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PROCEDE ET APPAREIL DE TRAITENT THERMIQUE ' DES MATIERES qui DEGAGENT DES SUBSTANCES VO- LATILES OXYDABLES SOUS LA CHALEUR ".-
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La présente invention se rapporte à un procédé et un appareil pour assurer le traitement thermique continu à bas prix de revient des matières qui dégagent des sub- stances volatile oxydable* sous l'effet de la chaleur pour éliminer ou$ substances volatiles de la matière et produire en continu un résidu qui subsiste après l'élimination des Substances volatilee, cette élimination s'effectuant dans une grande mesure sous l'action de la chaleur fournie par l'oxydation,
effectuée dans une chambre d'élimination des matières volatiles dite "de dévolatilisation".des sub- stances volatiles dégagées par la matière en traitement, La traitement peuttre désigné par l'homme de l'art par les termes de cokéfaction, calvination, dégazage, ou "dévolatili- sation" suivant la nature de la matière à traiter et de la substance volatile dégagée par cette matière.
Toutefois, pour les besoins de la description on emploiera ici le terme de "dévolatilisation" pour désigner tous ces traitements* On peut citer, comme exemples de matières qui peuvent 8tre traitées par ce procédé, le charbon (capable ou non de for- mer du coke), le coke, le brai, le goudron, le bitume, la lignite, la gilsonite, le coke de pétrole et d'autres résidu* du raffinage du pétrole, à leur état naturel ou bien sous forme de briquettes combinées ou non à la matière naturelle.
Depuis la création et l'utilisation générale dans l'industrie des fours dite à fente ou des fours pour sous- produits du coke, la plupart des nouveaux progrès de la tech- nique de la dévolatilisation ont été conçus dans le but de tenter de tirer parti des gaz ou autres sous-produite de la
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matière qui subit la dévolatilisation. Le désir de récupérer ces soue-produits a incita les chercheurs antérieurs a cher- cher à résoudre le problème avec l'idée préconçue que la dévolatilisation devait s'effectuer en maintenant la matière en traitement sans contact avec l'air, dans le but d'éviter l'oxydation de la matière.
La recherche de cette solution a conduit à conoevoir des installations élaborées, coûteuses et compliquées qui utilisaient une grande diversité de procédés et d'appareils permettant de traiter les matières par la chaleur tout en maintenant ces matières sans contact avec l'air. Ces Installations comprenaient des creusets, récipients, ou wagonnets fermés que l'on faisait passer dans une chambre de chauffage.
On a proposé diverses solutions consistant à chauffer au moyen de conduits, carneaux ou chambres auxiliai- res, située au-dessus, au-dessous ou sur le côté de la chambre contenant la matière à traiter, ces dispositifs étant combi- nés avec des échangeurs thermiques, des fours auxiliaires, des brûleurs auxiliaires, été... Tous ces systèmes antérieurs devaient nécessairement comporter quelque sorte de séparation mécanique pour maintenir la matière à traiter sans contact avec l'air.
Suivant la présente invention, on a suivi une voie entièrement nouvelle. Suivant l'invention, on "dévolatilise" la matière à traiter (c'est-à-dire qu'on élimine les substat- ces volatiles) par chauffage direct de cette matière, de préférence ou pour une grande part, pnr la chaleur rayonnée par la voûte et les pnrois latérales de la chambre de dévola- tisation, cette chaleur étant fournie en continu par l'oxy- dation à l'intérieur de la chambre de la substance volatile oxydable qui se dégage en continu de la matière qu'on traite.
L'invention a pour objet un procédé continu pour
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éliminer les substances volatiles oxydables par la ohaleur d'une matière qui dégage cette substance volatile sous l'effet de la chaleur, ce procédé consistant à débiter en con- tinu cette matière sur une sole en mouvement oontinu, à décharger le résidu en continu de cette sole en mouvement oontinu, pendant le temps où la matière repose sur la sole en mouvement oontinu, à enfermer la matière dans une chambre de "dévolatilisation", et pendant le mouvement que cette matière décrit à travers cette chambre, à "dévolatiliser" la matiè- re par la chaleur fournie par l'oxydation de la substance volatile àl'intérieur de la chambre.
La chambre de dévolatilisation a une voûte et des parois latérales et, pendant le déplacement de la matière dans cette chambre, la substance volatile se trouvant à l'intérieur de la chambre est oxydée, la voûte et les paroi. latérales de la ohambre sont chauffées par la chaleur engin* drée par l'oxydation de la substance volatile et la matière oontenue dans la chambre est dévolatilisée en majeure partie sous l'effet de la chaleur rayonnée par la voûte et les pa- rois latérales de la chambre.
Suivant l'invention, on chauffe la sole en mouvement oontinu et la voûte et les parois laté- rales de la chambre au moyen de la ohaleur engendrée par l'oxydation de la substance volatile et on dévolatilise la matière contenue dans la chambre en majeure partie par la ohaleur fournie directement par la sole en mouvement oontinu et par la chaleur rayonnée par la voûte et les parois laté- rales de la chambre* La chaleur engendrée par l'oxydation de la substance volatile est suffisante pour que le processus N'entretienne de lui-même (réaction "auto-génétique). L'oxyda- tion orée une flamme lumineuse et la chaleur rayonnée bar cette flamme lumineuse oontribue à la dévolatilisation de la matière contenue dans la chambre.
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Suivant l'invention, on contribue à l'oxydation de la substance volatile à l'intérieur de la chambre de dévola- tilisation en introduisant de l'oxygène (normalement sous la forme d'air) dans la chambre de dévolatilisation, au-dessus de la surface supérieure do la matière placée sur la sole, l'oxygène oxydant la substance volatile et donnant une atmos- phère oxydante dans la partie supérieure de la chambre de dévolatilisation, tout en maintenant efficace une atmosphère réductrice autour de la matière en traitement.
