Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
La pré~ente invent.ion concerne un four de calcination
et un procédé de trai-tement de mati.ères carbonée~ contenant des
matières volatiles.
he nouveau four qui fait l~objet de l'invention est du
type dans le~uel la charge à traiter joue le r81e de ré~i~tance
électri~ue et s'échauffe par passage direct du courant à travers
elle. Ce four convien-t pour la calcina-tion de matières carbonées
et, en particuliert de l'anthracite, dans le but d'éliminer les
matières volatiles qu'elles contiennent.
Il existe dé~à des fours électriques de calcination de
1'anthracite par passage de courant à travers la charge tels
que ceux décrits dans le brevet FR 1 051 895 page 1, colonne de
gaucheO bes fours compor-tent une cuve cylindrique verticale à
l'intérieur de laquelle on ~ait ci:rculer en continu, de haut en
bas, une charge d'anthracite. ~e contact électrique entre la
charge et les amenées de courant est assuré au moyen d'électrodes
placées a~x deux extrémité~ supérieure et inférieure du four, en
général dans l'axe.
Au cour~ du chauffage, les matières carbonées chargées
perdent leur humidités puis leurs matières volatiles progressi-
vement dans un domaine de -température pouvant aller ju~qu'à
1300C et le produit, extrait à la base du four, convient parti-
culièrement bien pour la fabrication d'élec-trodes ou de bloc~ de
formes diverses en carbone ou graphite.
Comme cela est indiqué dans la description du brevet
cité, ce type de four présente plusieurs inconvénients: tout
d'abord, la température à ].a~uelle est portée la charge n'est pas
du tout homogène; la fraction de celle-ci qui se trouve au voi~i-
nage de l'axe du four atteint des temperatures telles qu'elle ~e
transforme en graphi-te, état qui n'e~t pas souhaitable pour la
fabrication de pates carbo~ées. Au con-traire, la fraction de la
charge qui se trouve à ~a périphérie du four est mal chauffée et
~ ~ ~r~
~ouvent incomplètement degazée.
Dans la pratique, ~i on veut réduire au minimum la frac-
tion de la charge d'anthracite mal dégazee, il faut accepter de
~urchauffer une part importante de ce-tte charge. Ceci a pour
conséquence une consommation accrue dlénergie électrique qui e~t
de 1'ordre de 1200 KWH par tonne d'cm thraci-te. Par ailleurs,
les matières volatiles qui distillent sont perdue3~
Dans le FR 1 051 895 déjà ci-té, il a été proposé d'u-
tiliser les matières volatiles issues du four de calcination10
pour réaliser un préchauffage de l'an-thracite avant de le f`aire
pénétrer dans le four.
Ce préchauffage peut ~tre effectué dans un ~our tou~nant
qui comporte des br~leurs alimentés par les matières volatiles
provenant du four électrique ou dans un four vertical dans le-
quel on fait descendre les grains d'anthracite à travers un
courant de gaz chaud provenant de la combustion des matières
volatiles dans un br~leur séparé.
Ce procédé, qui améliore effectivement le rendement
global de calcination~ nécessite la réalisa-tion d'une installa-
tion rela-tivement complexe comportant deux fours en série dont
la construc-tion est coûteuse et l'exploitation relativement dé-
licate. I1 est, en particulier, nécessaire dtéviter l'excè~ de
comburant dans le mélange gazeux pour ne pas oxyder l'anthracite9
et ceci peut entrainer de~ risques dlexplosion non négligeables
en présence de grandes quantités d'hydrogène. Par ailleurs, ce
dispositif ne remédie pas à l'inconvénient le plus sérieux du
four électxique qui est le m~nque d'homogénéité dans le chauffage
de la charge.
