed in the bed as a result of service faults. In the case of devices where the side surfaces which retain the material are quite far from each other, it may be advantageous to mount heat absorbing members not only to these surfaces themselves, but also inside the layer.
A device where the heat absorbing members are mounted in the reaction chamber, at its vertical walls, is shown in Figures 6a, 6b and 6c. This device has a square bottom preferably with rounded corners. Figure 6a illustrates a longitudinal section, Figure 6b a cross section and Figure 6c the heat absorbers. The layer of grilling material 601 comes to rest at level 602 and, when bubbling, at level 603.
The gases enter through tubing 604 into wind chamber 605, pass first through grid 606, then through a layer 607 consisting of a coarse-grained inert material and by the layer of grilling material 601 for s 'escape from hood 608 through channel 609 from which they are conducted for the use of their sensible heat to a waste gas boiler. The hood can be easily lifted. It is connected with the lower part of the device by being made gas-tight by a seal 610, in the form of a cup. On the walls of the container 611, made of refractory ceramic material, are arranged the heat-absorbing members 612 which are shown separately in FIG. 6c.
The superheated steam pipes are cast between two plates of a material resistant to high temperatures and erosion or they are placed in any other way to establish thermal conductivity. The inlet and outlet pipes are conducted in the lower masonry through vertical tubular-shaped recesses. The circulation of water and steam is maintained by a circulation pump 614 in the 4 pipe aggregates coupled in parallel. The liberated steam is collected in a drum 615 and conducted from there to the places where it is used; feed water is supplied by pump 616 into the circulation system. The vapor pressure can be maintained between 20 and 50 atm.
When the hood has been lifted and after unscrewing the inlet and outlet pipes above the oven, it is possible to remove the heat exchangers from above.
The pyrites are brought in at two opposite corners of the device via the pipes 617, the removal of the roasting residues takes place on the other two sides via the openings 618, placed slightly above the layer 6070
The installations according to the present invention can show many variations. For example, the heat-absorbing member can be given the form of a pressure pipe spirally wound in the wall of the cylindrical reaction vessel (Figure 7 shows an exemplary embodiment of such a device). . The side of the spiral heat absorber facing the bubbling layer is covered with an erosion-resistant cast iron.
It is also possible to cover it with a thin layer of ceramic material; this layer somewhat hinders the heat exchange, but on the other hand it has the advantage of a high resistance to erosion.
In devices of the type which has been described, it is possible, for example, by using air, to continuously roast a sulphurous ore containing 75% iron sulphide and 11% zinc sulphide, with a high content. 41% sulfur tale with a grain size of up to 4 mm, in a bubbling layer !!, composed mainly of material which is already very advanced, about 50 cm high at rest, with an hourly load of 0.48 t of ore per m2 of grid surface. The temperature is maintained by removing excess scorching heat at approximately
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1000, by producing as indicated above, steam at 20 atm.
There is thus obtained roasting residues with a sulfur content of 0.94% (of which 0.85% as sulfur in the form of sulphate). The sulfurous anhydride content of the roasting gases is 15%, that of oxygen about 1%. The sensible heat of the roasting gases is also used for steam generation.
These roasting gases, after having been purified as usual in an electric gas scrubber, are mixed with air, for example in a volume ratio of 1: 0.88, so that the mixture contains approximately 8% sulfur dioxide and approximately 10% oxygen o After drying, the sulfur dioxide is catalyzed as usual into sulfur dioxide or the mixture is converted without drying into sulfuric acid according to chamber or tower process, or according to the catalysis process with wet gases.
Instead of adding only air it is also possible to mix the roasting gases containing 15% sulfur dioxide, also with air and oxygen, for example 80 parts by volume of roasting gas with 15%. parts by volume of air and 5 parts by volume of 99% oxygen. A gas mixture is thus obtained containing approximately 12% sulfur dioxide and 9% oxygen, the composition of which thus corresponds to the combustion gases of elemental sulfur.
The purified gases, rich in sulfur dioxide, can also advantageously be used for the production of pure sulfur dioxide, sulphites, hyposulphites and other derivatives of sulfurous acid.
The embodiment of the process indicated above according to which, in order to regulate the temperature, part of the roasting gases is returned to the layer, can also be carried out by using instead of air oxygen as greasing agent in order to thus obtain gases which are particularly rich in sulfur dioxide. For this purpose the gas which must be returned after having been cooled to a large extent, preferably by using its sensible heat for the production of vapor, is introduced into the layer, together with the oxygen, a part. roasting gas corresponding to the amount of oxygen which has been added being withdrawn from the circuit for use.
It is possible to easily maintain the temperature below the softening point of the material whose roasting is already very advanced by suitably cooling the recycle gases and by effecting the addition of oxygen to the gas so that the heat of reaction produced with almost total consumption of oxygen is sufficient only to maintain the roasting temperature and to cover the low loss of heat by radiation and evaporation of the water contained in the iron pyrites which have been introduced .. During the treatment of pyrites with a sulfur content of 40 to 50% the oxygen content of the gases introduced into the bubbling layer must be brought to about 12 to 20%.