Suivant l'invention, on laisse échapper les gaz et on admet l'oxygène de préférence sélectivement en certaines zones réparties sur la longueur de la chambre de dévolatili- nation et on règle l'admission d'oxygène et l'échappement des gaz dans les zones correspondantes pour régler à son tour l'oxydation dans la chambre, de façon à oxyder dans une zone prédéterminée la substance volatile libérée dans une zone différente.
On règle l'oxydation et, par conséquent la température dans les zones respectives réparties sur la lon- gueur de la chambre de dévolatilisation, oe qui permet de produire à artir de la même matière chargée, des résidus présentant des propriétés physiques et chimiques différentes.
L'invention a également pour objet un appareil de traitement thermique continu comprenant une sole en matière réfractaire, des moyens qui forment une chambre de dévolati- liaation en forme de tunnel et dans laquelle ladite sole est disposée, des moyens servant à faire avancer la sole en con- tinu dans la chambre, des moyens pour débiter en continu sur la sole mobile une matière qui dégage une substance volatile oxydable sous l'effet de la chaleur, des moyens pour intro- duire de l'oxygène afin d'oxyder la substance volatile, et des moyens pour décharger en continu le résidu de la @ole à
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mouvement continu.
La sole est, de préférence, une sole annu. laire qui est entraînée en rotation continue dans une chambre de dé volatilisation en tunnel. La sole peut avoir une forme différente, par exemple la forme d'un élément sans fin qui tourne sur deux arbres horizontaux espacés l'un de l'autre, le brin supérieur formant la sole mais la sole rotative annulaire présente l'avantage qu'elle a beaucoup moins de temps pour se refroidir entre le moment où l'on en décharge le résidu et le moment où la matière à traiter est chargée sur la même partie de la sole,
L'invention a pour objet un procédé continu pour éliminer une substance volatile oxydable pas la chaleur, d'une matière qui dégage cette substance volatile sous l'ef- fet de la chaleur,
ce procédé comprenant les phases qui con- sistent à débiter en continu la matière sur une sole à mouve- ment continu, à décharger en continu le résidu de la sole en mouvement continu, pendant le temps où la matière repose sur la sole en mouvement continu, à enfermer la matière dans une chambre de dévolatilisatioon et, au cours du déplacement de la matière dans la chambre, à dévolatiliser la matière par la chaleur qui est fournie par l'oxydation de la substance volatile à l'intérieur de la chambre.
I"invention a encore pour objet un appareil permet- tant d'éliminer en continu une substance volatile oxydable par la chaleur d'une matière qui dégage cette substance vola- tile sous l'effet de la chaleur, cet appareil comprenant, en continu, une sole en matière réfractaire disposée dans une chambre de dévolatilisation en tunnel, et des moyens servant à faire avancer la sole en continu, à débiter en oontinu la matière @eur la sole, à introduire de l'oxygène et à déchar- ger le résidu en oontinu de cette sole*
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Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exem- ple - la figure 1 est une vue en plan d'un four à coke A sole rotative,
certaines parti$$ étant supposées découpées pour montrer certaine@ parties en coups horizontale) .. la figure 2 cet une vue en coupe verticale diamé- traie suivant la ligne II-II de la figure l'
Suivant la ferme d'exécution Représentée le tour à coke qui a été choisi pour servir d description non limi- tative de l'appareil comprend une soit angulaire 2.
cette sole forme, sur la plus grande partie des 360 , une partie d'une chambre de cokéfaction ? en forme de tunnel qui com- etitue un exemple do chambre de dévolatilieation. Le four comprend une voûte 4 qui surmonte la sole annulaire 2 et il comporte des parois latérales 5, de aorte que la chambre de j cokéfaction ou de dévolatilisation 3 est une chambre fermée qui est Imitée par la sole 2, la voûte 4 et les parole latérales 5. La sole tourne dans le sens indiqué par la flè- che A sur la figure 1, tandis que la voûte et les parois laté- rales sont fixes.
Des joints 6 sont prévus de part et d'autre de la sole pour éviter les fuites entre la sole et les pa- rois latérales,
Les moyens servant à entraîner la sole ne font pas partie de la présente invention. Ces moyens peuvent être classiques et ils sont adaptés pour l'entraîner à divers.. vitesses choisies.
La figure 2 montre un lit de houille 7 en cours de cokéfaction sur la sole 2. Le four est, de préférence, propor- tionné de telle façon que la distance entre cette sole et la voûte 4 soit de l'ordre de l'épaisseur des matières en traitement, majorée d'un espace vertical suffisant pour per- mettre la volatilisation de la matière en traitement, et une hauteur supplémentaire de sorte que la substance volatile
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est oxydée dans la partie supérieure de la chambre, pour chauffer la voûte et les parois latérales, de façon que ces dernières rayonnent directement la chaleur sur la matière déposée sur la sole, pour volatiliser cette matière.
Par exemple} la distance comprise entre la sole @ et la voûte 4 peut être de 1 mètre tandis que l'épaisseur du lit de houille placé sur la sole peut être de 30 centimètres Ceci ménage un espace vertioal, de 70 centimètres, entre la faut supé- rieure du lit de houille et la voûte, ce qui permet la vêla* tilisation de la houille déposée sur la sole mais laisse cependant la voûte suffisamment rapprochée de la sole pour qu'une très importante quantité de la chaleur soit rayonnée de la voûte sur le lit de houille.
La sole est chauffée par la chaleur de l'oxydation de la substance volatile qui est dégagée par le lit de houille, de sorte que ce lit de houille absorbe la chaleur transmise directement par la sole et par rayonnement par la voûte et par les parois latérales et elle absorbe, en outre, la chaleur de la flamme lumineuse qui est créée par l'oxydation de la substance volatile oxydable dé- gagée '.par la houille déposée sur la sole.
