Brevet FR2004812A1 — publié le 19691205

i 2004812 La présente invention est relative à un procédé de cokéfaction de charbon dans des fours à chambre horizontaux et à un four pour la mise en oeuvre du procédé. Pour tenter d'augmenter le débit d'une batterie de 5 fours à coke, on entreprend de plus en plus de construire des fours de plus grande capacité. En outre, dans le même but, on s'occupe de trouver des moyens appropriés pour diminuer le temps de distillation. L'une de ces possibilités consiste à utiliser pour les 10 parois de la chambre une pierre de silicate de plus grande densité. Cette matière permet d'élever notablement les températures du carneau de chauffage, plus précisément .jusqu'à 1.450°C environ et en outre, elle présente une meilleure conductivité thermique. IJne autre possibilité est de construire les parois 15 de la chambre en une matière pierreuse de moindre épaisseur, mais en général cela n'est réalisable que pour des constructions nouvelles. En outre, pour des raisons de solidité, l'épaisseur ne peut pas être inférieure à -un minimum déterminé. Enfin, il serait encore possible de raccourcir le temps de distillation 20 en utilisant du charbon sec. Toutefois, cela n'est rationnel que lorsqu'on dispose déjà d'une installation de séchage. Si, par contre, on doit d'abord la créer, le séchage du charbon augmente le prix de revient de fabrication du coke, à moins qu'on ne dispose d'un excès de chaleurs perdues. En outre, l'utilisation 25 de charbon sec cause des difficultés dans le remplissage des chambres de four étant donné les émissions renforcées qui se produisent alors. En tout cas, pour la durée de la distillation, le facteur décisif est que le gâteau de coke soit complètement 30 distillé en tout point avant qu'on ne puisse l'éjecter. Ainsi, on considère un gâteau de coke comme entièrement distillé lorsqu'il a atteint en tout point une température d'environ 950 -1000°0. Aussi, doit-on s'efforcer de régler le chauffage de la chambre de four de manière à obtenir un progrès pratiquement 35 uniforme de la cokéfaction. Cela est valable d'une part, sur la longueur de la chambre de four où il doit régner dans le carneau une température légèrement croissante depuis le côté de la machine vers le côté du coke conformément à la conicité de la chambre, d'autre part sur la hauteur de la chambre. 69 08005 2004812 On a fait des recherches importantes sur les températures qui régnent dans le contenu de la chambre pendant le processus de cokéfaction et, plus précisément, dans différents systèmes de four, à différentes températures de carneau et en 5 utilisant différentes sortes de gaz pour le chauffage. En particulier, ces recherches visaient à déterminer la variation de la température sur la hauteur de la chambre de four pour obtenir un tableau de la progression de la cokéfaction qui est indiquée, comme on l'a déjà dit, par la variation de la température. A cet 10 effet, on a introduit dans le contenu de la chambre une sonde comportant de multiples points de mesure, par exemple dix, distribués uniformément sur toute la longueur. Ainsi, pendant tout le processus de cokéfaction, on était en mesure de mesurer la variation de température depuis la sole du four jusqu'à la 15 chambre collectrice de gaz. Dans l'interprétation des résultats de mesure obtenus de cette façon, il est apparu que dans tous les cas la température restait en retard à des niveaux déterminés, et ce, dans une mesure notable. Presque toujours, dans la région inférieure de 20 la chambre de four, près de la sole, et dans la région supérieure, au voisinage de la chambre collectrice de gaz, on mesurait une température plus élevée que dans une ou plusieurs régions intermédiaires. Mais le retard de la température en des endroits déterminés signifie un ralentissement du progrès de la 25 cokéfaction et donc une augmentation du temps de distillation, ce qui veut dire que dans sa grande majorité le gâteau de coke est déjà complètement distillé, mais qu'on ne peut pas encore l'éjecter à cause des endroits où la cokéfaction est en retard. Le fait que des différences de température atteignant 700°G 50 aient été constatées sur toute la hauteur du contenu de la chambre montre quel effet cela peut avoir sur la durée de la distillation. Il