FR3136757A1 - Procédé de production industrielle d’anhydrite artificielle - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de production industrielle d’anhydrite artificielle utilisant un four à micro-ondes (2) muni :- d’un corps de chauffe (4), - d’au moins un générateur de micro-ondes (24a, 24b) et d’au moins un guide d’ondes (22) s’étendant suivant une direction longitudinale à l’intérieur du corps de chauffe (4), le procédé comportant les étapes suivantes :a) on introduit du sulfate de calcium hydraté à l’intérieur du corps de chauffe (4),b) on expose le sulfate de calcium hydraté introduit dans le corps de chauffe (4) aux micro-ondes émises par ledit au moins un générateur de micro-ondes (24a, 24b) et acheminées dans le corps de chauffe (4) par ledit au moins un guide d’ondes (22), de manière à déshydrater au moins une partie du sulfate de calcium hydraté introduit et produire une anhydrite artificielle, c) on extrait du corps de chauffe (4) l’anhydrite artificielle produite. Figure pour l’abrégé : Fig. 2
Description
La présente invention concerne de manière générale le domaine de la production d’anhydrite artificielle.
Elle concerne plus particulièrement un procédé de production industrielle d’anhydrite artificielle utilisant un dispositif de traitement thermique à micro-ondes.
L'anhydrite est un composé chimique de sulfate de calcium anhydre dont les caractéristiques cristallochimiques peuvent varier en fonction de la plage de température à laquelle il a été produit. Ainsi, on distingue habituellement pour l’anhydrite quatre principales phases cristallographiques : l’anhydrite I, l’anhydrite II ou β, l'anhydrite III ou α et l’anhydrite sous sa forme naturelle.
L’anhydrite artificielle est obtenue par chauffage de sulfate de calcium hydraté, par exemple du gypse naturel, en vue de sa déshydratation. Le gypse naturel est une espèce minérale composée de sulfate dihydraté de calcium, de formule chimique CaSO42 H2O. Ce chauffage est aussi appelé « calcination ».
L’anhydrite I est obtenue par calcination au-delà de 700°C. L’anhydrite II est obtenue par calcination du gypse entre 350 °C et 700 °C, idéalement 500 °C, suivie d’une trempe thermique pour stabiliser cette phase métastable. L’anhydrite III est obtenue par calcination du gypse entre 200 °C et 350 °C, idéalement 250 °C, suivie d’une trempe thermique pour stabiliser cette phase métastable.
On désignera dans la suite l’ensemble de ces trois formes, anhydrite I, II et III sous l’appellation « anhydrite artificielle ». La montre le diagramme de phases correspondant de l’anhydrite.
Les différentes formes d’anhydrites regroupées au sein de l’appellation « anhydrite artificielle » se distinguent entre elles par leur structure cristalline et par leur différence de solubilité dans l’eau.
La solubilité de l’anhydrite III est par exemple près de trois fois supérieure à celle de l’anhydrite II à température ambiante.
Les anhydrites artificielles sont potentiellement employées dans un champ d’applications variées, comme la production de liants hydrauliques, de plâtres, de mortiers, de chapes fluides etc…
Les procédés actuellement utilisés pour la production d’anhydrite artificielle utilisent l’un des dispositifs de chauffage suivant : un four rotatif utilisant un combustible fossile (gaz ou fuel) avec un temps de calcination de 1 ou 2 heures et un calcinateur flash utilisant un combustible fossile (gaz ou fuel) avec un temps de calcination de quelques secondes.
Ces dispositifs utilisant des énergies fossiles, les procédés de production associés sont à l’origine d’émissions de gaz de combustion dans l’atmosphère, comprenant du dioxyde de carbone CO2 et d’autres polluants atmosphériques. Sur les procédés à calcination longue, les émissions de CO2 par tonne de gypse calcinée sont estimées entre 100 et 250 kg d’équivalent CO2 en fonction des températures et des temps de chauffage. Sur le procédé de calcination courte avec un calcinateur flash, les émissions de CO2 par tonne de gypse calcinée sont de l’ordre de 50 à 150 kg d’équivalent CO2 selon les températures de chauffage utilisées.
Afin de limiter les rejets dans l’atmosphère de gaz de combustion liés à l’utilisation d’énergie fossile, la présente invention propose un procédé de production industrielle d’anhydrite artificielle utilisant un four à micro-ondes muni d’un corps de chauffe, d’au moins un générateur de micro-ondes et d’au moins un guide d’ondes s’étendant suivant une direction longitudinale à l’intérieur du corps de chauffe, ledit procédé comportant les étapes suivantes :
a) on introduit du sulfate de calcium hydraté à l’intérieur du corps de chauffe,
b) on expose le sulfate de calcium hydraté introduit dans le corps de chauffe aux micro-ondes émises par ledit au moins un générateur de micro-ondes et acheminées dans le corps de chauffe par ledit au moins un guide d’ondes, de manière à déshydrater au moins une partie du sulfate de calcium hydraté introduit et produire une anhydrite artificielle,
c) on extrait du corps de chauffe l’anhydrite artificielle produite.
a) on introduit du sulfate de calcium hydraté à l’intérieur du corps de chauffe,
b) on expose le sulfate de calcium hydraté introduit dans le corps de chauffe aux micro-ondes émises par ledit au moins un générateur de micro-ondes et acheminées dans le corps de chauffe par ledit au moins un guide d’ondes, de manière à déshydrater au moins une partie du sulfate de calcium hydraté introduit et produire une anhydrite artificielle,
c) on extrait du corps de chauffe l’anhydrite artificielle produite.
Ainsi, grâce au procédé l’invention, le sulfate de calcium hydraté est calciné au moins partiellement par un four à micro-ondes alimenté électriquement. Les rejets de gaz de combustion sont réduits par rapport à un procédé classique.
Pour déshydrater le sulfate de calcium introduit, on le porte à une température adaptée, pendant une durée suffisante à la réalisation de cette déshydratation. La température adaptée pour déshydrater au moins une partie du sulfate de calcium introduit est par exemple comprise entre 150 et 800 degrés Celsius. La durée suffisante de chauffage pour déshydrater ladite au moins une partie du sulfate de calcium hydraté introduit dépend de la température utilisée, et de la composition et de la forme du matériau contenant le sulfate de calcium utilisé. Cette durée suffisante est typiquement comprise entre 5 minutes et 240 minutes.La déshydratation est aussi appelée ici « calcination ».
Le procédé selon l’invention présente en outre l’avantage de concentrer les micro-ondes sur un lit de matériaux en mouvement pour homogénéiser le chauffage. La température de chauffage du sulfate de calcium hydraté est particulièrement bien maitrisée, ce qui assure des propriétés satisfaisantes et uniformes pour l’anhydrite artificielle produite par ce procédé.
Avantageusement, la méthode selon l’invention permet de réaliser la production d’anhydrite artificielle en continu.
En pratique, la production est dite « continue » car il est possible de réaliser l’étape c) d’extraction de l’anhydrite artificielle produite sur une plage de temps de durée supérieure à 4 heures, sans interruption supérieure à 1 minute. En d’autres termes, le débit d’anhydrite artificielle extraite du four à micro-ondes ne présente pas d’interruption de plus d’une minute pendant une durée d’extraction d’au moins 4 heures.
