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PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LE TRAITEMENT DE MATIERES SOLIDES FINEMENT DIVISEES.
L'invention concerne le traitement de matières solides finement divisées, en particulier un procédé et un dispositif permettant de traiter de fagon continue et à haute température des matières solides de ce genre, principalement de matières contenant du charbon, sans modifier les caractéristiques de leur surface.
Beaucoup de matières solides finement divisées, telles que la suie, le poussier de charbon, le coke, les oxydes métalliques, etc ... , nécessitent, pour des applications déterminées, une modification des caractéristiques de surface du produit fabrique ou extrait primitivement. Par exemple, le noir de fumée contient, à la surface des diverses particules, des composants volatils en proportion de 7 à 8 % du poids de noir de fumée.La phas grande martie de ces matières volatiles doit être éliminée par calcination, si le noir de fumée doit servir, par exemple, à la fabrication de l'encre de Chine. Pour d'autres applications, par exemple pour produire des surfaces actives, il est utile d'augmenter la proportion de composants volatils.
Dans le cas de l'oxyde d'aluminium, obtenu par hydrolyse du chlorure d'aluminium, il est souvent souhaitable de débarrasser, par calcination, les particules d'oxyde d'aluminium de l'acide chlorhydrique adsorbé. On pourrait augmenter à volonté le nombre de ces exemples.
On connaît déjà des procédés d'activation et de désactivation, mais les procédés connus à ce jour ne sont pas satisfaisants, en particulier pour le traitement des matières indiquées plus haut.
L'invention a pour objet un procédé continu et un dispositif d'activation ou de désactivation des matières solides finement divisées, qui sont véhiculées par des gaz, à température élevée, dans la zone de traitemento
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Par le procédé suivant l'invention, on obtient l'activation ou la désactivation d'une matière donnée, grâce à des modifications-simples et faciles à réaliser-des conditions de travail.
Suivant l'invention, on brûle un mélange de matières combustibles et d'air à l'une des extrémités d'une chambre de réaction allongée, qui est pourvue d'un conduit à fumée à l'autre extrémité, et, dans un courant de gaz inertes, on amène les matières solides finement divisées que l'on veut traiter, à un point situé entre les deux extrémités de la chambre de combustion et hors de la flamme. Les gaz de combustion à haute température entrainent la matière solide, qui reste en suspension dans ces gaz jusqu'à ce que le traitement désiré sois terminé. On refroidit alors brusquement le mélange de gaz et de solide, et l'on sépare le solide du gaz.
On peut avantageusement utiliser une partie des gaz ainsi séparés, pour amener dans le four, de la matière solide-non encore traitée. Cette opération a pour résultat d'activer ou de désactiver la matière solide, suivant qu'il ya, dans la flamme, un excès ou un manque d'oxygène.
On va décrire ci-après, à titre d'exemple, un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'inventions
Sur le dessin annexé, on a représenté un chéma de circulation caractérisant le procédé, avec une coupe longitudinale d'un four dans lequel on réalise l'une des étapes du procédé..
Le four 10 est une chambre thermiquement isolée, de forme allongée ayant une section de préférence circulaire. Un ou plusieurs brûleurs à mazout 12 sont disposés d'un côté du four. Dans le four 10 sont disposées une ou plusieurs garnitures ordinairement en brique 14 pour arrêter la flamme,et un étranglement arrondi 16. Bien que cet étranglement puisse aussi être supprimé, il est avantageux de le prévoir, afin de produire une sorte de tube Venturi, pour des raisons qui seront exposées plus loin. Une série d'ouvertures radiales 18 sont disposées dans la paroi du four 10, et de préférence à l'endroit le plus étroit de l'étranglement 16. Les ouvertures 18 sont reliées, par des tuyaux, à un distributeur circulaire 20.
Le four 10 est pourvu, du côté de la sortie, d'un conduit à fumées 22 relativement long, de préférence calorifugé pour réduire les pertes de chaleur, Ce conduit à fumées aboutit au radiateur 24, d'où part la dérivation 26 conduisant à un ou plusieurs séparateurs à cyclone 28.
Le cyclone 28 est muni, au sommet du cône, du tuyau usuel d'évacuation de matières 30, qui, par l'intermédiaire d'une poignée de commande 31, conduit à une vis d'Archimède ou directement au réservoir ou à un autre récipient, non représenté.
La conduite à gaz 32, va de la tête du cyclone à la soupape 34, par laquelle, suivant les bèsoins, on peut évacuer les gaz en excès par la conduite 36, ou conduire les- gaz vers la conduite de refroidissement 38, ou vers la conduite de retour 40, ,
La matière a traiter, provenant du reservoir 42, est amenée, par l'intermédiaire de la conduite 44, dans la conduite de retour des gaz 40. Le ventilateur 46 assure la circulation dans le système.