Suivant l'invention, on prévoit des moyens, située en des zones réparties le long de la sole pour introduire de l'oxygène sous la forme d'air et pour laisser échapper les gaz de la chambre de dévolatilisation, de façon que la quan- tité d'air introduite et la quantité de gaz échappés de la chambre de dévolatilisation en uno zone quelconque puisse être réglée de la façon voulue.
L'air est introduit à un ni- veau supérieur à celui de la surface supérieure du lit de houille placé sur la sole, de façon à oxyder la substance volatile dans la partie supérieure de la chambre, pour ohaut- fer la voûte et les parois latérales, afin que ces dernières
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rayonnent de la chaleur sur la matière déposée sur la sole, pour volatiliser cette matière tout en maintenant efficace- ment une atmosphère réductrice autour de cette matière.Pour chacune des zones de la périphérie du four, on prévoit deux jeux d'orifioea d'outrée à chacune des périphéries interne et externe de la chambre 3.
les orifices d'entrée traversant respectivement les parois latérales internes et externe*, Il est prévu un jeu supérieur 8 et un jeu inférieur 9 qui sont reliée, comme représenté à des tuyaux 10 périphériques, interne et externe respectivement, pour débiter de l'air sous pression, l'air étant envoyé au tuyau 10 par des tuyaux d'alimentation 10a et des collecteurs 10b Des vannes 11 et 12 sont prévues de façon à permettre de régler la quantité d'air introduite en chaque orifice d'entrée. Lorsqu'un lit de matière relativement mince est disposé sur la sole 2, on peut utiliser les entrées inférieures, tandis que, lorsqu'un lit de matière relativement épais est déposé sur la sole, on peut utiliser les entrées supérieures.
Les orifices d'échappement 13 sont prévus dans la rotlte 4 et communiquent, par de': conduits radiaux 14 , qui portent des branches 13a, avec un "Post-brûleur"placé au centre et désigné dans son ensemble par la référence 15, ce post-brûleur pouvant être surmonté d'une cheminée 16.
Les orifices d'échappement 13 sont réglée pur des vannes à registre 17, de sorte qu'on peut laisser échapper une quantité désirée de gas en un point quelconque de la longueur de la sole* Sa réglant de façon appropriée les vannes 11, 12 et 17, il est possible de régler les conditions dans toutes les zones le long de la sole, de sorte qu'en une zone particulière,
on peut ralentir l'oxydation et la volatilisation tandis qu'on peut accélérer l'oxydation et la volatilisation dans une autre zone. Ceci permet de régler les températures dans la chambre de "dévolatilisa- tion" et de maintenir la matière en traitement à une tempéra*
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ture désirée pendant le temps voulu. De cette façon, on peut faire varier dans de larges limites les caractéristiques de la substance volatile dégagée aussi bien que les caracté- ristiques du résidu qui reste sur la sole.
La substance vola- peut tile dégagée dans une zone/être oxydée dans une zone différente choisie au préalable et on peut produire, à partir @ de la même matière chargée, des produits ayant des propriétés chimiques et physiques différentes.
La houille ou autre matière à traiter est amenée par un transporteur dans la trémie 18. Bile tombe par gravité dans une goulotte 19 qui débite la matière sur la sole 2 une cloison réglable 20 assurant le chargement de la sole à toute épaisseur de matière voulue pendant sa rotation con- tinue.
Lorsque la matière quitte la goulotte 19 et vient se déposer sur la sole 2, elle commence immédiatement à s'échauf- fer du fait que la sole 2 a absorbé une quantité considérable de chaleur dans le trajet qu'elle a parcouru dans le four et, dans un cycle type de cokéfaction, elle a une température de surface, à l'endroit où la houille est débitée à cette sole, qui peut aller jusqu'à 650*0. Lorsque la houille subit l'influence de la chaleur de la sole, elle commence presque immédiatement à se dévolatilieer dans la partie inférieure du lis, et, lorsqu'elle pénètre dans la chambre de dévolati- lisation, le processus de cokéfaction ou de dévolatilisation est déjà en coure.
On maintient la cloison 20 à un niveau tel que la matière nouvellement amenée s'acoumule contre cette cloison$ ce qui permet d'exercer une action supplémen- taire sur le nivellement et l'épaisseur Lorsque la matière passe sous la cloison 20 et qu'elle pénètre dans la chambre de dévolatilisation, elle subit l'effet de la chaleur rayon. née par la voûte 4 et également par les parois latérales 5
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et il se produit un nouveau dégagement de substance volatile.
Du fait que certaines houilles et autres matières dégagent leurs substances volatiles plus rapidement que d'autres et que la vitesse de cokéfaction ou de dévolatilisation de certaines matières doit être plus rapide @ou plus lente que pour d'autres, c'est dans cette période que l'on effectue tout d'abord le réglage de la ventilation, c'est-à-dire le réglage des vannes 11, 12 et 17 à l'intérieur de la chambre de dévolatilisation.
Dès que la matière est passée sous la cloison 20, elle se trouve dans l'intérieur de la chambre de cokéfaction de dévolatilisation et dans un milieu à une température de 260 à 1100*0, suivant la vitesse de chauffage voulue .S1 l'on veut obtenir une montée lente en température, on ferme les orifices d'échappement 13 de la voûte 4 et on ferme de môme les vaines 11 et 12, de façon à faire agir la première zone de la chambre de dévolutilisation , qui suit la cloison 20, comme zone de chauffage comportant une certaine volatili- sation mais une faible oxydation ou combustion.