D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du procédé conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- le corps de chauffe du four à micro-ondes s’étendant selon un axe longitudinal entre deux extrémités longitudinales opposées, le sulfate de calcium est introduit, à l’étape a), à une première des deux extrémités longitudinales du corps de chauffe, à l’étape b) on fait avancer le sulfate de calcium hydraté et/ou l’anhydrite artificielle contenus dans le corps de chauffe selon une direction parallèle à l’axe longitudinal du corps de chauffe, de la première extrémité longitudinale vers une deuxième extrémité longitudinale, et l’anhydrite artificielle est extraite, à l’étape c), à la deuxième extrémité longitudinale du corps de chauffe ;
- la production de l’anhydrite artificielle est réalisée en continu;
- ledit guide d’ondes comprend un guide d’ondes à fentes monté à l’intérieur du corps de chauffe s’étendant selon une direction longitudinale parallèle à l’axe longitudinal du corps de chauffe et raccordé à l’une de ses extrémités audit générateur de micro-ondes ; à l’étape a), le sulfate de calcium hydraté est introduit dans le corps de chauffe par un système d’alimentation débouchant dans le corps de chauffe à la première desdites deux extrémités longitudinales de celui-ci ; à l’étape c), on extrait l’anhydrite artificielle par un système d’évacuation s’ouvrant dans le corps de chauffe à la deuxième extrémité longitudinale de celui-ci, et au cours de l’étape b), on met en rotation ledit corps de chauffe autour de son axe longitudinal, on incline l’axe longitudinal du corps de chauffe par rapport à l’horizontale de façon à réguler la vitesse d’avance du sulfate de calcium hydraté dans le corps de chauffe ;
- on piège les micro-ondes à l’intérieur du four grâce à deux capots fixes, chaque capot étant monté sur l’une des extrémités longitudinales du corps de chauffe avec interposition de joints annulaires de piégeage d’ondes ;
- à l’étape b), on évacue les gaz libérés lors du chauffage du sulfate de calcium hydraté par un dispositif d’évacuation assurant une mise en dépression du corps de chauffe du four et/ou on injecte des gaz à l’intérieur du corps de chauffe ;
- le four comportant deux générateurs de micro-ondes et deux guides d’ondes correspondant et le corps de chauffe du four comportant une première partie dans laquelle s’étend un premier desdits deux guides d’ondes associé à un premier desdits deux générateurs de micro-ondes et une deuxième partie dans laquelle s’étend le deuxième guide d’ondes associé au deuxième générateur de micro-ondes ; à l’étape b), le sulfate de calcium hydraté traverse successivement la première partie puis la deuxième partie du corps de chauffe, lesdites première et deuxième parties du corps de chauffe présentant des profils de température différents ;
- le premier générateur de micro-ondes et le premier guide d’ondes étant configurés de manière à produire une augmentation progressive de la température le long de la première partie du corps de chauffe et le deuxième générateur de micro-ondes et le deuxième guide d’ondes étant configurés de manière à maintenir une température cible constante le long de la deuxième partie du corps de chauffe, à l’étape b) le sulfate de calcium hydraté est soumis à l’augmentation progressive de la température le long de la première partie du corps de chauffe puis est maintenu à la température cible le long de la deuxième partie du corps de chauffe ;
- à l’étape a), le sulfate de calcium hydraté introduit dans le corps de chauffe comprend au moins l’un des composants suivants : du gypse naturel, des sulfates de calcium d’origine industrielle, du phosphogypse, du désulfogypse, du fluorogypse, du borogypse ou un mélange de ces composants ;
- à l’étape b) on chauffe le sulfate de calcium hydraté à une température comprise entre 150 et 800 degrés Celsius pour réaliser une déshydratation d’au moins une partie de ce sulfate de calcium hydraté ;
- on sèche le sulfate de calcium hydraté à l’aide d’un dispositif de séchage avant son introduction dans le corps de chauffe ;
- on broie le sulfate de calcium hydraté avant son introduction dans le corps de chauffe ;
- après broyage, on filtre le sulfate de calcium hydraté et/ou on le stocke avant son introduction dans le corps de chauffe ;
- avant son introduction dans le corps de chauffe, le sulfate de calcium hydraté est préchauffé dans un dispositif de préchauffage ;
- avant son préchauffage, on sèche le sulfate de calcium hydraté à l’aide d’un dispositif de séchage, et selon lequel les gaz chauffés dans le dispositif de préchauffage et/ou les gaz libérés lors de la calcination du sulfate de calcium hydraté dans le four sont recirculés vers le dispositif de séchage ;
- les gaz libérés lors du chauffage pour la calcination du sulfate de calcium hydraté dans le four sont recirculés vers le dispositif de préchauffage ;
- après l’étape c), l’anhydrite artificielle est calcinée à nouveau à l’aide d’un calcinateur flash à énergie fossile ;
- après l’étape c), l’anhydrite artificielle est acheminée à travers un système de refroidissement pour être refroidie ;
- avant son introduction dans le corps de chauffe, le sulfate de calcium hydraté est préchauffé dans un dispositif de préchauffage et selon lequel la chaleur de l’anhydrite artificielle récupérée par le système de refroidissement est réutilisée par le dispositif de préchauffage ;
- on broie l’anhydrite artificielle après son extraction hors du corps de chauffe ;
- l’anhydrite artificielle broyée est filtrée et/ou stockée ;
- avant l’étape a), le sulfate de calcium hydraté est préchauffé par acheminement à travers un dispositif de traitement thermique à énergie fossile ;
- avant son préchauffage, on sèche le sulfate de calcium hydraté à l’aide d’un dispositif de séchage, et selon lequel les gaz chauffés dans le dispositif de traitement thermique à énergie fossile et/ou dans le four sont recirculés vers le dispositif de séchage ;
- le corps de chauffe étant muni intérieurement de pales de brassage qui s’étendent de manière inclinée par rapport à l’axe longitudinal du corps de chauffe et sont solidaires en rotation avec celui-ci, et à l’étape b), on met en rotation les pales de brassage avec le corps de chauffe tout en inclinant l’axe longitudinal de celui-ci pour faire avancer le sulfate de calcium hydraté et/ou l’anhydrite artificielle contenus dans le corps de chauffe ;
- on calcine le sulfate de calcium hydraté sans produire de dioxyde de carbone.
- le corps de chauffe du four à micro-ondes s’étendant selon un axe longitudinal entre deux extrémités longitudinales opposées, le sulfate de calcium est introduit, à l’étape a), à une première des deux extrémités longitudinales du corps de chauffe, à l’étape b) on fait avancer le sulfate de calcium hydraté et/ou l’anhydrite artificielle contenus dans le corps de chauffe selon une direction parallèle à l’axe longitudinal du corps de chauffe, de la première extrémité longitudinale vers une deuxième extrémité longitudinale, et l’anhydrite artificielle est extraite, à l’étape c), à la deuxième extrémité longitudinale du corps de chauffe ;
- la production de l’anhydrite artificielle est réalisée en continu;
- ledit guide d’ondes comprend un guide d’ondes à fentes monté à l’intérieur du corps de chauffe s’étendant selon une direction longitudinale parallèle à l’axe longitudinal du corps de chauffe et raccordé à l’une de ses extrémités audit générateur de micro-ondes ; à l’étape a), le sulfate de calcium hydraté est introduit dans le corps de chauffe par un système d’alimentation débouchant dans le corps de chauffe à la première desdites deux extrémités longitudinales de celui-ci ; à l’étape c), on extrait l’anhydrite artificielle par un système d’évacuation s’ouvrant dans le corps de chauffe à la deuxième extrémité longitudinale de celui-ci, et au cours de l’étape b), on met en rotation ledit corps de chauffe autour de son axe longitudinal, on incline l’axe longitudinal du corps de chauffe par rapport à l’horizontale de façon à réguler la vitesse d’avance du sulfate de calcium hydraté dans le corps de chauffe ;
- on piège les micro-ondes à l’intérieur du four grâce à deux capots fixes, chaque capot étant monté sur l’une des extrémités longitudinales du corps de chauffe avec interposition de joints annulaires de piégeage d’ondes ;
- à l’étape b), on évacue les gaz libérés lors du chauffage du sulfate de calcium hydraté par un dispositif d’évacuation assurant une mise en dépression du corps de chauffe du four et/ou on injecte des gaz à l’intérieur du corps de chauffe ;
- le four comportant deux générateurs de micro-ondes et deux guides d’ondes correspondant et le corps de chauffe du four comportant une première partie dans laquelle s’étend un premier desdits deux guides d’ondes associé à un premier desdits deux générateurs de micro-ondes et une deuxième partie dans laquelle s’étend le deuxième guide d’ondes associé au deuxième générateur de micro-ondes ; à l’étape b), le sulfate de calcium hydraté traverse successivement la première partie puis la deuxième partie du corps de chauffe, lesdites première et deuxième parties du corps de chauffe présentant des profils de température différents ;
- le premier générateur de micro-ondes et le premier guide d’ondes étant configurés de manière à produire une augmentation progressive de la température le long de la première partie du corps de chauffe et le deuxième générateur de micro-ondes et le deuxième guide d’ondes étant configurés de manière à maintenir une température cible constante le long de la deuxième partie du corps de chauffe, à l’étape b) le sulfate de calcium hydraté est soumis à l’augmentation progressive de la température le long de la première partie du corps de chauffe puis est maintenu à la température cible le long de la deuxième partie du corps de chauffe ;
- à l’étape a), le sulfate de calcium hydraté introduit dans le corps de chauffe comprend au moins l’un des composants suivants : du gypse naturel, des sulfates de calcium d’origine industrielle, du phosphogypse, du désulfogypse, du fluorogypse, du borogypse ou un mélange de ces composants ;
- à l’étape b) on chauffe le sulfate de calcium hydraté à une température comprise entre 150 et 800 degrés Celsius pour réaliser une déshydratation d’au moins une partie de ce sulfate de calcium hydraté ;
- on sèche le sulfate de calcium hydraté à l’aide d’un dispositif de séchage avant son introduction dans le corps de chauffe ;
- on broie le sulfate de calcium hydraté avant son introduction dans le corps de chauffe ;
- après broyage, on filtre le sulfate de calcium hydraté et/ou on le stocke avant son introduction dans le corps de chauffe ;
- avant son introduction dans le corps de chauffe, le sulfate de calcium hydraté est préchauffé dans un dispositif de préchauffage ;
- avant son préchauffage, on sèche le sulfate de calcium hydraté à l’aide d’un dispositif de séchage, et selon lequel les gaz chauffés dans le dispositif de préchauffage et/ou les gaz libérés lors de la calcination du sulfate de calcium hydraté dans le four sont recirculés vers le dispositif de séchage ;
- les gaz libérés lors du chauffage pour la calcination du sulfate de calcium hydraté dans le four sont recirculés vers le dispositif de préchauffage ;
- après l’étape c), l’anhydrite artificielle est calcinée à nouveau à l’aide d’un calcinateur flash à énergie fossile ;
- après l’étape c), l’anhydrite artificielle est acheminée à travers un système de refroidissement pour être refroidie ;
- avant son introduction dans le corps de chauffe, le sulfate de calcium hydraté est préchauffé dans un dispositif de préchauffage et selon lequel la chaleur de l’anhydrite artificielle récupérée par le système de refroidissement est réutilisée par le dispositif de préchauffage ;
- on broie l’anhydrite artificielle après son extraction hors du corps de chauffe ;
- l’anhydrite artificielle broyée est filtrée et/ou stockée ;
- avant l’étape a), le sulfate de calcium hydraté est préchauffé par acheminement à travers un dispositif de traitement thermique à énergie fossile ;
- avant son préchauffage, on sèche le sulfate de calcium hydraté à l’aide d’un dispositif de séchage, et selon lequel les gaz chauffés dans le dispositif de traitement thermique à énergie fossile et/ou dans le four sont recirculés vers le dispositif de séchage ;
- le corps de chauffe étant muni intérieurement de pales de brassage qui s’étendent de manière inclinée par rapport à l’axe longitudinal du corps de chauffe et sont solidaires en rotation avec celui-ci, et à l’étape b), on met en rotation les pales de brassage avec le corps de chauffe tout en inclinant l’axe longitudinal de celui-ci pour faire avancer le sulfate de calcium hydraté et/ou l’anhydrite artificielle contenus dans le corps de chauffe ;
- on calcine le sulfate de calcium hydraté sans produire de dioxyde de carbone.
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.
Sur les dessins annexés :
Dans la description qui va suivre, par convention, le termes « amont » et « aval » seront utilisés par référence au sens du cheminement des matériaux introduits dans le four à micro-ondes, et plus généralement en référence au sens du cheminement des matériaux puis des produits dans l’ensemble industriel utilisé pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention.
En préliminaire, on notera que, d’une figure à l’autre, les éléments identiques ou similaires des différents exemples de mise en œuvre de l’invention seront référencés par les mêmes signes de référence et ne seront pas décrits à chaque fois.
L’invention concerne un procédé de production industrielle d’anhydrite artificielle à partir de sulfate de calcium hydraté. Le tableau suivant résume les principales propriétés des composés de cette famille. On souhaite favoriser la production d’anhydrite artificielle soluble, c’est-à-dire d’anhydrite (II) ou (III).