~ e nouveau four, qui fait l'objet de l'invention, permet
de diminuer de façon très importante la consommation d'énergie
des fours électriques de calcination de matières carbonées qui
viennent d'etre décri-ts, -tout en évitant de les combiner avec
--2--
des dispositifs complexes de prechauffage de la charge. Il
permet auss:i d'ameliorer dans une certaine mesure l'homoge-
néité de température de la charge et, enfin, il permet de
recuperer les matières volatiles degagees pendan-t la calcina-
tion, dont la totalite ou la majeure partie pourra être utili-
see pour d'autres applica-tions.
Selon la presente invention, il est prevu un procéde
de traitement de matières carbonees contenant des matières
volatiles dans lequel, dans le but d'eliminer ces matières
volatiles, on fait circuler une charge de matières carbonees
:à l'interieur d'un four dans lequel cette charge est chauffee
par passage d:'un courant électrique, et dans lequel un melange
gazeux contenant de l'hydrogène et des composes hydro-carbones,
provenant de cet-te charge circule à contre courant de celle-ci,
caracterise en ce qu'on injecte dans la partie superieure du
four une quantite limitee d'un gaz comburant qui permet de
bruler une partie au moins de llhydrogène et des composes
~hydro~Garbones presents à l'in-terieur du four.
Selon la presente invention, il est aussi prevu.un
.four de calcination de matières carbonees contenant des mati~-
res volatiles comportant une cuve verticale munie de moyens
d'introduction.de ces matières carbonees à la partie supe-
rieure, et des moyens d'extraction de ces memes matières à
la partie inferieure, ces moyens permettant de maintenir la
cuve sensiblement remplie par la charge de matières carbonees,
des moyens de contact electrique de cette charge avec:une
source de courant electrique, des moyens de liaison externe
de la zone superieure du four avec la zone inférieure compor~
tant des moyens d'entrainement des gaz reducteurs extraits
de la zone supérieure du.four.vers le bas et des moyens d'in-
troduction d:'une partie~au moins de ceux-ci dans la zone inf-e-
. -3-
.~,,
rieure du.four, caractérisé en ce ~ue la cuve du.four est
munie dans sa partie superieure d'un ou:plusieurs dispositifs
d'introduction de gaz re1ies ~ une sourc~ de gaz comburant.
On a constaté que, grâce à la combinaison de ces
moyens, il est possible à la ois de:
1. - récupérer une fraction importante de l'énergie
contenue sous forme de chaleur dans les matières
calcinées qui sont extraites du four,
2. - améliorer la répartition de la température de la
charge à l'intérieur du four,
3~ - brûler une petite fraction des matières volatiles
qui se dégagent de fa,con à réduire la consommation
d'énergie électrique et à réaliser aussi un préchauf-
fage de la charge dès son entrée dans la zone supé-
rieure du four pour éviter la condensation dans cette
zone d'une fraction des mati~res volatiles.
: 4~ - transférer à l'extérieur du four les matières volati- ,
les qui se dégagent de la charge et les recueillir .
afin d'en utiliser la plus grande partie comme source
d'énergie pour les utilisations les plus diverses.
Les figures ci-après illustrent de façon non limita-
tive un mo~e de mise en oeuvre de l'invention.
La figure 1 représente, en élévation et en coupe,
un nouveau four suivant l'inve~tion.
La -figure 2 représente le dispositi~ d'introduction
de.comburant dans la zone supérieure du fourA
Le four électrique représenté figure 1 est constitué
d~une virole cylindrique (1) en t~le d'acier pourvue d'un gar
nissage intérieur en réfractaire (2). La charge (3) est cons-
tituée de grains d'anthracite qui sont introduits à l'extrémité
supérieure du four au moyen d'une trémie (4) pourvue d'un sas
(5) fermé par deux clapets à ouverture et fermeture combinées
(6) et ~7).
Au moyen de ce dispositif, on réalise les apports d'an
thracite nécessaires pour maintenir le four pratiquement rempli g
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~7
sans pertes impor-tantes de gaz par passage à tra~ers le sa3 à
con~re courant. A la partie inférieure, ~e goulot-te d'évacua-
tion (~) est prolongée par un sas (9) ferme par deux clapets
(10) et (11) a ouverture et fermeture combinée~ à in-tervalles
déterminés pour règler l'écoulement dc la charge a travers le
four à vi-tesse suffisamment :~aible pour atteindre le degré de
calcination souhaité.