Lu longueur de cette zone, c'est-à-dire la durée de la période pendant laquelle la matière qui avance dans le lit est simplement chauffée, avec une faible combustion ou oxydation, peut être déterminée par le. réglage des vannes 11, 12 et 17 Si l'on veut obtenir une montée rapide de la température, on ouvre les vannes 17 et on ouvre aussi, au moins partielle- ment les vannes 11 et 12, en prftvoquant une volatilisation à une vitesse plus rapide,
accompagnée par la combustion des gaz volatile dans la partie supérieure de la chambre de dévolatilisation. La température sera plus élevée et l'en- semble du traitement progressera à une vitesse plus rapide*
Lorsque la substance volatile se dégage de la ma-
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tière placée sur la sole elle s'élève à travers le lit de matière et au-dessus de oe lit. En même tempe, on admet en continu de l'air dans une quantité exactement réglée dans la chambre de dévolatilisation, par les portes 8 et 9 situées au-dessus du niveau de la surface supérieure du lit 7.
La substance volatile chaude se combine à l'oxygène de l'air au-dessus du lit .7 et l'oxydation ou la combustion se pro- duit dans la partie supérieure de la chambre* La chaleur de cette oombustion est transmise au lit @7 et provoque un nou- veau dégagement de substance volatile. La vitesse à laquelle le traitement se poursuit est réglée, comme indiqué plus haut par modification des ouvertures des vannes 11, 12 et 17 et de la vitesse de rotation de la sole, ainsi que de la profondeur du lit 7. La chaleur est transmise au lit 7, par conduction et rayonnement à partir des surfaces internes de la chambre de dévolatilisation, et par rayonnement direct de la flamme lumineuse qui résulte de la combustion de la substanoe volatile.
Les courants ascendants de substance volatile, combinés au fait que les portes 8 et 9 sont au-dessus du niveau de la face supérieure du lit 7 de matière déposée sur la sole 2, orée un courant qui fait sortir les gaz du produit de oombustion à travers les orifices d'échappement 13 et ils se traduisent par le maintien d'une atmosphère réduo- trioe autour du lit 7 tandis que l'atmosphère régnant dans la partie supérieure de la chambre de/dévolatilisation est de nature oxydante.
Ainsi qu'on l'a indiqué plus haut, on peut modifier la vitesse de dévolatilisation. Si on brûle la substance volatile dégagée par la houille, le coke de pétrole et d'au- tres matières, dans un four à mesure qu'elle se dégage de @ la matière qui forme sa source, en la combinant avec la
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quantité d'air qui cet nécessaire pour assurer la combustion complète, elle donne habituellement des température$ qui n'excédant pas 1200 à 1250*0. Dana le procède suivant l'inven- @ tion,
du fait que oe procédé est continu et que toute$ les phases de ce procédé sont mises en oeuvre dans une mine chambre de dévolatilisation, on peut faire passer la substance volatil* d'une zone à une autre avant qu'elle ne soit brûlée et cféer par ce moyen une quantité exceptionnelle de cha- leur, par une combustion supplémentaire, dans une phase désirée quelconque du procède. Il est bien connu que la vi- tosse de cokéfaction croît plus rapidement qu'en proportion de la température Suivant l'invention, on peut concentrer la substance volatile, par exemple dans la première fraction de 40% de la chambre du tour et,
en introduisant dans cette fraction la quantité d'air nécessaire pour assurer la com- bustion de cette substance volatile, on peut produire des températures allant jusqu'à 1480*0. Oe déplacement des sub- stances volatiles inbrûlées dans la chambre de dévolatilisa- tion, entre une sont et une autre, permet d'accélérer ou de ralentir à volonté la dévolatilisation dans une zone quel- oonque.
On obtient oe résultat en fermant les orifices d'é- ohappement dans une zone, et en forçant par ce moyen la substance volatile engendrée par cette zone à s'écouler dans la zone où l'on veut obtenir la oombuation. On peut encore contribuer à réaliser cet effet en ouvrant les .orifices d'é- chappement dans la zone dans laquelle il s'agit de trans- férer la substance volatile. On peut obtenir un courant sup- plémentaire pour effectuer ce mouvement induit de substance volatile par addition de/moyens produisant un courant, par exemple la cheminée 16. Les produite de la combustion peu- vent être transférée d'une zone à une autre d'une façon analogue, pour obtenir un réglage additionnel de la chaleur.
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En combinant de façon appropriée les variables citées, l'application du procédé suivant l'invention permet d'atteindre et de maintenir une vitesse de cokéfaction de 46 mm par heure en partant d'une seule face* Cette vitesse de cokéfaction, .plus rapide que la normale, augmente consi- dérablement la production de produite chimiques par mètre carré de surface de la s ole et réduit de façon importante le prix de revient de cokéfaction par tonne, ce qui apporte un bénéfice important aux utilisateurs du procédé
Les variables consistant dans l'admission d'air, l'échappement des gaz, la profondeur du lit et de la vitesse de rotation peuvent être combinées suivant une infinité de manières,
pour produire des conditions appropriées pour la cokéfaction, la calcination$ le gégazage ou la dévolati- lisation efficace de pratiquement n'importe quelle matière contenant une substance volatile oxydable ou combustible.
On peut produire ou traiter des cokes, charbons de bois et briquettes d'une excellente qualité chimique. Si la matière en traitement ne contient pas une quantité suffisante de substance volatile pour contribuer de façon satisfaisante à la combustion qui est nécessaire pour déterminer sa propre dévolatilisation, on peut ajouter à la matière en traitement une substance volatile supplémentaire, par exemple, sous la forme de pétrole au moment où on l'introduit sur la sole, ou bien on peut introduire une quantité additionnelle de gaz par des orifices percée dans les parois latérales 5, pour fournir la teneur voulue en substance volatile dans la zone où cela est nécessaire.