Sur les figures 2 à 5, on a représenté quatre modes de réalisation d'un ensemble industriel 300 ; 400 ; 500 ; 600 adapté à mettre en œuvre le procédé selon l’invention.
Chacun de ces ensembles industriels 300 ; 400 ; 500 ; 600 comprend de manière remarquable un four à micro-ondes 2 utilisé selon le procédé de l’invention pour produire l’anhydrite artificielle.
Ce four à micro-ondes 2 est muni d’un corps de chauffe 4 s’étendant selon un axe longitudinal X-X entre deux extrémités longitudinales opposées, d’au moins un générateur de micro-ondes 24a,24b et d’au moins un guide d’ondes 22 s’étendant à l’intérieur du corps de chauffe 4 (voir figures 2 et 9). Ce corps de chauffe 4 est ici cylindrique et rotatif.
Selon le procédé de l’invention, on effectue les étapes suivantes :
a) on introduit du sulfate de calcium hydraté à l’intérieur du corps de chauffe,
b) on expose le sulfate de calcium hydraté introduit dans le corps de chauffe aux micro-ondes émises par le générateur de micro-ondes et acheminées dans le corps de chauffe par le guide d’ondes, de manière à déshydrater au moins une partie du sulfate de calcium hydraté introduit et produire une anhydrite artificielle,
c) on extrait du corps de chauffe l’anhydrite artificielle produite.
a) on introduit du sulfate de calcium hydraté à l’intérieur du corps de chauffe,
b) on expose le sulfate de calcium hydraté introduit dans le corps de chauffe aux micro-ondes émises par le générateur de micro-ondes et acheminées dans le corps de chauffe par le guide d’ondes, de manière à déshydrater au moins une partie du sulfate de calcium hydraté introduit et produire une anhydrite artificielle,
c) on extrait du corps de chauffe l’anhydrite artificielle produite.
De manière générale, ledit guide d’ondes 22 est monté à l’intérieur du corps de chauffe 4. Il s’étend selon une direction longitudinale parallèle à l’axe longitudinal X-X du corps de chauffe 4 et est raccordé à l’une de ses deux extrémités F, F’ audit générateur de micro-ondes 24a, 24b (figures 1 à 5, 9 et 12). Le corps de chauffe 4 comprend une cavité interne qui accueille les matériaux introduits dans ce corps de chauffe. Un exemple de four à micro-ondes adapté à la mise en œuvre du procédé selon l’invention sera décrit plus en détails ultérieurement en référence aux figures 9 à 15.
Etape a)
A l’étape a), le sulfate de calcium hydraté introduit dans le corps de chauffe 4 du four 2 comprend un unique composant ou plusieurs composants. Ces composants présentent différentes compositions chimiques et/ou différentes structures cristallographiques.
En particulier, le sulfate de calcium hydraté peut contenir au moins l’un des composants suivants : du gypse naturel, des sulfates de calcium d’origine industrielle, du phosphogypse, du désulfogypse, du fluorogypse, du borogypse ou un mélange de ces composants.
En référence au tableau précédent, le sulfate de calcium hydraté introduit dans le corps de chauffe 4 peut contenir par exemple du sulfate de calcium dihydraté (Gypse) ou du sulfate de calcium semihydraté : α-hémihydraté ou β-hémihydraté.
Le matériau est introduit dans le corps de chauffe 4 du four 2 de préférence sous une forme divisée, par exemple sous la forme d’une poudre. Les particules du matériau présentent de préférence une taille inférieure à 80 microns.Cette forme divisée peut être naturelle ou obtenue par broyage ou micronisation.
En pratique, à l’étape a), on introduit le sulfate de calcium hydraté dans le four 2 grâce à un système d’alimentation 34 débouchant dans le corps de chauffe 4 à une première desdites deux extrémités longitudinales de celui-ci. Un exemple d’un tel système d’alimentation sera décrit ultérieurement.
En pratique, le sulfate de calcium est introduit, à l’étape a), à une première des deux extrémités longitudinales du corps de chauffe.
Etape b)
Le matériau introduit dans le corps de chauffe 4 du four 2 est chauffé par les micro-ondes. Ce chauffage permet différents traitements thermiques simultanés du matériau, notamment son séchage, sa montée en température et sa déshydratation.
Le séchage correspond ici à une déshydratation superficielle du matériau. La déshydratation du sulfate de calcium hydraté sous haute température est réalisée jusqu’au cœur du matériau, en volume, et sera également appelé « calcination » dans la suite.
On chauffe de préférence le sulfate de calcium hydraté à une température comprise entre 150 et 800 degrés Celsius pour réaliser la déshydratation par calcination de ce composé. En variante, on chauffe le sulfate de calcium hydraté à une température par exemple égale à 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750 ou 800 degrés Celsius. On chauffe de préférence le sulfate de calcium hydraté pendant un temps compris entre 5 minutes et 240 minutes, qui dépend du matériau et de la température utilisée.
Ces traitements thermiques peuvent occasionner la libération de gaz. La déshydratation du sulfate de calcium produit de la vapeur d’eau.
Pendant le chauffage du sulfate de calcium hydraté, on évacue les gaz libérés par un dispositif d’évacuation 42 des gaz (figures 2 à 5 et 9) assurant une mise en dépression du corps de chauffe 4 du four 2.
Le sulfate de calcium hydraté est ainsi traité thermiquement dans le four 2 sous une atmosphère «fermée».
On peut également prévoir d’injecter des gaz à l’intérieur du corps de chauffe 4. Cette injection peut par exemple être réalisée au droit du guide d’ondes afin d’éviter l’entrée de poussière dans ce dernier.
Etape c)
A l’étape c), l’anhydrite artificielle produite par la calcination du sulfate de calcium hydraté à l’étape b) est sortie hors du corps de chauffe 4 du four 2.
En pratique, l’anhydrite artificielle est sortie du four 2 par un système d’évacuation 36 s’ouvrant dans le corps de chauffe 4 à une deuxième extrémité longitudinale de celui-ci opposée à la première extrémité longitudinale. Ainsi, l’anhydrite artificielle est extraite, à l’étape c), à la deuxième extrémité longitudinale du corps de chauffe. Un exemple d’un système d’évacuation sera décrit ultérieurement.
Les avantages du procédé selon l’invention sont nombreux. Il permet notamment une concentration des micro-ondes sur un lit de matériaux en mouvement ce qui permet d’homogénéiser la calcination. Il permet également une maîtrise satisfaisante de la température du sulfate de calcium hydraté dans le four, donc de la température de calcination. Enfin, les rejets de gaz de combustion et des polluants associés sont réduits, voire supprimés.
On notera en outre que l’une des particularités du chauffage par micro-ondes est que celui-ci chauffe le cœur du matériau, sans chauffer directement le corps de chauffe. Celui-ci est chauffé indirectement par l’élévation de la température du matériau. En conséquence, la température du corps de chauffe est inférieure à celle observé dans les dispositifs de traitement thermique à énergie fossile classique. La durée de vie du four est ainsi allongée.
De manière générale, l’énergie fossile utilisée est issue de la combustion de combustible fossile, tel que gaz, fuel, charbon ou coke.
De manière avantageuse, selon l’invention, le procédé de production de l’anhydrite artificielle est effectué en continu.
Cela signifie que le sulfate de calcium hydraté n’est pas chauffé dans le four à micro-ondes par lot séparés successifs. En d’autres termes, une première quantité de sulfate de calcium n’est pas introduite, chauffée et calcinée dans le four à micro-ondes pour produire l’anhydrite artificielle, puis entièrement extraite du four avant l’introduction d’une deuxième quantité de sulfate de calcium hydraté, comme cela serait le cas dans un procédé discontinu. Après un régime transitoire correspondant à l’initiation du procédé, le sulfate de calcium est introduit dans le four à micro-ondes, calciné et extrait du four en continu.
En pratique, la production est dite « continue » car il est possible de réaliser l’étape c) d’extraction de l’anhydrite artificielle produite sur une plage de temps de durée supérieure à 4 heures, sans interruption supérieure à 1 minute. En d’autres termes, le débit d’anhydrite artificielle extraite du four à micro-ondes ne présente pas d’interruption de plus d’une minute pendant une durée d’extraction d’au moins 4 heures. Des interruptions de 5, 10, 20, 30, 40 ou 50 secondes sont possibles.
De préférence, lors de la mise en œuvre d’une telle méthode en continu, les étapes a), b) et c) peuvent être réalisées de manière simultanée. Cela est par exemple le cas lorsque le système d’alimentation du four à micro-ondes 2 utilisé comprend une vanne de type vanne écluse métallique permettant de réguler le débit de sulfate de calcium hydraté introduite dans le four, comme cela est décrit ultérieurement. L’alimentation du four en sulfate de calcium hydraté et l’extraction d’anhydrite artificielle du four peuvent être alors réalisées en continu, sans interruption, sur ladite plage de temps.
En variante, on réalise les étapes a) et/ou c) à intervalles de temps. Cela est par exemple le cas lorsque le système d’alimentation du four à micro-ondes comporte un sas d’entrée pouvant être réalisé par deux vannes guillotines consécutives. L’alimentation est alors réalisée par saccade. De manière similaire, l’extraction de l’anhydrite artificielle peut être réalisée par saccade.
On peut également envisager en variante que seule l’alimentation ou seule l’extraction soit réalisée par saccade.
Afin d’assurer ce fonctionnement en continu, à l’étape b), on fait avancer le sulfate de calcium hydraté et/ou l’anhydrite artificielle contenus dans le corps de chauffe selon une direction parallèle à l’axe longitudinal X-X du corps de chauffe 4, de la première extrémité longitudinale vers la deuxième extrémité longitudinale. Cette avance des matériaux contenus dans le corps de chauffe autorise la mise en œuvre continue de la méthode selon l’invention.
De préférence, on fait avancer ces matériaux sans arrêt pendant toute la durée de mise en œuvre de la méthode. Le four présente à cet effet des moyens d’amenée autorisant le transport du sulfate de calcium hydraté et de l’anhydrite artificielle de la première vers la deuxième extrémité longitudinale du corps de chauffe du four à micro-ondes.