For example, we operate as follows:
Into a bubbling layer made up of material already widely roasted, about 50 cm high at rest, 530 kg of pyrites from Spain are introduced per m2 of bottom surface and per hour. These pyrites have a sulfur content of about 48% and a grain size of up to 4 mmo. 265 m3 d is sent through the distribution grid below the layer, per h and per m2 of surface. technically pure oxygen, mixed with 1090 m3 of highly concentrated sulfur dioxide gas, obtained during the execution of the process itself, and partly dedusted and cooled.
The roasting temperature is 840 to 850. The roasting residue removed from the bubbling layer contains 1.02% sulfur, the dust entrained by the roasting gas 1.6%. The recovered gas contains 91% sulfur dioxide, 1% oxygen and about 8% nitrogen.
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However, it is also possible to operate with larger quantities of oxygen in the gas, when ensuring that the heat released in the reaction chamber is properly removed, for example by spraying the layer with water or by additionally applying another of the methods already indicated above for adjusting the temperature.,
This process can be performed not only with pure oxygen but also with technical oxygen with an oxygen content of about 90% and above.
The gases obtained then contain up to about 10% nitrogen.
For the execution of this process, it is possible, for example, to use an installation as shown in FIG. 7. The equipment consists of a combination of a bubbling layer broiler 701 with a dust collector 702, a refrigeration plant 703 built as a steam generator and a circuit blower 704. All outlet openings for residues and for flying dust have a valve system to prevent the entry of atmospheric air and the output of highly concentrated sulfur dioxide gases. The same applies to the devices used for the introduction of pyrites
Circuit gases enter 705 into the 706 blast boiler.
The latter has a valve closure 707 to remove from time to time the dust coming from the mesh material and which falls from the broiler through the grate 708. The gases enter the bubbling strain 709 through the grate 708. The pyrites are brought in from the grill. the hold 711 by the device 710. The valve system 712 above the hold 711 allows pyrites to be introduced without there being a loss of gas. Roasting residues, as long as they are not entrained in the form of flying dust by the reaction gases, enter through pipe 713, passing through regulator 714, into valve container 715, and may de there to be withdrawn periodically.
The pressure pipe 716 coiled in the form of a cylinder serves to remove heat from the bubbling layer. High pressure water flows through this pipe. Circulation is provided by the pump 717 and fresh water is supplied by the pump 718. The valve 719 relieves the pressure of the water according to the absorption of heat, and superheated steam is thus obtained.
The interior of the installation is accessible for inspection through the opening 720 provided with a hermetically closing cover.
The gases enter tangentially through tubing 721 into the dust collector 702 constructed as a cyclone. This cyclone is equipped with a valve system 722 for the evacuation of the flying dust which has separated.
The pipe 723 introduces the gases into the refrigeration installation 703 constructed for example as a circulation boiler. This boiler is also fitted with a valve closure 724 allowing the evacuation of the flying dust which has separated in the refrigeration installation. The gases cooled to approximately 250 are sucked in by the blower 704 and, after adjustment by the valve 725, partially returned to the hot bed broiler. A part of the circuit gases corresponding to the oxygen which has been introduced is withdrawn from the pipe 726 and is led to a dust collector. Through the inlet valve 727 the necessary oxygen is added to the circuit gases.
The parts which come into contact with hot gases as well as with the material to be grilled of high temperature, are coated with a ceramic material. When working with very fine grained minerals, for example with iron pyrites containing a considerable proportion of particles below 0.1 mm, or when using bubbling strains of low height, it is indicated to subject to a subsequent oxidation the parts of the material to be roasted which have not completely entered into reaction, which are found in the hot gases,
The oxidation is preferably carried out immediately after the gases have escaped from the bubbling layer and for this purpose is carried out
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places above the layer a chamber of a fairly large section with an inner lining of refractory material. The gases pass through this chamber at such a low velocity that the not completely roasted dust in it is burned together with the sulphurous vapors which can sometimes escape from the layer during production. Oxygen-poor roasting gas, with additional formation of sulfur dioxide.
It may be advantageous to provide certain ceramic parts in the combustion chamber in order to largely eliminate the dynamic force inherent in solid particles. The stay of these particles in the combustion chamber is thus prolonged; moreover it is imparted to the gases which escape a whirling movement. In this way and thanks to the catalytic effect of the surface of the parts thus mounted, the subsequent combustion is facilitated. As parts of this kind one can use, for example, two or more stop plates placed in parallel with openings for the passage of gases, arranged in staggered rows and widening conically in the direction of the gas flow in order to avoid deposit of gas. dust.
In order to make the combustion as complete as possible, an additional quantity of oxygenated gas is introduced into the combustion chamber as a rule. The operation is advantageously carried out by blowing cold oxygenated gases directly onto the surface of the bubbling layer, for example also cooled roasting gases, brought back into the circuit, if necessary after addition of oxygen or air.
In the device shown in Figure 71, line 728 serves for the introduction of oxygen directly above the broth layer.
The shape of the inlet for these additional gases is chosen such that they can be directed to any part of the subsequent combustion chamber.
CLAIMS.
1. Process for the production of gas containing sulfur dioxide, by roasting sulphurous ores in a layer to which is given a bubbling movement by means of the oxygenated gas necessary for roasting as well as the roasting gas which forms in reaction form exothermic, characterized in that temperatures are maintained sufficiently high so that the scorching is accelerated to such an extent that the layer consists mainly of largely roasted particles, without, however, allowing their softening point to exceed.