Ce procédé nouvea d'alimentation d'une substance volatile supplémentaire destinée à être oxy- dée dans la chambre de dévolatilisation qui contient la ma- tière en traitement permet de tirer le maximum de bénéfice de la chaleur engendrée par l'ensemble de toutes les sub- stances volatiles qui sont oxydées et donne un procédé efficace
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de traitement des matières avec le minimum de consommation de combustible*
On peut régler los variables telles que l'admission d'air, l'échappement de gaz, la profondeur du lit et la vi- tesse de rotation, de façon à chauffer de la houille, par exemple dans un lit mince qui peut avoir une épaisseur de
50 mm, à des vitesses de montée en température suffisamment grandes pour que la houille gonfle et bouillonne,
en raison du taux extrêmement rapide de chauffage, le résultat étant que la houille passe à l'état fluide longtemps avant que sa substance volatile n'ait été dégagée et alors qu'elle se trouve à l'état soufflé, gonflé et poreux. La haute tempéra- ture à laquelle la houille est soumise alors qu'elle est dans cet état a pour effet que la houille se solidifie à l'état poreux. on produit donc un coke spongieux à une vitesse de cokéfaction extrêmement élevée. Le coke spongieux & une ture comportant des alvéoles à parois Binées et une forte porosité.
Sa teneur en volume d'air est suffisamment élevés pour qu'il ne soitnécessaire d'effectuer aucun refroidisse- ment brusque et on peut déoha.ger ce coke du four à une température de l'ordre de 1100*0 et le prendre aussitôt dans la main nue.
Cette qualité extrêmement rare fait de ce coke spongieux une source de combustible aggloméré à envi- sager pour la sidérurgie et pour d'autres applications d'ag- glomération, du fait qu'il peut être broyé à ;uns très faible dimension avec un très faible effort, avec un faible dégage- ment de poussière ou de matières passant au tamis à mailles de 0,147 mm et on peut le préparer sous la forme d'un pro- duit à peu près exempt d'humidités
Lorsque le four a été mis en fonctionnement con- tinu, et que la houille ou une autre matière pénètre dans la. chambre de cokéfaction, on règle les températures et la, vitesse de dévolatilisation comme expliqu plus haut en
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manipulant les vannes 11,
12 et 17' On effectue tout d'abord le réglage dans la première zone qui suit la cloison 20 et, lorsque le traitement continue et que la matière poursuit son trajet le long de la chambre de dévolatilisation, on rè- gle les orifices d'éohappement et les portes de façon à pro- duire les températures et les effets thermiques désirée aux divers stades, en cherchant à produire un certain produit fini. les conditions varieront évidemment suivant les caractéristiques de la matière en traitement et également suivant les caractéristiques désirées pour la matière à produire.
Par conséquent, le procédé suivant l'invention permet de produire du coke ayant un poids spécifique variable une teneur variable en produite volatile et un facteur de stabilité variable, en partant de la même matière chargée dans le four. Lorsque la matière en traitement approche de la fin de son trajet dans la chambre annulaire, elle est suivie d'u lit continu de matière qui e'étend, vers l'arriè- re, jusqu'à la cloison 20* la résistance eu la force de pous- eée de ce lit continu de matière sur la sole rotative fournit la force voulue pour pousser le résidu suivant la pente du racleur de déchargement 21, situé au-dessous de la cloison de déchargement 22,
cloison qui est de construction et de fonction analogue à celle de la cloison 20 La matière trai- tée ou le résidu est évacué du râcleur de déchargement par un transporteur représenté sohématiquement en 23 et qui peut avoir toute construction appropriée.
Naturellement, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit, qui n'a été donné qu'à titre d'exemple.
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METHOD AND APPARATUS FOR THERMAL TREATMENT 'OF MATERIALS WHICH RELEASE OXIDABLE OXIDABLE SUBSTANCES UNDER HEAT ".-
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The present invention relates to a method and apparatus for providing continuous low-cost heat treatment of materials which emit oxidizable volatiles under the effect of heat to remove or volatile materials from the material and. continuously produce a residue which remains after the elimination of the volatile substances, this elimination taking place to a large extent under the action of the heat supplied by the oxidation,
carried out in a chamber for removing volatile materials called "devolatilization". of volatile substances released by the material being treated, The treatment may be designated by those skilled in the art by the terms coking, calvination, degassing, or "devolatilization" depending on the nature of the material to be treated and of the volatile substance released by this material.
However, for the purposes of description, the term "devolatilization" will be used herein to denote all of these treatments. Examples of materials which may be treated by this process may be cited: charcoal (whether or not capable of forming carbon). coke), coke, pitch, tar, bitumen, lignite, gilsonite, petroleum coke and other residues * of petroleum refining, in their natural state or in the form of briquettes combined or not with natural matter.
Since the inception and general use in the industry of so-called slot ovens or coke byproduct ovens, most of the new advancements in devolatilization technology have been designed in an attempt to derive from gases or other by-products of
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matter which undergoes devolatilization. The desire to recover these soue-products prompted earlier researchers to seek to solve the problem with the preconceived idea that devolatilization should be carried out by keeping the material in treatment without contact with air, in order to 'avoid oxidation of the material.
The search for this solution led to the design of elaborate, expensive and complicated installations which used a wide variety of methods and apparatuses making it possible to treat materials by heat while maintaining these materials without contact with air. These Installations consisted of crucibles, vessels, or closed wagons which were passed through a heating chamber.
Various solutions have been proposed consisting of heating by means of conduits, flues or auxiliary chambers, situated above, below or to the side of the chamber containing the material to be treated, these devices being combined with exchangers. thermal, auxiliary furnaces, auxiliary burners, summer ... All these previous systems had to necessarily include some sort of mechanical separation to maintain the material to be treated without contact with the air.