Ici par exemple, le corps de chauffe 4 est mis en rotation autour de son axe longitudinal incliné afin de faire avancer le matériau contenu dans le four depuis l’extrémité longitudinale du corps de chauffe à laquelle le système d’alimentation introduit le sulfate de calcium hydraté vers l’extrémité longitudinale du corps de chauffe à laquelle le système d’évacuation extrait l’anhydrite artificielle. Les moyens d’amenée comprennent donc un dispositif de mise en rotation du corps de chauffe et un support incliné pour ce corps de chauffe.
L’agencement du four à micro-ondes 2, dont un exemple est détaillé plus loin, assure l’étanchéité à l’air ainsi que le piégeage des micro-ondes à l’intérieur du corps de chauffe.
Ces opérations sont réalisées de manière continue afin de maintenir l’ensemble des équipements de production à une température stable.
Le procédé selon l’invention peut également être réalisé de manière discontinue : un lot de sulfate de calcium hydraté est introduit dans un four. L’introduction de sulfate de calcium hydraté cesse et le sulfate de calcium hydraté introduit est chauffé, puis extrait hors du four lors d’une vidange avant l’introduction d’un autre lot de sulfate de calcium hydraté.
Les opérations de vidange du four conduisent à des arrêts de production pendant lesquels les températures baissent fortement. Cette discontinuité induit des surconsommations d’énergie. En outre, lors de la production d’anhydrite artificielle, la maîtrise des températures et des temps de calcination est indispensable pour maîtriser la forme cristalline d’anhydrite artificielle majoritairement produite et éviter les incuits et les surcuits. Un chauffage continu présente donc un double avantage : d’une part une amélioration de la qualité de l’anhydrite artificielle produite par l’uniformisation de ses caractéristiques, et d’autre part la réduction de la consommation d’énergie du procédé. Un procédé discontinu peut néanmoins être envisagé et mis en œuvre grâce aux ensembles industriels décrits.
De manière particulièrement avantageuse, dans le four à micro-ondes 2 utilisé pour la mise en œuvre de ce procédé, ledit guide d’ondes 22 comprend un guide d’onde à fentes monté à l’intérieur du corps de chauffe 4 entre les deux extrémités longitudinales de celui-ci et raccordé à l’une de ces extrémités longitudinales audit générateur de micro-ondes 24a. Le guide d’ondes s’étend de préférence d’une extrémité longitudinale du corps de chauffe à l’autre. On achemine donc les micro-ondes d’une extrémité longitudinale du corps de chauffe à l’autre. Chaque générateur de micro-ondes 24a, 24b est disposé à l’extérieur du corps de chauffe 4, à l’une des extrémités longitudinales du corps de chauffe.
Chaque guide d’ondes est de préférence raccordé à un générateur de micro-ondes. Cependant, on peut envisager de raccorder chaque guide d’ondes à plusieurs générateurs de micro-ondes afin d’augmenter la puissance délivrée. En outre, au cours des étapes a), b) et c), on met en rotation ledit corps de chauffe 4 autour de son axe longitudinal X-X et on incline l’axe longitudinal X-X du corps de chauffe 4 par rapport à l’horizontale de façon à réguler la vitesse d’avance du sulfate de calcium hydraté puis de l’anhydrite artificielle dans le corps de chauffe 4 (voir figures 2 à 5). Cela permet de faire avancer le sulfate de calcium hydraté introduit et l’anhydrite artificielle produite à travers le four à micro-ondes 2.
Comme mentionné dans l’exemple détaillé plus loin, le corps de chauffe peut également être muni de pales de brassage (non représentées). Les pales de brassage s’étendent à l’intérieur du corps de chauffe. Elles s’étendent parallèlement à l’axe longitudinal ou de manière inclinée par rapport à l’axe longitudinal du corps de chauffe. Elles sont solidaires en rotation avec celui-ci, et, à l’étape b), on met en rotation les pales de brassage avec le corps de chauffe tout en inclinant l’axe longitudinal de celui-ci. On brasse alors le matériau contenu dans le corps de chauffe lors de la rotation du corps de chauffe. Cela permet d’homogénéiser le mélange de matériaux présent dans le corps de chauffe et de contribuer, éventuellement, à contrôler l’avance de ce mélange de matériaux dans le corps de chauffe.
De plus, on piège les micro-ondes à l’intérieur du four 2 grâce à deux capots 14 fixes, chaque capot étant monté sur l’une des extrémités longitudinales du corps de chauffe 4 avec interposition de joints annulaires 16 de piégeage d’ondes (figures 9 et 11).
Un exemple détaillé de four décrivant les moyens de mise en œuvre de ces caractéristiques du procédé selon l’invention est décrit plus loin (en référence aux figures 9 à 15).
Selon un mode de réalisation particulier du procédé, qui sera décrit plus en détail ultérieurement, le four comporte deux générateurs de micro-ondes 24a, 24b et deux guides d’ondes 22 correspondants et le corps de chauffe 4 du four 2 comporte une première partie dans laquelle s’étend un premier desdits deux guides d’ondes associé à un premier 24a desdits deux générateurs de micro-ondes et une deuxième partie dans laquelle s’étend le deuxième guide d’ondes associé au deuxième générateur de micro-ondes 24b ( ).
Les deux guides d’ondes peuvent comprendre deux guides d’ondes indépendants reliés chacun à l’un des deux générateurs de micro-ondes ou deux tronçons 22a, 22b de guide d’ondes 22 reliés l’un à l’autre, chaque tronçon 22a, 22b étant raccordé à une extrémité à l’un des deux générateurs de micro-ondes 24a, 24b. Les deux tronçons 22a, 22b s’étendent alors selon le même axe parallèle à l’axe longitudinal X-X du corps de chauffe, comme cela est le cas sur la . Dans ce cas, l’un des deux générateurs de micro-ondes 24a, 24b est disposé à une première des deux extrémités longitudinales du corps de chauffe 4 et l’autre générateur de micro-ondes est disposé à la deuxième extrémité longitudinale du corps de chauffe.
En variante, on peut prévoir deux guides d’ondes distincts s’étendant côte à côte, par exemple selon deux directions parallèles à l’axe longitudinal du corps de chauffe.
Bien entendu, on peut envisager un nombre supérieur à deux de guides d’ondes s’étendant dans le corps de chauffe, chaque guide d’ondes étant relié à un générateur de micro-ondes distinct ou au même générateur de micro-ondes.
Alors, à l’étape b), le sulfate de calcium hydraté traverse successivement la première partie puis la deuxième partie du corps de chauffe, lesdites première et deuxième parties du corps de chauffe présentant des profils de températures différents.
De manière particulièrement avantageuse, on peut prévoir que le premier générateur de micro-ondes et le premier guide d’ondes étant configurés de manière à produire une augmentation progressive de la température le long de la première partie du corps de chauffe et le deuxième générateur de micro-ondes et le deuxième guide d’ondes étant configurés de manière à maintenir une température cible constante le long de la deuxième partie du corps de chauffe, à l’étape b), le sulfate de calcium hydraté est soumis à l’augmentation progressive de la température le long de la première partie du corps de chauffe puis est maintenue à la température cible le long de la deuxième partie du corps de chauffe. Ladite première partie constitue une zone amont de montée en température, tandis que la deuxième partie constitue une zone aval de maintien à une température cible.
L'augmentation progressive peut amener le sulfate de calcium jusqu’à ladite température cible.
D’autres profils de températures peuvent évidemment être envisagés, avec deux ou plus de deux guides d’ondes définissant deux ou plus de deux parties du corps de chauffe ayant des profils de températures différents.
En outre, on peut envisager d’utiliser deux ou plus de deux fours à micro-ondes disposés en série pour calciner le sulfate de calcium hydraté. Par exemple, un premier four peut être utilisé pour chauffer le sulfate de calcium hydraté avec un premier profil de température, par exemple une montée en température, et le deuxième four peut être utilisé pour chauffer le sulfate de calcium hydraté et/ou l’anhydrite artificielle avec un deuxième profil de température, par exemple un maintien d’une température de calcination. Le deuxième four est alimenté par le sulfate de calcium hydraté chauffé et/ ou l’anhydrite artificielle produite dans le premier four et extraits de celui-ci.
En pratique, le procédé de production de l’anhydrite artificielle comporte d’autres étapes intervenant avant ou après le chauffage dans le four à micro-ondes 2.
De manière générale, le procédé selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des étapes additionnelles suivantes :
- on sèche le sulfate de calcium hydraté à l’aide d’un dispositif de séchage 120 avant son introduction dans le corps de chauffe 4 (figures 2 à 5) ;
- on broie le sulfate de calcium hydraté avant son introduction dans le corps de chauffe 4, par exemple à l’aide d’un broyeur 130 (figures 2 et 4) ;
- après broyage, on filtre le sulfate de calcium hydraté, par exemple à l’aide d’un sélecteur dynamique 140 et/ou d’un filtre à manches 150 et/ou on la stocke dans un dispositif de stockage 170 avant d’effectuer l’étape a) (figures 2 et 4) ;
- avant son introduction dans le corps de chauffe 4, le sulfate de calcium hydraté est préchauffé dans un dispositif de préchauffage 180 ; 185 (figures 2, 4 et 5), le dispositif de préchauffage pouvant comprendre un dispositif de traitement thermique à énergie fossile 185 ;
- après l’étape c), l’anhydrite artificielle produite est calcinée à nouveau à l’aide d’un calcinateur flash 230 à énergie fossile ( ) ;
- après l’étape c), l’anhydrite artificielle produite est acheminée à travers un système de refroidissement 210 pour être refroidie (figures 2 et 4) ;
- on broie l’anhydrite artificielle après son extraction hors du corps de chauffe 4, par exemple à l’aide d’un broyeur 240 (figures 3 et 5) ;
- on filtre l’anhydrite artificielle broyée, par exemple à travers un sélecteur dynamique 250 et/ou un filtre à manches 260 (figures 3 et 5) ;
- on stocke l’anhydrite artificielle broyée et filtrée, par exemple dans une trémie de stockage 220 (figures 2 à 5) ;
- on mesure la température du sulfate de calcium hydraté de l’anhydrite artificielle présentes à l’intérieur du four à micro-ondes 2, par exemple à l’aide d’un pyromètre infrarouge.