Le radiateur 24 peut être refroidi, soit par de l'eau, soit par des gaz de combustion remis en circuit. Si l'on emploie de l'eau, on l'amène à la tour sous forme de pulvérisation. Pour le refroidissement par gaz, on prévoit un échangeur de chaleur 48 et un. ventilateur 50 auxquels on amène le gaz par la conduite 38. Les gaz refroidis sont insufflés dans le radiateur 24 par le procédé usuel.
La marche des opérations est la suivante
La matière à traiter, qui peut être de la suie, provient du réservoir 42 et arrive dans la conduite à gaz 40. La suie entraînée par le gaz passe par le tuyau distributeur 20 et les ouvertures 18, et arrive dans le four 10. Les ouvertures 18 peuvent déboucher dans le four dans le sens radial ou dans le sens tangentiel, suivant qu'il y a lieu ou non d'imprimer à la matière un mouvement tourbillonnant. Les produits de com-
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bustion de la flamme des brûleurs 12, qui peut naturellement être alimentée par du gaz naturel, du mazout, des gaz résiduels du procédé etc..,, entra!- fient la suie hors du four par le conduit à fumées 22 et la conduisent aux dispositif s refroidisseur et collecteur décrits plus haut.
S'il y a lieu d'activer la suie, on utilise une flamme riche en oxygène, et la zone de réaction est maintenue à une température d'envi- ron 400 à 450 . Une petite partie de la suie brûlera naturellement, mais la majeure partie contiendra, suivant la quantité d'air en excès, une"pro- portion de composants volatils accrue dans une proportion atteignant 20%.
Si par contre il y a lieu de désactiver ou de calciner la suie, on fournit à la matière brûlée dans le brûleur une quantité d'air insuffisante, ne pouvant donner une combustion complète, et, dans l'atmosphère chaude, maintenue au-dessus de 3150 et de préférence au-dessus de 5950, on débarrasse la suie de ses composants volatils.
Le degré d'activation ou de désactivation est déterminé au premier chef par le temps de contact entre la suie et les gaz de combustion chauds, à une température donnée. Par suite, le conduit à fumées 22 doit avoir une longueur suffisante pour que la réaction de la suie avec les gaz chauds puisse se faire complètement. Ensuite, on arrête la réaction par refroidissement brusque dans la radiateur 24.
On sépare la suie traitée des gaz de combustion dans des récipients collecteurs appropriés, tels que cyclones (comme sur la figure), filtres à sac, humidifieurs etc.... On emploie les gaz pour amener dans le four de la suie non traitée, et éventuellement pour refroidir les gaz de combustion dans le radiateur 24, Mais comme il y a toujours, dans le procédé, un excédent de produits de combustion, l'excédent est évacué dans l'atmosphère ou conduit vers d'autres utilisations.
Si l'on utilise les gaz de combustion comme agent de refroi- dissement, il faut les refroidir eux-mêmes suffisamment pour que - dans le cas où l'on emploie des filtres à sac - le premier refroidissement dans le radiateur 24 puisse se faire à 230 ou en-dessous. Pour cela, on conduit une quantité suffisante de gaz, du séparateur 28 par la conduite 38 vers un échangeur de chaleur 48. Un radiateur à air, constitué par des tubes baignés par l'air, suffit tout à fait. Dans le cadre de l'invention le procédé, de même que le dispositif, peut subir bien des modifications, par exemple on peut faire pénétrer dans le four, par les ouvertures 18, la matière charbonneuse seule sans addition de gaz inertes.
Eventuellement, on peut aussi amener des gaz inertes dans le four, à l'extrémité où se trouvent les brûleurs. Les gaz .de combustion remis en circuit (gaz résiduels) peuvent couvrir au moins une partie des combustibles nécessaires pour la mise en oeuvre du procédé.
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METHOD AND DEVICE FOR TREATING FINALLY DIVIDED SOLID MATERIALS.
The invention relates to the treatment of finely divided solids, in particular to a method and a device for continuously and at high temperature processing of such solids, mainly of materials containing carbon, without changing the characteristics of their surface. .
Many finely divided solids, such as soot, coal dust, coke, metal oxides, etc., require, for specific applications, a modification of the surface characteristics of the product originally manufactured or extracted. For example, carbon black contains, on the surface of the various particles, volatile components in a proportion of 7 to 8% of the weight of carbon black. The great martie phase of these volatile materials must be eliminated by calcination, if the black of smoke must be used, for example, in the manufacture of India ink. For other applications, for example to produce active surfaces, it is useful to increase the proportion of volatile components.
In the case of aluminum oxide, obtained by hydrolysis of aluminum chloride, it is often desirable to rid, by calcination, the aluminum oxide particles of the adsorbed hydrochloric acid. The number of such examples could be increased at will.
Activation and deactivation processes are already known, but the processes known to date are not satisfactory, in particular for the treatment of the materials indicated above.
The invention relates to a continuous process and a device for activating or deactivating finely divided solids, which are conveyed by gases, at high temperature, in the treatment zone.