According to the present invention, an entirely new path has been followed. According to the invention, the material to be treated is "devolatilized" (that is to say the volatile substances are removed) by direct heating of this material, preferably or to a large extent, in the radiated heat. by the vault and the side walls of the devolatization chamber, this heat being continuously supplied by the oxidation inside the chamber of the oxidizable volatile substance which is continuously given off from the material which is treaty.
The object of the invention is a continuous process for
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removing volatile substances oxidizable by the heat of a material which releases this volatile substance under the effect of heat, this process consisting in continuously discharging this material onto a continuously moving hearth, in discharging the residue continuously from this sole in continuous movement, during the time when the material rests on the sole in continuous movement, to enclose the material in a "devolatilization" chamber, and during the movement that this material describes through this chamber, to "devolatilize" the matter by the heat provided by the oxidation of the volatile substance inside the chamber.
The devolatilization chamber has a canopy and sidewalls and, during movement of material within this chamber, the volatile substance within the chamber is oxidized, the vault and the walls. sides of the chamber are heated by the heat generated by the oxidation of the volatile substance and the material contained in the chamber is devolatilized for the most part under the effect of the heat radiated by the roof and the side walls of the chamber. bedroom.
According to the invention, the floor in continuous movement and the roof and the side walls of the chamber are heated by means of the heat generated by the oxidation of the volatile substance and the material contained in the chamber is devolatilized for the most part. by the heat supplied directly by the continuously moving hearth and by the heat radiated by the roof and the side walls of the chamber * The heat generated by the oxidation of the volatile substance is sufficient for the process not to maintain itself ("auto-genetic reaction). Oxidation opens up a luminous flame and the heat radiated bar this luminous flame contributes to the devolatilization of the material contained in the chamber.
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According to the invention, one contributes to the oxidation of the volatile substance inside the devolatilization chamber by introducing oxygen (normally in the form of air) into the devolatilization chamber above. of the upper surface of the material placed on the hearth, the oxygen oxidizing the volatile substance and providing an oxidizing atmosphere in the upper part of the devolatilization chamber, while maintaining an effective reducing atmosphere around the material being treated.
According to the invention, the gases are allowed to escape and the oxygen is admitted, preferably selectively in certain zones distributed over the length of the devolatilization chamber, and the admission of oxygen and the exhaust of the gases into the chambers are regulated. corresponding zones to in turn regulate the oxidation in the chamber, so as to oxidize in a predetermined zone the volatile substance released in a different zone.
The oxidation and therefore the temperature are controlled in the respective zones distributed over the length of the devolatilization chamber, which enables residues having different physical and chemical properties to be produced from the same charged material.
The object of the invention is also a continuous heat treatment apparatus comprising a hearth made of refractory material, means which form a tunnel-shaped devolatilization chamber and in which said hearth is arranged, means serving to advance the hearth. continuously in the chamber, means for continuously delivering onto the bogie a material which releases a volatile substance which can be oxidized under the effect of heat, means for introducing oxygen in order to oxidize the substance volatile, and means for continuously discharging the residue from the oil to
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continuous movement.
The sole is preferably an annu sole. air which is driven in continuous rotation in a tunnel de-volatilization chamber. The hearth may have a different shape, for example the shape of an endless element which rotates on two horizontal shafts spaced apart from each other, the upper strand forming the hearth but the annular rotary hearth has the advantage that it has much less time to cool down between the moment when the residue is unloaded from it and the moment when the material to be treated is loaded on the same part of the hearth,
The invention relates to a continuous process for removing a volatile substance oxidizable by heat, from a material which releases this volatile substance under the effect of heat,
this process comprising the phases which consist in continuously discharging the material on a continuously moving hearth, in continuously discharging the residue from the continuously moving hearth, during the time when the material rests on the continuously moving hearth , to enclose the material in a devolatilization chamber and, during movement of the material in the chamber, to devolatilize the material by the heat which is provided by the oxidation of the volatile substance inside the chamber.
A further object of the invention is an apparatus for continuously removing a volatile substance oxidizable by heat from a material which releases this volatile substance under the effect of heat, this apparatus comprising, continuously, a hearth of refractory material arranged in a tunnel devolatilization chamber, and means for continuously advancing the hearth, for continuously delivering the material to the hearth, for introducing oxygen and for discharging the residue continuously from this sole *
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In the accompanying drawing, given by way of example only - Figure 1 is a plan view of a rotary hearth coke oven,
some parts $$ being supposed to be cut out to show certain parts in horizontal strokes). FIG. 2 is a view in vertical section diametre along line II-II of FIG.
According to the execution farm Shown, the coke lathe which has been chosen to serve as a non-limiting description of the apparatus comprises an angular either 2.
this sole forms, on most of the 360, part of a coking chamber? in the form of a tunnel which comprises an example of a devolatilization chamber. The oven comprises a vault 4 which surmounts the annular hearth 2 and it comprises side walls 5, so that the coking or devolatilization chamber 3 is a closed chamber which is imitated by the hearth 2, the vault 4 and the floor. side 5. The sole rotates in the direction indicated by arrow A in figure 1, while the arch and side walls are fixed.
Seals 6 are provided on either side of the sole to prevent leaks between the sole and the side walls,
The means for driving the hearth do not form part of the present invention. These means can be conventional and they are suitable for driving it at various selected speeds.
FIG. 2 shows a coal bed 7 during coking on the hearth 2. The furnace is preferably proportioned so that the distance between this hearth and the vault 4 is of the order of the thickness. material under treatment, plus a sufficient vertical space to allow volatilization of the material under treatment, and an additional height so that the volatile substance
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is oxidized in the upper part of the chamber, to heat the arch and the side walls, so that the latter radiate heat directly on the material deposited on the hearth, to volatilize this material.