Deux électrodes de graphite (12) et (1~) sont reliées
à des amenées de courant non représen-tées don-t la tension est
aju~tée de façon à porter la charge à la température néce~saire
pour calcincr convenablement l'anthraci-te, température qui est,
suivant les utilisations, de l'ordre de 1200 à 1700C.
Un orifice (14) à la partie supérieure du four est relié
par une canali~ation (15) à ~m ventilateur (16) qui entra~ne
les gaz extraits du four et les fait p~sser à tr~vers un conden-
seur (17) refroidi par exemple par circulation d'eau, dans lequel
50nt retenus les goudrons et les composés hydrocarbonés liquides
à température ambia~te. ~es ga~ non condensés passent ensui-te
à -travers un laveur (18~ où les particules solides et aussi cer-
tains composés acides ou autres sont retenus, puis dans un ré-
partiteur (19) au moyen duquel la fraction de gaz excédentaire eetprélevée et dirigée par la canalisation ~20) vers d'autres utili-
sations-tandi~ que le reste du gaz est conduit par la canali~ation
(21) à l'orifice ~22) à la base de la goulotte d'évacuation (8)
juste au-dessus du clape-t (10). De cette façon, les gaz ainsi
réintroduits dans le four sont en majeure partie débarrassés
des composés contenant ae l'oxygène tels que vapeur d'eau et
gaz carbonique qui auraient-pu réoxyder en partie la charge.
~orsque le four est en régime de fonctionnement, les ga~ froids
qui pénètrent par cet orifice (22) rencontrent l'anthractie cal-
ciné porté à haute -température qui se dirige ver~ la goulotte
d'évacuation. L'échange de chaleur qui s'effectue permet de
re~'roldir l'anthracite avan-t sa sortie du four a une température
pouvant descendre au-dessous de 200C pour éviter sa combustion
rapide et permet de porter à température élevée les gaz qui
circulent à contre couran-t. Au fur et à mesure de leur montée
dans le four, ces gaz qui 9 gr~ce à leur haute teneur en hydrogène,
présen-tent une très grande diffusivité, favorisent une certaine
homogénéisation de la -température en augmentant les transferts
de chaleur radiaux entre le5 zones au voisinage de l'axe et les
zones périphériques. En même temps, ces gaz, lorsqu'ils attei-
gnent la ~one supérieure du four, provoquent un réchau~fementconsidérable de celle-ci en échange~t leur chaleur avec les
grains d'anthracite qui viennent de pénétrer dans le four par le
sas (5) et 1~ clapet dtintroduction (7). Au cours de leur traver-
sée du four à contre couran-t de la charge, les gaz introduits se
mélangent aux matières volatiles résul-tant de la calcination et
leur quantité massique s t accro~-t. Si la température de la charge,
dans la zone supérieure du four, est suffisante, l'ensemble de
ces gaz ~ort du four par l~orifice (14) et effectue ensuite le
cycle operatoire déjà decrit. ~e débit du courant gazeux qui
parcourt le four est réglé en utilisant un ventilateur (16) de
caractéristiqwes convenables pour que la pression à l~orifice
d'entrée (22) atteigne une valeur suff'isante. Cette pression
dépend essentiellement de la hauteur de la charge d'anthracite
contenue dans le four et de sa granulométrie.