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By the process according to the invention, one obtains the activation or the deactivation of a given material, thanks to modifications-simple and easy to achieve-working conditions.
According to the invention, a mixture of combustible materials and air is burned at one end of an elongated reaction chamber, which is provided with a smoke duct at the other end, and, in a stream of inert gases, the finely divided solids that are to be treated are brought to a point between the two ends of the combustion chamber and out of the flame. The high temperature combustion gases entrain the solid matter, which remains in suspension in these gases until the desired treatment is completed. The mixture of gas and solid is then suddenly cooled, and the solid is separated from the gas.
One can advantageously use a portion of the gases thus separated, to bring into the furnace, solid material which has not yet been treated. This operation has the result of activating or deactivating the solid matter, depending on whether there is an excess or a lack of oxygen in the flame.
A device for implementing the method according to the invention will be described below by way of example.
In the appended drawing, there is shown a flow diagram characterizing the process, with a longitudinal section of an oven in which one of the process steps is carried out.
The furnace 10 is a thermally insulated chamber, of elongated shape having a section which is preferably circular. One or more oil burners 12 are arranged on one side of the oven. In the furnace 10 are arranged one or more usually brick gaskets 14 to stop the flame, and a rounded constriction 16. Although this constriction can also be omitted, it is advantageous to provide it, in order to produce a sort of Venturi tube. for reasons which will be explained later. A series of radial openings 18 are arranged in the wall of the furnace 10, and preferably at the narrowest point of the constriction 16. The openings 18 are connected, by pipes, to a circular distributor 20.
The furnace 10 is provided, on the outlet side, with a relatively long smoke duct 22, preferably heat-insulated to reduce heat loss. This smoke duct leads to the radiator 24, from which the bypass 26 leading to one or more cyclone separators 28.
The cyclone 28 is provided, at the top of the cone, with the usual material evacuation pipe 30, which, by means of a control handle 31, leads to an Archimedean screw or directly to the tank or to another container, not shown.
The gas line 32, goes from the head of the cyclone to the valve 34, by which, according to the needs, one can evacuate the excess gases by the line 36, or lead the gases towards the cooling line 38, or towards the return line 40,
The material to be treated, coming from the reservoir 42, is fed, via the pipe 44, into the gas return pipe 40. The fan 46 circulates in the system.
The radiator 24 can be cooled either by water or by restarted combustion gases. If water is used, it is brought to the tower as a spray. For gas cooling, a heat exchanger 48 and a. fan 50 to which the gas is fed through line 38. The cooled gases are blown into radiator 24 by the usual method.
The course of operations is as follows
The material to be treated, which may be soot, comes from the reservoir 42 and arrives in the gas pipe 40. The soot entrained by the gas passes through the distributor pipe 20 and the openings 18, and arrives in the oven 10. The soot openings 18 can open into the furnace in the radial direction or in the tangential direction, depending on whether or not there is a need to impart to the material a swirling movement. The products of
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busting of the flame of the burners 12, which can of course be supplied with natural gas, fuel oil, residual process gases, etc., entered! - leach the soot out of the furnace through the flue gas pipe 22 and lead it to the device s cooler and collector described above.
If the soot is to be activated, an oxygen-rich flame is used, and the reaction zone is maintained at a temperature of about 400 to 450. A small portion of the soot will burn naturally, but most of it will contain, depending on the amount of excess air, an increased proportion of volatile components up to 20%.
If on the other hand it is necessary to deactivate or calcine the soot, one supplies to the material burned in the burner an insufficient quantity of air, not being able to give a complete combustion, and, in the hot atmosphere, maintained above. of 3150 and preferably above 5950, the soot is freed of its volatile components.
The degree of activation or deactivation is primarily determined by the contact time between the soot and the hot combustion gases, at a given temperature. As a result, the smoke duct 22 must have a sufficient length so that the reaction of the soot with the hot gases can take place completely. Then, the reaction is stopped by sudden cooling in the radiator 24.
The treated soot is separated from the combustion gases in suitable collecting vessels, such as cyclones (as in the figure), bag filters, humidifiers, etc. The gases are used to bring untreated soot into the furnace, and possibly to cool the combustion gases in the radiator 24, but as there is always, in the process, an excess of combustion products, the excess is discharged into the atmosphere or led to other uses.
If the combustion gases are used as a coolant, they must themselves be cooled sufficiently so that - if bag filters are used - the first cooling in the radiator 24 can take place. at 230 or below. For this, a sufficient quantity of gas is conducted from the separator 28 via line 38 to a heat exchanger 48. An air radiator, consisting of tubes bathed in air, is quite sufficient. In the context of the invention the process, as well as the device, can undergo many modifications, for example one can make penetrate into the furnace, by the openings 18, the carbonaceous material alone without addition of inert gases.
Optionally, inert gases can also be brought into the furnace, at the end where the burners are located. The recirculated combustion gases (residual gases) can cover at least part of the fuels necessary for carrying out the process.