For example} the distance between the sole @ and the vault 4 can be 1 meter while the thickness of the coal bed placed on the hearth can be 30 centimeters This leaves a vertical space of 70 centimeters between the upper part of the coal bed and the arch, which allows the calving of the coal deposited on the hearth but nevertheless leaves the arch sufficiently close to the hearth so that a very large amount of heat is radiated from the vault on the coal bed.
The hearth is heated by the heat of the oxidation of the volatile substance which is given off by the coal bed, so that this coal bed absorbs the heat transmitted directly by the hearth and by radiation from the roof and by the side walls and it further absorbs the heat of the luminous flame which is created by the oxidation of the oxidizable volatile substance given off by the coal deposited on the hearth.
According to the invention, means are provided, situated in zones distributed along the sole, for introducing oxygen in the form of air and for allowing the gases to escape from the devolatilization chamber, so that the quantity tity of air introduced and the quantity of gas escaping from the devolatilization chamber in any zone can be adjusted as desired.
The air is introduced at a level higher than that of the upper surface of the coal bed placed on the hearth, so as to oxidize the volatile substance in the upper part of the chamber, to ohaut- fer the vault and the walls sides, so that the latter
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radiate heat on the material deposited on the hearth, to volatilize this material while effectively maintaining a reducing atmosphere around this material. For each of the zones of the periphery of the furnace, two sets of additional orifioea are provided to each of the internal and external peripheries of the chamber 3.
the inlet openings respectively passing through the internal and external side walls *, there is provided an upper set 8 and a lower set 9 which are connected, as shown to peripheral pipes 10, internal and external respectively, to deliver air under pressure, the air being sent to the pipe 10 by supply pipes 10a and manifolds 10b. Valves 11 and 12 are provided so as to make it possible to adjust the quantity of air introduced into each inlet orifice. When a relatively thin bed of material is disposed on the hearth 2, the lower inlets can be used, while when a relatively thick bed of material is deposited on the hearth, the upper inlets can be used.
The exhaust ports 13 are provided in the rotlte 4 and communicate, by ': radial ducts 14, which carry branches 13a, with a "Post-burner" placed in the center and designated as a whole by the reference 15, this post-burner which can be surmounted by a chimney 16.
The exhaust ports 13 are set for the register valves 17, so that a desired amount of gas can be released at any point along the length of the hearth * Sa appropriately adjusting the valves 11, 12 and 17, it is possible to adjust the conditions in all zones along the sole, so that in a particular zone,
oxidation and volatilization can be slowed down while oxidation and volatilization can be accelerated in another area. This allows the temperatures in the "devolatilization" chamber to be regulated and the material being processed to be kept at a temperature.
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desired ture for the desired time. In this way, the characteristics of the volatile substance given off as well as the characteristics of the residue which remains on the hearth can be varied within wide limits.
The volatile substance given off in one zone can be oxidized in a different zone chosen beforehand, and products with different chemical and physical properties can be produced from the same charged material.
The coal or other material to be treated is brought by a conveyor into the hopper 18. Bile falls by gravity into a chute 19 which delivers the material on the sole 2 an adjustable partition 20 ensuring the loading of the sole at any desired thickness of material during its rotation continues.
When the material leaves the chute 19 and comes to deposit on the hearth 2, it immediately begins to heat up because the hearth 2 has absorbed a considerable amount of heat in the path it has traveled in the oven and , in a typical coking cycle, it has a surface temperature, at the place where the coal is delivered to this hearth, which can go up to 650 * 0. When the coal is influenced by the heat of the hearth, it almost immediately begins to devolatilize in the lower part of the lily, and, when it enters the devolatilization chamber, the process of coking or devolatilization is already running.
The partition 20 is maintained at a level such that the newly supplied material accumulates against this partition $ which allows an additional action to be exerted on the leveling and thickness when the material passes under the partition 20 and that it enters the devolatilization chamber, it is subjected to the effect of ray heat. born by the vault 4 and also by the side walls 5
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and further evolution of volatile substance occurs.
Because some coal and other materials release their volatiles faster than others and the rate of coking or devolatilization of some materials must be faster @ or slower than others, it is in this period that we first perform the ventilation adjustment, that is to say the adjustment of the valves 11, 12 and 17 inside the devolatilization chamber.
As soon as the material has passed under the partition 20, it is in the interior of the devolatilization coking chamber and in a medium at a temperature of 260 to 1100 * 0, depending on the desired heating rate. wants to obtain a slow rise in temperature, the exhaust ports 13 of the vault 4 are closed and the empty ones 11 and 12 are also closed, so as to activate the first zone of the devolusage chamber, which follows the partition 20 , as a heating zone with some volatilization but little oxidation or combustion.
The length of this zone, that is, the length of time that the material advancing in the bed is simply heated, with little combustion or oxidation, can be determined by the. adjustment of valves 11, 12 and 17 If a rapid rise in temperature is desired, valves 17 are opened and valves 11 and 12 are also opened at least partially, evoking volatilization at a higher rate. fast,
accompanied by the combustion of volatile gases in the upper part of the devolatilization chamber. The temperature will be higher and the whole treatment will progress at a faster rate *
When the volatile substance is released from the ma-
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When placed on the floor, it rises through the bed of matter and above it. At the same time, air is continuously admitted in an exactly regulated quantity into the devolatilization chamber, through the doors 8 and 9 located above the level of the upper surface of the bed 7.