s'ensuit souvent que le temps de distillation est allongé de plusieurs heures. Une allure aussi irrégulière de la température sur la 35 hauteur de la chambre de four ne peut pas s'expliquer uniquement par des irrégularités éventuelles de chauffage, d'autant que ce phénomène a pu être constaté dans toutes les recherches. La variété des systèmes de four, des températures de carneau, des sortes de charbon et de gaz se traduit simplement par un déca- 69 08005 2004812 lage plus ou moins minime du niveau auquel la température est en retard et de l'ordre de grandeur de la différence de température . Au cours d'autres recherches, on s'est aperçu qu'aux 5 endroits où la température est plus basse, la teneur en eau du contenu de la chambre est plus forte qu'aux endroits où la température est plus élevée. La différence de teneur en eau est parfois très notable et va dans certains cas .jusqu'à 6 >o. Par cette découverte, on a trouvé aussi la cause de la variation 10 très irrégulière de la température sur la hauteur de la chambre de four. Ainsi, la particularité constatée dans le progrès de la cokéfaction s'explique comme suit : Du fait que la température est en avance dans la région inférieure du contenu de la chambre, il s'évapore tout 15 d'abord de l'eau et ensuite les hydrocarbures à bas point d'ébullition se dégagent puis, à mesure que la température augmente, les hydrocarbures à point d'ébullition plus élevé . Les vapeurs se condensent alors dans les couches supérieures un peu plus froides du contenu de la chambre. Il s'ensuit que pour 20 vaporiser à nouveau ces liquides de condensation, il faut de grandes quantités de chaleur, ce qui fait que dans cette partie du contenu de la chambre, le progrès de la cokéfaction est ralenti dans la mesure déterminée. Le processus décrit ci-dessus peut aussi se répéter selon la hauteur du contenu de la chambre. 25 On a ainsi également l'explication des phénomènes déjà observés précédemment. Ainsi par exemple, dans la cokéfaction de fines de charbon, on a trouvé, après l'éjection d'un gâteau de coke apparemment distillé à point, des inclusions contenant du charbon non cokéfié et des constituants goudronneux. Ces der-30 niers ne peuvent donc s.' être formés que par condensation. Les connaissances acquises par les recherches montrent que l'on peut obtenir un progrès uniforme sur la hauteur du contenu de la chambre, ainsi qu'il est désirable, si l'on règle le chauffage de la chambre de four à une intensité différente 55 selon les niveaux, en fonction des besoins» C'est pourquoi l'invention propose, pour raccourcir le temps de distillation et pour améliorer la qualité du coke et le rendement de substances utiles tirées du charbon, de renforcer le chauffage du ou des niveaux de la chambre de four où la proportion de subs-40 tances CGndensables (vapeur d'eau, vapeurs d'hydrocarbures) BAD ORIGINAL 69 08005 2004812 dans le contenu de la chambre est la plus forte, par suite d'une condensation partielle des substances vaporisées dans les régions situées en-dessous. Eh général, comme on l'a dit, les températures sont 5 en avance près de la sole, donc dans la région de formation de la flamme, tandis qu'elles sont en retard dans des parties de la région centrale et supérieure ; c'est pourquoi l'invention propose, en outre, de régler le chauffage de la chambre du four de manière que la température dans la partie supérieure des 10 carneaux de chauffage, mais 200 à 500 mm environ au-dessous du bord supérieur du contenu de la chambre, soit en avance d'une quantité allant, de préférence, jusqu'à 100°C, tandis qu'une avance de la température des carneaux de chauffage est évitée, au moins dans une mesure notable, au voisinage de la sole du 15 four. Un autre avantage du procédé suivant l'invention est celui d'une assez grande teneur en fractions aromatiques de l'avant-produit obtenu à partir du gaz brut. Ainsi, par exemple, la teneur en aromatiques dans l'avant-produit est portée de 63 20 à 73 7° par suite de la meilleure variation de température, tandis que la fraction non aromatique diminue d'environ 50 Cet avant-produit plus précieux peut aussi être traité, dans le raffinage sous pression, avec une moindre dépense que les produits obtenus antérieurement. 