Le séchage du sulfate de calcium hydraté par le dispositif de séchage est un séchage de surface du sulfate de calcium hydraté, réalisé à des températures inférieures à celles utilisées lors du chauffage pour la déshydratation du sulfate de calcium hydraté en volume ou calcination.
De manière générale, on prévoit en outre que les gaz chauffés dans le dispositif de préchauffage lorsque celui-ci est utilisé et/ou les gaz libérés lors du chauffage du sulfate de calcium hydraté dans le four sont recirculés vers le dispositif de séchage 120.
On peut également prévoir, lorsque le sulfate de calcium hydraté est préchauffé, que les gaz libérés lors du chauffage du sulfate de calcium hydraté dans le four sont recirculés vers le dispositif de préchauffage 180 ; 185.
En outre, dans le cas où l’anhydrite artificielle est refroidie par passage à travers un système de refroidissement 210, la chaleur de l’anhydrite artificielle récupérée par le système de refroidissement 210 est réutilisée par le dispositif de préchauffage 180 ; 185. En pratique, les gaz chauffés par l’anhydrite artificielle dans le dispositif de refroidissement 210 sont recirculés vers le dispositif de préchauffage.
Dans la suite, différents modes de réalisation du procédé selon l’invention sont décrits en référence aux figures 2 à 5. Sur ces figures, les transferts de matériau avant et après calcination sont représentés par des flèches en traits pleins. Les transferts de gaz chauds sont représentés par des traits en pointillés. La flèche R indique un apport d’air frais.
Selon le premier mode de réalisation du procédé selon l’invention représenté sur la , le matériau alimentant l’ensemble industriel 300 et contenant le sulfate de calcium hydraté est introduit dans un dispositif de séchage 120 ou sécheur.
Le matériau est ensuite acheminé à travers le broyeur 130. Le matériau broyé passe à travers le sélecteur dynamique 140 permettant de sélectionner les particules de matériau présentant des caractéristiques granulométriques prédéterminées.
On sélectionne de préférence des particules de sulfate de calcium de taille inférieure à 80 microns.Les caractéristiques granulométriques du sulfate de calcium sont ici déterminées par exemple à l’aide d’une colonne de tamis ou d’un granulomètre laser.
Les particules de matériau sélectionnées dans le sélecteur dynamique 140 sont récupérées et l’air est filtré dans le filtre à manches 150. Celui-ci est reliée à une cheminée 160. L’ensemble est mis en dépression grâce à un ventilateur.
Les particules de matériau sont stockées dans un dispositif de stockage 170, par exemple dans une trémie.
Le matériau stocké dans le dispositif de stockage 170 est ensuite acheminé à travers une tour de préchauffage 180 qui chauffe progressivement le matériau jusqu’à une température comprise entre 50 et 400°C.
A la sortie de la tour de préchauffage, le matériau contenant le sulfate de calcium hydraté est introduit dans le four à micro-ondes 2. Il est introduit dans le corps de chauffe 4 à travers le système d’alimentation 34 et chauffé à une température de consigne comprise entre 200 et 650°C.
Le corps de chauffe 4 est mobile en rotation autour de son axe longitudinal X-X. Il tourne en continu pendant le chauffage du matériau. Il est supporté par une plateforme 12 réglable en inclinaison.
L’axe longitudinal X-X du corps de chauffe 4 étant incliné par rapport à l’horizontal de tel sorte que la première extrémité longitudinale par laquelle le matériau est introduit se trouve plus haute que la deuxième extrémité longitudinale du corps de chauffe 4 le long d’un axe vertical, le matériau est progressivement acheminé vers le système d’évacuation 36 situé à la deuxième extrémité longitudinale du corps de chauffe par l’effet de la gravité et de la rotation du corps de chauffe 4 autour de son axe longitudinal X-X.
Un exemple de four à micro-ondes 2 sera décrit plus en détails ultérieurement.
A la sortie du four 2, le matériau calciné qui comprend l’anhydrite artificielle est acheminé à travers une tour de refroidissement 210 de manière à abaisser progressivement la température du matériau calciné jusqu’à une température comprise entre 50 et 150 °C. Le matériau calciné refroidi est stocké dans un dispositif de stockage 220 tel qu’une trémie.
Comme cela est schématiquement représenté sur la , les gaz chauffés dans la tour de préchauffage 180 sont de préférence recirculés vers le dispositif de séchage 120 afin de réduire la consommation énergétique de ce dispositif de séchage. Ces gaz présentent ici une température comprise entre 100 et 250°C.
De manière similaire, les gaz chauffés dans le dispositif de refroidissement 210 et/ou les gaz chauffés dans le four à micro-ondes 2 et évacués par le dispositif d’évacuation des gaz 42 sont de préférence recirculés vers la tour de préchauffage 180 et/ou vers le dispositif de séchage 120 afin de réduire la consommation énergétique de ces éléments de l’ensemble industriel 300. Ces gaz ont ici une température comprise entre 150 et 500°C.
Selon le deuxième mode de réalisation du procédé selon l’invention représenté sur la , le matériau alimentant l’ensemble industriel 400 et contenant le sulfate de calcium hydraté est introduit dans le dispositif de séchage 120 ou sécheur. Celui-ci est reliée à une cheminée 160 autorisant la sortie des gaz libérés pendant le séchage du matériau. Le séchage chauffe le matériau jusqu’à une température comprise entre 50 et 100°C.
Selon ce mode de réalisation, le matériau n’est pas broyé avant son introduction dans le four 2.
Après séchage, le matériau est introduit dans le four à micro-ondes 2. Il est introduit dans le corps de chauffe 4 à travers le système d’alimentation 34 et calciné à une température de consigne comprise de préférence entre 200 et 650°C.
Comme décrit précédemment, le matériau est progressivement acheminé vers le système d’évacuation 36 situé à la deuxième extrémité longitudinale du corps de chauffe par l’effet de la gravité et de la rotation du corps de chauffe 4 autour de son axe longitudinal X-X.
A la sortie du four 2, le matériau calciné qui comprend l’anhydrite artificielle est acheminé à travers un broyeur 240. Le matériau broyé passe à travers un sélecteur dynamique 250 permettant de sélectionner les particules de matériau calciné présentant des caractéristiques granulométriques prédéterminées.
On sélectionne de préférence des particules d’anhydrite artificielle de tailles inférieures à 80 microns.
Les particules de matériau calciné sélectionnées dans le sélecteur dynamique 250 sont récupérées et les gaz chauds les accompagnant sont filtrés dans un filtre à manches 260. Les gaz chauds sont recirculés vers le dispositif de séchage 120. Ces gaz ont une température comprise entre 150 et 250 °C.
Les particules de matériau calciné sont stockées dans le dispositif de stockage 220, par exemple dans une trémie.
Comme cela est schématiquement représenté sur la , les gaz chauffés dans le four à micro-ondes 2 et évacués par le dispositif d’évacuation des gaz 42 sont de préférence recirculés vers le dispositif de séchage 120 afin de réduire sa consommation énergétique.
En fonction du débit souhaité d’anhydrite artificielle, les puissances électriques nécessaires peuvent être très importantes. Par conséquent, compte tenu des capacités disponibles localement sur les réseaux de distribution électrique, le four à micro-ondes 2 peut être associé à un dispositif de traitement thermique à énergie fossile, par exemple un four rotatif en continu utilisant un combustible fossile ou un calcinateur flash utilisant également un combustible fossile, pour pré-calciner ou terminer la calcination du sulfate de calcium hydraté. Dans ce cas, il s’agira d’un procédé hybride. Deux exemples de procédé hybrides sont représentés sur les figures 4 et 5 et décrits ci-dessous.
Le troisième mode de réalisation du procédé selon l’invention représenté sur la , est identique au mode de réalisation de la , à ceci près qu’à la sortie du four à micro-ondes 2, le matériau calciné dans le four à micro- ondes 2 est introduit dans un calcinateur flash 230 de l’ensemble industriel 500.
Le four à micro-ondes 2 calcine partiellement ici le matériau avant son introduction dans le calcinateur flash 230. La température de consigne du four à micro-ondes est ici par exemple fixée entre 150 et 400°C. Le calcinateur flash achève la calcination en portant le matériau entre 200 et 650°C.
Le quatrième mode de réalisation du procédé selon l’invention représenté sur la , est similaire en tout point au mode de réalisation de la , à ceci près que le matériau séché dans le dispositif de séchage 120 n’est pas introduit directement dans le four à micro-ondes mais dans un dispositif de préchauffage. Le dispositif de préchauffage est ici un dispositif de traitement thermique à énergie fossile 185 classique de l’ensemble industriel 600.
Le dispositif de traitement thermique à énergie fossile 185 chauffe le matériau avant son introduction dans le four. Il peut également réaliser une calcination partielle du sulfate de calcium hydraté. La température de consigne du dispositif de traitement thermique à énergie fossile 185 est ici par exemple fixée à une valeur comprise entre 150 et 400°C. Le four à micro-ondes 2 effectue ou finalise la calcination du matériau à une température de consigne comprise entre 200 et 650°C.
Des essais de faisabilité du procédé de calcination du sulfate de calcium hydraté utilisant un four à micro-ondes ont été réalisés sur un four à micro-ondes de laboratoire de type C400, d’une puissance de 6000 W et d’une fréquence de 2450 MHz. Ce four à micro-ondes comprend une cavité cylindrique rotative de diamètre 400 millimètre (mm) et de hauteur 400 mm. Cette cavité est entrainée en rotation grâce à un moteur à vitesse variable. La température des matériaux à l’intérieur du four est relevée par un pyromètre infrarouge.
Un tel four à micro-ondes est par exemple décrit dans le document EP2530059.
Un échantille de gypse G1 a été testé dans ce four à micro-ondes de laboratoire. Le gypse G1 est un gypse naturel de classe granulaire 0/10 mm avec 12% d’humidité.
La classe granulaire est indiquée selon le formalisme d/D ou d est le plus petit diamètre représentatif, D le plus grand diamètre représentatif des grains du matériau déterminés par analyse granulométrique. Cette analyse est réalisée ici à l’aide d’une colonne de tamis ou d’un granulomètre laser.