The hot volatile substance combines with the oxygen in the air above the bed. 7 and oxidation or combustion occurs in the upper part of the chamber * The heat from this combustion is transferred to the bed @ 7 and causes further release of volatile substance. The speed at which the treatment continues is regulated, as indicated above by modifying the openings of the valves 11, 12 and 17 and the speed of rotation of the hearth, as well as the depth of the bed 7. The heat is transmitted to the bed. bed 7, by conduction and radiation from the internal surfaces of the devolatilization chamber, and by direct radiation of the luminous flame which results from the combustion of the volatile substance.
The ascending currents of volatile substance, combined with the fact that the gates 8 and 9 are above the level of the upper face of the bed 7 of material deposited on the hearth 2, where a current which causes the gases of the combustion product to escape. through the exhaust ports 13 and they result in the maintenance of a reducing atmosphere around the bed 7 while the atmosphere prevailing in the upper part of the devolatilization chamber is of an oxidizing nature.
As indicated above, the speed of devolatilization can be changed. If the volatile substance given off by coal, petroleum coke, and other materials is burned in a furnace as it is released from the material which forms its source, combining it with the
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quantity of air which this necessary to ensure complete combustion, it usually gives temperature $ which does not exceed 1200 to 1250 * 0. Dana proceeds according to the invention,
since this process is continuous and all the phases of this process are carried out in a devolatilization chamber mine, the volatile substance can be passed from one zone to another before it is burnt and thereby generating an exceptional amount of heat, by additional combustion, in any desired phase of the process. It is well known that the coking speed increases faster than in proportion to the temperature. According to the invention, the volatile substance can be concentrated, for example in the first 40% fraction of the lathe chamber and,
by introducing into this fraction the quantity of air necessary to ensure the combustion of this volatile substance, temperatures of up to 1480 ° 0 can be produced. The movement of the volatile substances unburned in the devolatilization chamber, between one is and another, makes it possible to accelerate or slow down the devolatilization at will in any zone.
This result is obtained by closing the exhaust ports in a zone, and thereby forcing the volatile substance generated by this zone to flow into the zone where the outlet is to be obtained. This effect can also be helped by opening the exhaust ports in the zone to which the volatile substance is to be transferred. An additional current to effect this induced movement of volatile substance can be obtained by the addition of current producing means, for example chimney 16. The products of combustion can be transferred from one zone to another. analogously, to obtain additional heat regulation.
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By suitably combining the cited variables, the application of the process according to the invention makes it possible to achieve and maintain a coking speed of 46 mm per hour starting from a single face * This coking speed,. than normal, considerably increases the production of chemicals per square meter of floor area and significantly reduces the cost of coking per tonne, which brings significant benefits to users of the process.
The variables consisting of air intake, gas exhaust, bed depth and rotational speed can be combined in an infinite number of ways,
to produce conditions suitable for the efficient coking, calcination, gassing or devolatization of virtually any material containing an oxidizable or combustible volatile substance.
Cokes, charcoals and briquettes of excellent chemical quality can be produced or processed. If the material under treatment does not contain a sufficient amount of volatile substance to contribute satisfactorily to the combustion which is necessary to determine its own devolatilization, an additional volatile substance may be added to the material under treatment, for example in the form of petroleum as it is introduced onto the hearth, or an additional quantity of gas can be introduced through orifices pierced in the side walls 5, to provide the desired content of volatile substance in the zone where it is needed.
This novel method of supplying an additional volatile substance intended to be oxidized in the devolatilization chamber which contains the material being treated allows the maximum benefit to be obtained from the heat generated by all of all the substances. - volatile stanzas which are oxidized and give an efficient process
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treatment of materials with minimum fuel consumption *
Variables such as air intake, gas exhaust, bed depth and speed of rotation can be adjusted so as to heat coal, for example in a thin bed which may have thickness of
50 mm, at sufficiently high temperature rise rates for the coal to swell and bubble,
due to the extremely rapid rate of heating, the result being that the coal becomes fluid long before its volatile substance has been released and while it is in a blown, swollen and porous state. The high temperature to which the coal is subjected while in this state causes the coal to solidify in the porous state. a spongy coke is therefore produced at an extremely high coking rate. The spongy coke & a ture comprising cells with Bine walls and a high porosity.
Its air volume content is high enough so that it is not necessary to carry out any sudden cooling and this coke can be deha.ger from the furnace to a temperature of the order of 1100 * 0 and take it immediately in bare hand.
This extremely rare quality makes this spongy coke a source of sintered fuel to be considered for the iron and steel industry and other sintering applications, as it can be crushed to very small dimensions with very low strain, with little dust or material passing through a 0.147 mm sieve and can be prepared as a substantially moisture-free product
When the furnace has been put into continuous operation, and coal or other material enters the. coking chamber, the temperatures and the devolatilization speed are regulated as explained above in
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manipulating the valves 11,
12 and 17 'The adjustment is first made in the first zone which follows the partition 20 and, when the treatment continues and the material continues to travel along the devolatilization chamber, the orifices of the devolatilization are adjusted. exhaust and doors so as to produce the desired temperatures and thermal effects at various stages, seeking to produce a certain end product. the conditions will obviously vary depending on the characteristics of the material being processed and also depending on the characteristics desired for the material to be produced.
Consequently, the process according to the invention makes it possible to produce coke having a variable specific weight, a variable content of volatile product and a variable stability factor, starting from the same material loaded into the furnace. As the material being processed nears the end of its path in the annular chamber, it is followed by a continuous bed of material which extends rearwardly to the partition 20 * for resistance at the top. pushing force of this continuous bed of material on the rotary hearth provides the force required to push the residue along the slope of the discharge scraper 21, located below the discharge wall 22,
partition which is similar in construction and function to that of partition 20 The treated material or residue is removed from the discharge scraper by a conveyor shown schematically at 23 and which may be of any suitable construction.
Of course, the invention is not limited to the embodiment shown and described, which has been given only by way of example.