25 En outre, 1'expérience montre que lorsque le progrès de la cokéfaction n'est pas uniforme, la solidité du coke éjecté est très variable sur l'ensemble du gâteau. Il est apparu que 11uniformisation assurée par le procédé suivant l'invention a aussi des effets avantageux sur la qualité du coke. En parti-30 culier, on évite la formation indésirable d'un coke en petits fragments. Les mesures appropriées à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention peuvent être très variables. Ainsi, suivant une proposition de l'invention, il est possible de donner à un 35 four à chambre horizontal une structure dans laquelle l'épaisseur de paroi de la chambre diminue de bas en haut. Une autre possibilité consiste à prévoir dans la région supérieure des parois de la chambre une matière pierreuse de plus grande conduc-tivité que dans la région inférieure. Une autre possibilité 69 08005 5 2004812 pour obtenir un chauffage plus fort dans la région supérieure de la chambre de four, dans le cas de carneaux groupés coopérant par paires, consiste à faire fonctionner avec un excès d'air l'un des deux carneaux gui reçoivent la flamme de bas en 5 haut et l'autre avec un excès de gaz, de sorte qu'il se produit une combustion secondaire au point de renvoi supérieur. Enfin, on peut aussi obtenir une température plus basse dans la région inférieure du contenu de la chambre en disposant les tuyères de combustion plus haut qu'il n'est usuel, par exemple à 100-500 mm 10 au-dessus de la sole. On peut appliquer aussi bien isolément qu'en combinaison toutes ces mesures ainsi que d'autres, par exemple un chauffage orienté par étages au moyen de plusieurs tuyères disposées à différents niveaux. Pour pouvoir mieux contrôler la position en hauteur 15 de la zone à température élevée dans la partie supérieure des carneaux de chauffage, en particulier pour éviter un trop fort chauffage de la couche supérieure du remplissage de la chambre ou de la chambre collectrice de gaz, l'invention propose en outre que, dans le cas où les parois de chauffe comportent des 20 carneaux de chauffage verticaux jumelés, il soit prévu, dans la zone supérieure des parois de liaison, à deux ou plusieurs niveaux, des ouvertures de communication à chacune desquelles est associée une pierre formant registre. On peut obtenir un effet analogue en prévoyant, dans la zone supérieure des parois 25 de liaison, à deux niveaux, des ouvertures de communication, l'ouverture supérieure présentant une section nettement plus grande et pouvant être obturée ou étranglée à l'aide d'une pierre formant registre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 30 ressortiront de la description qui va suivre en regard des dessins annexés, dans lesquels : Les figures 1 à 3 illustrent la variation de la température dans les chambres de four où le progrès de la cokéfaction est irrégulier ; 35 La figure 4- illustre la variation de la température dans une chambre de four où le chauffage est réglé suivant 1 ' invention ; La figure 5 illustre la teneur en eau du contenu de la chambre à différents niveaux et pendant une partie du temps 40 àe distillation ; 69 08005 6 2004812 Les figures 6 à 8 montrent une construction de four comportant deux ouvertures de communication qui sont prévues l'une au-dessus de l'autre dans les parois de liaison et à chacune desquelles est associée une pierre formant registre ; 5 Les figures 9 à 10 montrent une construction de four dans laquelle, sur les deux ouvertures de communication qui sont prévues dans- les parois de liaison, l'ouverture supérieure présente une section nettement plus grande et peut être obturée ou étranglée. 10 D'après les figures 1 à 3, on voit que, dans le réglage usuel du chauffage, les températures sont en avance sans exception au voisinage de la sole, et ce dans une mesure très notable. De même, dans tous les cas, les températures sont notablement en avance au voisinage du bord supérieur du contenu 15 de la chambre. Par contre, dans la région intermédiaire, il y a des zones où les températures sont en retard. Ainsi, dans toutes les mesures, on a constaté que dans la région supérieure du contenu de la chambre, en-dessous des températures très en avance qui régnent près du bord supérieur, il règne parfois 20 des températures inférieures de plusieurs