On remarque que, en l'absence de fuite, c'est toujours
la même quantité de gaz qui circule en circuit fermé Il en ré-
sulte ~ue les matières volatiles qui se degagent de la charge sont,
sont, en régime permanent, in-tégralement recupérés à lleætérieur
du ~our en partie dans le condenseur (17) et le laveur (18) et
en partie à travers la canalisa-tion (20). ~eci montre bien que
les gaz qu'on fait circuler à travers la charge à contre courant
jouent uniquement le rôle d'un caloporteur perme-ttant de transfé-
--6--
rer des calorlea d'une région à une autre~
~ a diminution de consomma-tion dlénergie électri~ue
constatée dans l'utilisation d'un tel four dépend d'assez nom-
breux fac-teurs -tels que ses dimensions, son rapport hauteur-
diamètre, les caractéristiques physiques e-t physicochimiques des
c~nthracites ou éventuellement d'autres matières carbonées qui
sont -traitées. Cette diminu-tion de consommation dépasse en
général 50% et peut atteindre 80% de la consommation d'un four
électrique classique pour calcination dlanthracite.
En meme temps, comme cela a été montré, la qualité des
produits calcinés est améliorée, car plu~ homogène, et enfin,
on récupère les matières volatiles résultant de la calcination.
On évite cependant difficilement u~e certaine condensation des
matières volatiles dans la partie haute du four due à une tempé-
rature de charge dans cette zone pas tout à fait assez élevée.
Afin d'éviter cet inconYénient et aussi de réduire
encore la consommation d'énergie élec-trique on injecte dans la
partie supérieure du four une quantité limitée d'un gaz combu-
ran-t oxygène ou air ~ui perme-t de faire brûler une fxaction des
matières ~olatiles: ce-tte combustion provoque un réchauffage ac-
cru de la charge dans cet-te zone. En réglant convenablement l'ap-
port de comburant, on porte la temperature de la charge à un ni-
veau suffisant pour évi-ter la condensation d'~e ~raction des
matières volatile~ et permettre 1'entra~nement de cette fraction
à l'extérieur du four ju~qu'au conden~eur.
On voit figure 2, la partie supérieure d'un four du
m~mc type que celui d~ la fig~ure 1 équipé d'un di3posi-tif d'in-
jection d'air~ Un ~en-tilateur (23) introduit de l'air dan~ une
canalisation annulaire (24) entouran-t la partie supérieure du
~ four qui est reliée par des tubulures radiales (25)-(26) a des
orifices (27)-(28) traversant la paroi du four. On dispo~e un
nombre sufi~a~t d~orifices tou-t autour du four pour réaliser à
l'intérieur un mélange convenable entre comburant et gaz com-
bustibles. Llinjection doit être faite dans une zone suffi-
samment chaude pour provoquer une auto-inflammatlon des gaz.
Dans la prati~ue, l'emplacement de cette zone dépend d'un
certain nombre de facteurs et en par-ticulier de la proportion
de gaz comburant qu'on se propose d'injecter. On porte ainsi
les gaz à une température suffisamment élevée pour qu'ils
accroissent, de fa~con importante, la température de la charge
par contact au cours de leur trajet jusqu'à llori~ice (1~) de
sortie du four. ~u-delà de cet orifice, les gaz sont traités
de la fa~on habituelle puis recyclés en partie, toujours de la
meme façon.
De nombreuses varian~es de réalisation peuvent être
apport~es au nouveau four suivant l'invention~ C'est ainsi
que la disposition des electrodes de chauffage de la charge
peut être modifiée. On peut envisager, en particulier de
remplacer l'une des électrodes ou les deux par un groupe
d'électrodes de section plus faible disposées non pas axiale-
ment mais au voisinage de la périphérie en les repartissant
en couronne pour éviter de créer des dissymétries dans le
chauffage. ~n pourra ainsi faire appel éventuellement a des
électrodes creuses à llintérieur desquelles sera injecté le
gas caloporteur.
Enfin, le même type de four peut être utilisé pour
chaufer d'autres matières carbonées que l'anthracite telles
que, par exemple, des charbons, des lignites, des cokes de
toutes natures, les matières carbonées peuvent etre sous
forme de gr~ins de dimensions diverses, ou encore dtagglomérés
tels que des boulets.
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