Les essais ont été réalisés selon le protocole expérimental résumé dans le tableau suivant :
| Essai/Graphe | Echantillon | Température | Durée calcination | Humidité |
| E1 MW / figure 6 | G1 | 250 °C | 2 min | 12% |
| E2 MW / figure 7 | G1 | 350 °C | 2 min | 12% |
| E3 MW / figure 8 | G1 | 500 °C | 2 min | 12% |
Ces essais de faisabilité ont été menés sans optimisation du procédé ou des résultats obtenus, en partant des caractéristiques du procédé par calcination flash, au temps de calcination près étant posé la nature différente de cette méthode de calcination.
Les graphes représentés sur les figures 6 à 8 montrent les courbes et paliers de montée en température mesurée en fonction du temps pour chacun des essais réalisés. Sur chacun des graphes, la puissance en watt (w) est mentionnée à titre indicatif. Les figures 6 à 8 présentent également les temps de refroidissement des différents échantillons après calcination.
Ces différentes courbes correspondent à différentes températures de calcination : 250, 350 et 500°C qui encadrent en théorie l’élaboration d’anhydrite III, anhydrite la plus soluble.
Ces courbes présentent des paliers semblables, notamment compris entre 140 et 150°C et qui correspondent à la transformation du gypse, c’est-à-dire le sulfate de calcium hydraté, en anhydrite artificielle, c’est-à-dire du, sulfate de calcium anhydre par perte d’eau de constitution. Cette perte d’eau a été observée pendant l’essai par un dégagement de vapeur d’eau.
Ces essais confirment donc que la calcination du gypse en anhydrite artificielle a été réalisée dans le four à micro-ondes.
Pour comparaison, une partie de ces différents essais a été comparée à des essais réalisés avec le même gypse naturel G1 calciné dans un calcinateur flash aux températures suivantes :
| Essai | Echantillon | Température | Durée calcination | Humidité |
| E1 F | G1 | 250 °C | 2 secondes | 12% |
| E2 F | G1 | 350 °C | 2 secondes | 12% |
L’analyse des anhydrites artificielles obtenues par calcination du gypse G1 vise à déterminer les quantités relatives des différents composés chimiques produits, par exemple le pourcentage d’anhydrite II, III, voire I, la présence de traces éventuelles de gypse non transformé, ainsi que leurs caractéristiques, par exemple leurs formes cristallographiques. Une telle analyse a été réalisée pour les anhydrites artificielles produites lors de chaque essai de référence E1 MW, E2 MW, E1 F et E2 F des tableaux 2 et 3. Les résultats de ces analyses sont présentés dans le tableau 4.
La comparaison des deux procédés montre une meilleure maîtrise de la déshydratation avec le four à micro-ondes par rapport à un four de calcination flash, ce qui est confirmé par les marqueurs suivants :
- Aucun gypse résiduel avec le four à micro-ondes (des traces avec le four de calcination flash)
- Production d’anhydrite III à 250°C avec le four à micro-ondes (absente avec le four de calcination flash)
- Production d’anhydrite II à 350°C avec le four à micro-ondes (moindre avec le four de calcination flash).
- Aucun gypse résiduel avec le four à micro-ondes (des traces avec le four de calcination flash)
- Production d’anhydrite III à 250°C avec le four à micro-ondes (absente avec le four de calcination flash)
- Production d’anhydrite II à 350°C avec le four à micro-ondes (moindre avec le four de calcination flash).
De manière générale, l’émotteur, le dispositif de séchage, le broyeur, le sélecteur dynamique, le filtre à manche les dispositifs de stockage, le dispositif de préchauffage, le dispositif de refroidissement, le dispositif de traitement thermique à énergie fossile et les autres éléments de l’ensemble industriel peuvent être de tout type connu de l’Homme du métier et adapté au traitement du sulfate de calcium hydraté décrit ci-dessus. Ils ne seront pas décrits plus en détails ici.
Grâce au procédé selon l’invention, on chauffe le sulfate de calcium hydraté au moins partiellement sans produire de dioxyde de carbone.
Sous réserve de recourir à une énergie électrique décarbonée, le procédé selon l’invention permettra de réduire de façon considérable les émissions de dioxyde de carbone CO2issues de la calcination du sulfate de calcium hydraté. En fonction du mode de réalisation utilisé (100% micro-ondes ou hybride), les émissions de CO2par tonne de gypse calciné seront comprises entre 10 et 80 kg d’équivalent CO2par tonne, soit une réduction minimale de 40% par rapport à la technologie émettant le moins de CO2à cette heure, la technologie flash.
Selon un mode de réalisation du procédé selon l’invention, on utilise le four à micro-ondes 2 tel que représenté sur les figures 9 à 15. Ce four 2 peut être utilisé par exemple dans l’un des ensembles industriels 300 ; 400 ; 500 ; 600 décrits précédemment et représentés aux figures 2 à 5.
Le four peut permettre de réaliser un traitement thermique continu des matériaux introduits dans ce four. Lors d’un tel traitement continu, le matériau traité thermiquement est extrait du four sur une plage de temps de durée supérieure à 4 heures, sans interruption du débit d’anhydrite artificielle supérieure à 1 minute dans cette plage de temps.
Comme représenté sur les figures 9 et 10, le four 2 comprend notamment le corps de chauffe 4 cylindrique rotatif qui est centré sur l’axe longitudinal X-X positionné de façon à former un angle δ compris entre 0,1 et 10° par rapport à l’horizontale.
Le corps de chauffe 4 est un tube réalisé par exemple en acier réfractaire et qui est ouvert à chacune de ses extrémités longitudinales. Il est muni d’une couche externe d’isolation thermique 6 enroulée autour de son diamètre extérieur. Différentes configurations de conception du corps de chauffe seront décrites ultérieurement en liaison avec les figures 13 à 15.
A chacune de ses extrémités longitudinales, le corps de chauffe 4 est muni d’un disque annulaire 7 qui s’étend depuis la couche externe d’isolation thermique 6 et qui permet de créer un volume de chauffe maîtrisé en fonction de sa hauteur. Des pales de relevage 9 positionnées à l’intérieur du corps de chauffe permettent d’assurer la vidange complète du matériau traité thermiquement en le faisant passer par-dessus le disque annulaire 7 situé en sortie du corps de chauffe 4.
Au niveau de ses extrémités longitudinales, le corps de chauffe 4 comprend en outre des anneaux de roulement 8 qui sont montés autour de la couche d’isolation thermique 6 et qui reposent sur des galets rotatifs 10 de façon à pouvoir mettre en rotation le corps de chauffe 4 autour de son axe longitudinal X-X à une vitesse typiquement comprise entre 0,1 et 40 tours par minute.
Bien entendu, d’autres mécanismes de mise en rotation du corps de chauffe pourraient être envisagés (moteur à engrenage, crémaillère, etc.).
Les galets rotatifs 10 sont montés sur une plateforme 12 réglable en inclinaison par rapport à l’horizontale de l’angle δ compris entre 0,1 et 10° de façon à réguler la vitesse d’avance du sulfate de calcium hydraté introduit dans le corps de chauffe 4.
Le corps de chauffe peut également comprendre des pales de brassage afin de favoriser et de contrôler l’avance du sulfate de calcium hydraté dans le corps de chauffe 4 et d’améliorer l’homogénéisation de la température du sulfate de calcium hydraté et de l’anhydrite artificielle contenue dans le corps de chauffe. La disposition et la géométrie de ces pales de brassage peuvent être très variables et dépendent du matériau (poudre, granulat, siccité à l’entrée, etc.). Par exemple, les pales de brassage peuvent être disposées en tronçons dans le sens de l’axe longitudinal du four ou être inclinées par rapport à cet axe. Les longueurs peuvent être identiques pour toutes les pales ou variables. Le profil des pales peut être triangulaire, droit, incliné ou courbé par exemple.
Ainsi, selon le procédé de l’invention, on contrôle la vitesse d’avance du sulfate de calcium hydraté dans le corps de chauffe. On assure également une homogénéité de température du sulfate de calcium hydraté et de l’anhydrite artificielle contenu dans le corps de chauffe.
Le four 2 comprend également deux capots (ou flasques) fixes 14 qui sont montés sur chaque extrémité longitudinale du corps de chauffe avec interposition de joints annulaires de piégeage d’ondes 16. Ces capots 14 sont par exemple réalisés en acier réfractaire.
Plus précisément, chaque capot 14 se compose d’un disque 14a venant obturer l’une des extrémités longitudinales du corps de chauffe et une collerette annulaire 14b venant recouvrir partiellement la couche d’isolation thermique 6 du corps de chauffe.
Les joints de piégeage d’ondes 16 sont positionnés entre la collerette 14b de chaque capot 14 et la couche d’isolation thermique 6 du corps de chauffe. Ils permettent d’assurer une étanchéité aux micro-ondes entre les capots fixes et le corps de chauffe rotatif malgré les contraintes et dilatations thermiques.
Comme représenté sur la , chaque joint de piégeage d’ondes 16 comprend au moins une paire de disques 18 centrés sur l’axe longitudinal X-X du corps de chauffe et fixés sur la collerette 14b du capot en s’étendant radialement vers la couche d’isolation thermique 6 du corps de chauffe.
Les disques 18 sont réalisés en matériau conducteur électriquement et résistants thermiquement aux hautes températures (de l’ordre de 1000°C). Par exemple, ils peuvent être réalisés en acier réfractaire.
Par ailleurs, les disques 18 d’une même paire sont espacés longitudinalement l’un de l’autre de façon à former une rainure annulaire 20 ayant une profondeur p correspondant au quart de la longueur d’onde des micro-ondes émises par le guide d’ondes à un multiple de la longueur d’ondes près (c’est-à-dire : p = λ/4 + k λ avec λ pour la longueur d’ondes et k un nombre entier).
De préférence, chaque joint de piégeage d’ondes 16 comprend plusieurs paires de disques 18 (au nombre de cinq paires sur l’exemple de la ) qui sont espacées longitudinalement les unes des autres d’une distance d correspondant au quart de la longueur d’onde des micro-ondes émises par le guide d’ondes à un multiple de la longueur d’ondes près (c’est-à-dire : d = λ/4 + n λ avec λ pour la longueur d’ondes et n un nombre entier).
Cette géométrie particulière des joints de piégeage d’ondes 16 permet d’annuler en grande partie toute onde qui passerait entre la collerette 14b du capot 14 et la couche d’isolation thermique 6 du corps de chauffe. En effet, une partie de l’onde incidente passe directement le long de la couche d’isolation thermique (selon une direction longitudinale) et une autre partie s’introduit dans l’une des paires de disques 18. La longueur parcourue (selon une direction radiale) par cette partie d’onde dans la rainure 20 est telle qu’un aller-retour de l’onde permet d’obtenir un déphasage de λ/2 par rapport à l’onde incidente, ce qui a pour effet d’annuler cette onde incidente. Le cumul de plusieurs paires de disques permet d’obtenir une fuite nulle.
De plus, l’espacement longitudinal d entre les paires de disques 18 représente un second type de piégeage d’ondes (dans le sens longitudinal). En effet, une partie de l’onde incidente s’échappant sous la première paire de disques rencontrée est reflétée par le disque de la paire suivante sur son trajet et revient vers la première paire de disques avec un déphasage de λ/2.
Comme représenté sur les figures 9 et 10, le four 2 comprend le guide d’ondes à fentes 22 qui est monté à l’intérieur du corps de chauffe 4 en s’étendant longitudinalement entre chaque extrémité de celui-ci.
Le guide d’ondes 22 est raccordé à une extrémité à un générateur de micro-ondes 24a, 24b (ou à plusieurs générateurs de micro-ondes) et traverse longitudinalement le corps de chauffe entre ses deux extrémités longitudinales. Il est conçu pour distribuer de façon régulée les micro-ondes tout le long du corps de chauffe directement sur le sulfate de calcium hydraté 26 à traiter.
Typiquement, le générateur de micro-ondes 24a, 24b comprend un magnétron ayant une puissance unitaire pouvant varier entre 1kW et 10MW, couplé à un générateur de fréquences pouvant varier de 200MHz à 4000MHz.
Le guide d’ondes 22 peut être réalisé en un tronçon unique ou en plusieurs tronçons reliés les uns aux autres, chaque tronçon étant raccordé à une extrémité à un générateur de micro-ondes. Ainsi, dans l’exemple de réalisation de la , le guide d’ondes 22 comprend deux tronçons 22a, 22b qui sont reliés l’un à l’autre et raccordés chacun à l’un des deux générateurs de micro-ondes 24a, 24b.
De même, il est possible de prévoir une pluralité de guides d’ondes qui sont montés à l’intérieur du corps de chauffe et qui s’étendent parallèlement les uns aux autres en chaque extrémité du corps de chauffe, chacun de ces guides d’ondes pouvant être réalisé en un ou plusieurs tronçons.
Par ailleurs, le guide d’ondes 22 est de préférence enveloppé d’un isolant thermique 28 qui est transparent aux micro-ondes générées par le générateur d’ondes. Par exemple, cet isolant thermique est constitué de fibres de silice et d’alumine ou de quartz.
Le guide d’ondes 22 peut également être isolé des poussières par des fenêtres de protection 30 (voir la ) qui sont transparentes aux micro-ondes générées par le générateur d’ondes et résistantes aux hautes-températures. Ces fenêtres de protection sont par exemple réalisées en quartz ou en céramique et présentent une épaisseur comprise entre 5 et 20mm. Elles peuvent être fixées sur le guide d’ondes par l’intermédiaire de pattes ou tout autre système de fixation.
Alternativement, ou de façon complémentaire aux fenêtres de protection, le guide d’ondes peut être mis en légère surpression (par rapport à l’intérieur du corps de chauffe) par injection d’air à l’une de ses extrémités longitudinales de façon à limiter les entrées de poussière.
Alternativement encore, il peut être prévu un système de nettoyage des poussières comprenant un cylindre perforé placé sur une face supérieure du guide d’ondes. Les phases de nettoyage sont assurées par injection d’air pulsé.
De plus, comme représenté sur la , chaque guide d’ondes 22 comprend une pluralité de fentes 32 qui sont positionnées en regard du sulfate de calcium hydraté 26 introduit dans le corps de chauffe.
Dans l’exemple de réalisation de la , les fentes 32 du guide d’ondes ont une forme sensiblement de rectangle dont la longueur est alignée avec l’axe longitudinal Δ du guide d’ondes. De plus, les fentes 32 de cet exemple de réalisation sont disposées de part et d’autre de l’axe longitudinal Δ du guide d’ondes.
De manière générale, la disposition et la géométrie des fentes 32 du guide d’ondes sont conçues d’une part pour être compatibles avec la fréquence de micro-ondes utilisées, et d’autre part pour que la chauffe du sulfate de calcium hydraté soit réalisée de façon optimale avec une ou plusieurs zones spécifiques de chauffe en fonction du profil de température souhaité.
Par exemple, il est possible de prévoir une zone amont de montée en température et une zone aval de maintien à une température cible. Dans cet exemple, dans la zone amont de montée en température (voir la ), les fentes 32 du guide d’ondes sont par exemple espacées, d’une part longitudinalement les unes des autres d’une distance e correspondant à la moitié de la longueur d’onde des micro-ondes émises par le guide d’ondes à un multiple de la longueur d’ondes près (c’est-à-dire : e = λ/2 + m λ avec λ pour la longueur d’ondes et m un nombre entier), et d’autre part transversalement de l’axe longitudinal Δ du guide d’ondes d’une distance h.
Toujours dans cet exemple à deux zones spécifiques de chauffe, les fentes du guide d’ondes correspondant à la zone aval de maintien en température (non représentée sur les figures) sont espacées longitudinalement les unes des autres d’une distance différente de la distance e, et/ou transversalement de l’axe longitudinal Δ du guide d’ondes d’une distance différente de la distance h.
Par ailleurs, la fente 32a qui est la plus en aval du guide d’ondes est située à une distance f de l’extrémité aval F du guide d’ondes qui est égale au quart de la longueur d’onde des micro-ondes émises par le guide d’ondes à un multiple de la longueur d’ondes près (c’est-à-dire : f = λ/4 + p λ avec λ pour la longueur d’ondes et p un nombre entier).
De manière similaire, la fente 32b qui est la plus en amont du guide d’ondes est située à une distance g de l’extrémité amont F’ du guide d’ondes qui est égale à la moitié de la longueur d’onde des micro-ondes émises par le guide d’ondes à un multiple de la longueur d’ondes près (c’est-à-dire : g = λ/2 + q λ avec λ pour la longueur d’ondes et q un nombre entier).
Le four 2 utilisé dans le procédé selon l’invention comprend également le système d’alimentation 34 en sulfate de calcium hydraté qui traverse le capot amont 14 et qui débouche dans le corps de chauffe 4 à la première extrémité longitudinale (ou extrémité amont) de celui-ci.
Alternativement, l’alimentation peut être réalisée par gravité au moyen de tubes dont le diamètre et la longueur sont déterminés pour ne pas présenter de fuites d’ondes.
Pour des produits sous forme de poudres, on choisira un système d’alimentation par une vanne de type vanne écluse métallique permettant de réguler le débit, d’éviter les fuites micro-ondes et d’éviter la mise à l’air du corps de chauffe.
Pour des produits granulaires de granulométrie plus importante, on choisira de préférence d’alimenter le four par saccades via un sas d’entrée pouvant être réalisé par deux vannes guillotines consécutives. Ce sas d’entrée permet de garantir une étanchéité aux ondes et à l’air.
De même, le four comprend le système d’évacuation 36 de l’anhydrite artificielle qui traverse le capot aval 14 et qui s’ouvre dans le corps de chauffe 4 à une deuxième extrémité longitudinale (ou extrémité aval) de celui-ci opposée à la première extrémité longitudinale. Ce système d’évacuation 36 peut être couplé à une vanne de régulation de débit 38 et à une sonde 40 de mesure de la température à l’intérieur du corps de chauffe ( ).
Le four 2 comprend encore le dispositif d’évacuation des gaz 42 qui comprend ici un tube d’évacuation de fumées. Ce tube peut également être utilisé pour l’injection de gaz à l’intérieur du corps de chauffe.
En liaison avec les figures 13 à 15, on décrira maintenant différentes configurations possibles pour la réalisation du corps de chauffe du four.
Dans le mode de réalisation de la , le corps de chauffe 4-1 comprend notamment un tube interne 44 qui est composé d’une pluralité de plaques angulaires 46 réalisées en acier réfractaire et réparties angulairement autour de l’axe longitudinal X-X du corps de chauffe.
Les plaques 46 se chevauchent deux à deux dans le sens circonférentiel, chaque plaque étant apte à glisser tangentiellement sur les deux plaques qui lui sont directement adjacentes afin de permettre au tube interne 44 de pouvoir absorber les dilatations thermiques.
Le corps de chauffe 4-1 comprend également un tube externe 48 qui est disposé autour du tube interne 44 en lui étant coaxial. Des goujons 50 s’étendant selon des directions radiales permettent de relier le tube externe 48 aux plaques du tube interne 44.
Enfin, un isolant thermique 52 est positionné dans l’espace annulaire formé entre le tube interne 44 et le tube externe 48.
Dans le mode de réalisation de la , le corps de chauffe 4-2 comprend un tube interne 54 qui est réalisé en acier réfractaire et qui est monobloc, ainsi qu’un tube externe 48 qui est disposé autour du tube interne en lui étant coaxial.
De plus, une pluralité de lamelles ressorts 56 (ou bracons) s’étendant selon des directions tangentielles au tube interne viennent relier le tube externe 48 au tube interne 54.
Enfin, comme pour le précédent mode de réalisation, un isolant thermique 52 est positionné dans l’espace annulaire formé entre le tube interne 54 et le tube externe 48.
Dans le mode de réalisation de la , le corps de chauffe 4-3 comprend un tube interne 58 qui est réalisé en acier réfractaire, monobloc et fendu longitudinalement pour lui permettre de se dilater dans le sens circonférentiel. A cet effet, le tube interne 58 présente une discontinuité 60, les deux extrémités angulaires du tube interne délimitant cette discontinuité étant reliées l’une à l’autre par une plaque 62 vissée sur le tube interne.
Le corps de chauffe 4-3 comprend également un tube externe 48 qui est disposé autour du tube interne 58 en lui étant coaxial, et un isolant thermique 52 positionné dans l’espace annulaire formé entre le tube interne et le tube externe.
Par ailleurs, de façon connue, le four rotatif comprend également des dispositifs (non représentés sur les figures) pour l’étanchéité aux gaz et pour l’isolation thermique entre le corps de chauffe et les capots fixes. Typiquement, ces dispositifs peuvent être des joints de tissu thermique.
La présente invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés sur les différentes figures.
Claims (25)
- Procédé de production industrielle d’anhydrite artificielle utilisant un four à micro-ondes (2) muni :
- d’un corps de chauffe (4),
- d’au moins un générateur de micro-ondes (24a, 24b) et d’au moins un guide d’ondes (22) s’étendant suivant une direction longitudinale à l’intérieur du corps de chauffe (4), le procédé comportant les étapes suivantes :
a) on introduit du sulfate de calcium hydraté à l’intérieur du corps de chauffe (4),
b) on expose le sulfate de calcium hydraté introduit dans le corps de chauffe (4) aux micro-ondes émises par ledit au moins un générateur de micro-ondes (24a, 24b) et acheminées dans le corps de chauffe (4) par ledit au moins un guide d’ondes (22), de manière à déshydrater au moins une partie du sulfate de calcium hydraté introduit et produire une anhydrite artificielle, ,
c) on extrait du corps de chauffe (4) l’anhydrite artificielle produite. - Procédé selon la revendication 1, selon lequel, le corps de chauffe (4) du four à micro-ondes (2) s’étendant selon un axe longitudinal (X-X) entre deux extrémités longitudinales opposées,
- le sulfate de calcium est introduit, à l’étape a), à une première des deux extrémités longitudinales du corps de chauffe (4),
- à l’étape b) on fait avancer le sulfate de calcium hydraté et/ou l’anhydrite artificielle contenus dans le corps de chauffe selon une direction parallèle à l’axe longitudinal (X-X) du corps de chauffe (4), de la première extrémité longitudinale vers une deuxième extrémité longitudinale
- l’anhydrite artificielle est extraite, à l’étape c), à la deuxième extrémité longitudinale du corps de chauffe. - Procédé selon la revendication 2, selon lequel la production de l’anhydrite artificielle est réalisée en continu.
- Procédé selon l’une des revendications 2 et 3, selon lequel
- ledit guide d’ondes (22) comprenant un guide d’ondes à fentes (32) monté à l’intérieur du corps de chauffe (4) s’étendant selon une direction longitudinale parallèle à l’axe longitudinal (X-X) du corps de chauffe (4) et raccordé à l’une de ses extrémités (F-F)audit générateur de micro-ondes (24a, 24b),
- à l’étape a), le sulfate de calcium hydraté est introduit dans le corps de chauffe (4) par un système d’alimentation (34) débouchant dans le corps de chauffe (4) à la première desdites deux extrémités longitudinales de celui-ci,
- à l’étape c), on extrait l’anhydrite artificielle par un système d’évacuation (36) s’ouvrant dans le corps de chauffe (4) à la deuxième extrémité longitudinale de celui-ci,
- au cours de l’étape b), on met en rotation ledit corps de chauffe (4) autour de son axe longitudinal (X-X), on incline l’axe longitudinal (X-X) du corps de chauffe (4) par rapport à l’horizontale de façon à réguler la vitesse d’avance du sulfate de calcium hydraté dans le corps de chauffe (4). - Procédé selon la revendication 4, selon lequel on piège les micro-ondes à l’intérieur du four (2) grâce à deux capots (14) fixes, chaque capot (14) étant monté sur l’une des extrémités longitudinales du corps de chauffe avec interposition de joints annulaires (16) de piégeage d’ondes.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, selon lequel, à l’étape b), on évacue les gaz libérés lors du chauffage du sulfate de calcium hydraté par un dispositif d’évacuation (42) assurant une mise en dépression du corps de chauffe (4) du four (2) et/ou on injecte des gaz à l’intérieur du corps de chauffe (4).
- Procédé selon l’une des revendication 1 à 6, selon lequel,
- le four (2) comportant deux générateurs de micro-ondes (24a, 24b) et deux guides d’ondes (22a, 22b) correspondant et
- le corps de chauffe (4) du four (2) comportant une première partie dans laquelle s’étend un premier (22a) desdits deux guides d’ondes associé à un premier (24a) desdits deux générateurs de micro-ondes et une deuxième partie dans laquelle s’étend le deuxième guide d’ondes (22b) associé au deuxième générateur de micro-ondes (24b),
à l’étape b), le sulfate de calcium hydraté traverse successivement la première partie puis la deuxième partie du corps de chauffe (4), lesdites première et deuxième parties du corps de chauffe (4) présentant des profils de température différents. - Procédé selon la revendication 7, selon lequel le premier générateur de micro-ondes (24a) et le premier guide d’ondes (22a) étant configurés de manière à produire une augmentation progressive de la température le long de la première partie du corps de chauffe et le deuxième générateur de micro-ondes (24b) et le deuxième guide d’ondes (22b)étant configurés de manière à maintenir une température cible constante le long de la deuxième partie du corps de chauffe, à l’étape b) le sulfate de calcium hydraté est soumis à l’augmentation progressive de la température le long de la première partie du corps de chauffe puis est maintenu à la température cible le long de la deuxième partie du corps de chauffe.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, selon lequel, à l’étape a), le sulfate de calcium hydraté introduit dans le corps de chauffe comprend au moins l’un des composants suivants : du gypse naturel, des sulfates de calcium d’origine industrielle, du phosphogypse, du désulfogypse, du fluorogypse, du borogypse ou un mélange de ces composants.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 9, selon lequel à l’étape b) on chauffe le sulfate de calcium hydraté à une température comprise entre 150 et 800 degrés Celsius pour réaliser la déshydratation d’au moins une partie de ce sulfate de calcium hydraté.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel on sèche le sulfate de calcium hydraté à l’aide d’un dispositif de séchage (120) avant son introduction dans le corps de chauffe.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel on broie le sulfate de calcium hydraté avant son introduction dans le corps de chauffe.
- Procédé selon la revendication précédente, selon lequel, après broyage, on filtre le sulfate de calcium hydraté et/ou on le stocke avant son introduction dans le corps de chauffe (4).
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 13, selon lequel, avant son introduction dans le corps de chauffe, le sulfate de calcium hydraté est préchauffé dans un dispositif de préchauffage (180 ; 185).
- Procédé selon la revendication précédente, selon lequel, avant son préchauffage, on sèche le sulfate de calcium hydraté à l’aide d’un dispositif de séchage (120), et selon lequel les gaz chauffés dans le dispositif de préchauffage (180 ; 185) et/ou les gaz libérés lors du chauffage du sulfate de calcium hydraté dans le four sont recirculés vers le dispositif de séchage (120).
- Procédé selon l’une des revendications 14 et 15, selon lequel les gaz libérés lors du chauffage du sulfate de calcium hydraté dans le four sont recirculés vers le dispositif de préchauffage (120).
- Procédé selon l’une des revendications 12 à 16, selon lequel, après l’étape c), l’anhydrite artificielle est calcinée à nouveau à l’aide d’un calcinateur flash (230) à énergie fossile.
- Procédé selon l’une des revendications 12 à 17, selon lequel, après l’étape c), l’anhydrite artificielle est acheminée à travers un système de refroidissement (210) pour être refroidie.
- Procédé selon la revendication 18, selon lequel, avant son introduction dans le corps de chauffe, le sulfate de calcium hydraté est préchauffé dans un dispositif de préchauffage (180 ; 185) et selon lequel la chaleur de l’anhydrite artificielle récupérée par le système de refroidissement (210) est réutilisée par le dispositif de préchauffage (180 ; 185).
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 11, selon lequel on broie l’anhydrite artificielle après son extraction hors du corps de chauffe.
- Procédé selon la revendication 20, selon lequel l’anhydrite artificielle broyée est filtrée et/ou stockée.
- Procédé selon la revendication 21, selon lequel, avant l’étape a), le sulfate de calcium hydraté est préchauffé par acheminement à travers un dispositif de traitement thermique (185) à énergie fossile.
- Procédé selon la revendication précédente, selon lequel, avant son préchauffage, on sèche le sulfate de calcium hydraté à l’aide d’un dispositif de séchage (120), et selon lequel les gaz chauffés dans le dispositif de traitement thermique à énergie fossile (185) et/ou dans le four (2) sont recirculés vers le dispositif de séchage (120).
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel, le corps de chauffe (4) étant muni intérieurement de pales de brassage qui s’étendent de manière inclinée par rapport à l’axe longitudinal du corps de chauffe et sont solidaires en rotation avec celui-ci, et à l’étape b), on met en rotation les pales de brassage avec le corps de chauffe (4) tout en inclinant l’axe longitudinal de celui-ci pour faire avancer le sulfate de calcium hydraté et/ou l’anhydrite artificielle contenus dans le corps de chauffe (4).
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel on calcine le sulfate de calcium hydraté sans produire de dioxyde de carbone.
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| FR2205941A FR3136757A1 (fr) | 2022-06-17 | 2022-06-17 | Procédé de production industrielle d’anhydrite artificielle |
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| EP0492567A2 (fr) * | 1990-12-22 | 1992-07-01 | Gebr. Knauf Westdeutsche Gipswerke KG | Anhydrite formée par calcination, procédé pour sa production et son utilisation |
| CN102519247A (zh) * | 2011-12-20 | 2012-06-27 | 湖南省中晟热能科技有限公司 | 一种微波加热高温回转窑 |
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-
2023
- 2023-06-14 WO PCT/EP2023/066001 patent/WO2023242290A1/fr unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0492567A2 (fr) * | 1990-12-22 | 1992-07-01 | Gebr. Knauf Westdeutsche Gipswerke KG | Anhydrite formée par calcination, procédé pour sa production et son utilisation |
| EP2530059A1 (fr) | 2011-05-31 | 2012-12-05 | Idco | Dispositif de traitement thermique, en particulier de matériaux divisés, au moins par rayonnement micro-ondes |
| CN102519247A (zh) * | 2011-12-20 | 2012-06-27 | 湖南省中晟热能科技有限公司 | 一种微波加热高温回转窑 |
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