centaines de degrés centigrades. En outre, dans la variation de température de la figure 3, on observe encore une autre zone de température notablement inférieure dans la région centrale du contenu de la chambre. Comme on peut le voir par exemple sur la figure 1, avec 25 cette allure désavantageuse de la température ou ce progrès désavantageux de la cokéfaction, le temps de distillation est de 19 heures et demie, c'est-à-dire qu'au bout de ce temps seulement, une température de 1000°C environ est atteinte pratiquement sur toute la hauteur de la chambre de four. 30 La figure 4 montre la variation de température mesurée dans une chambre de four une fois qu'on a réglé le chauffage au sens de l'invention. On voit nettement que cette fois la température reste en retard au voisinage de la sole, que dans la région supérieure, au voisinage du bord supérieur du contenu de 35 la chambre-, elle est à nouveau en avance, mais pas dans une mesure aussi prononcée que sur les figures 1 à 3» tandis que dans la région intermédiaire.elle est essentiellement unitaire. L'avantage de cette allure de température est illustré, en particulier, par le fait qu'au bout d'un temps de distillation 69 08005 7 2004812 de 15 heures, une température de 1000°C environ est déjà atteinte sur toute la hauteur de la chambre, de sorte que le gâteau de coke peut être éjecté notablement plus tôt. La figure 5 montre encore les teneurs variables en 5 eau sur la hauteur de la chambre de four, par suite de la condensation de l'eau vaporisée dans des régions situées en-dessous, ce qui est, comme mentionné au début, la cause de la variation défavorable de température dans le procédé antérieur. Suivant les figures 6 et 8, qui montrent une construc-10 tion de four conforme à l'invention, les parois de chauffe 1, entre lesquelles sont disposées les chambres 2 du four, sont constituées par une pluralité de carneaux de chauffage J et 4. " Un carneau de chauffage 3 et un carneau de chauffage 4 sont chaque fois reliés entre eux par paire, à l'extrémité supérieure, 15 par des ouvertures j? et 6. Dans le cas présent, il est prévu deux ouvertures j? et deux ouvertures 6 situées au-dessous, qui sont chaque fois directement voisines des parois £ de la chambre. L'intervalle vertical entre les ouvertures 5 et 6 sera choisi en fonction des propriétés variables des catégories de charbon 20 qui sont envisagées pour la cokéfaction. A chaque ouverture de communication 5 ou 6 est associée une pierre 8 formant registre. Cette dernière repose sur des consoles 3 qui s'étendent pratiquement à affleurement du bord inférieur des ouvertures de communication et sur lesquelles 25 peuvent4être déplacées horizontalement les pierres formant registre. Ce déplacement a lieu à l'aide de tringles.10 introduites depuis le toît du four, comme le montre la figure 6. Dans cette figure, les ouvertures J? sont, par exemple, fermées dans la paire de carneaux de gauche, et les ouvertures 6 sont 30 ouvertes, tandis que dans la paire de carneaux de droite les conditions sont exactement inverses. Les différentes possibilités de guidage des gaz chauds sont également illustrées aux figures 7 et 8, la figure 8 permettant en particulier de voir qu'il est possible, en déplaçant sur les consoles 9 les pierres 35 8 formant registre, d'étrangler partiellement les ouvertures de communication. Dans la forme d'exécution de l'invention qui est représentée aux figures 9 et 10, on a désigné par 11 les parois de chauffe, par 12 les chambres du four et par 15 et 14 les fjAD ORIGINAL 69 08005 8 2004812 carneaux de chauffage. La section de l'ouverture de communication 1£ est ici nettement plus petite que celle de l'ouverture de communication 16 disposée au-dessus, ainsi que des ouvertures 12 et 18» de sorte qu'il ne se produit pas dans ces 5 ouvertures de. perte notable de pression. De ce fait, la majeure partie du gaz chaud prendra le trajet à travers l'ouverture de communication 16 et seule une faible quantité partielle s'écoulera à travers l'ouverture de communication 1J5 rétrécie. On voit qu'en manoeuvrant la pierre 19 formant registre, on peut 10 maintenant faire varier entre les valeurs "a-^" et "ag" l'intervalle entre le point de renvoi des gaz chauds et le sommet 20 de la chambre, et qu'on peut porter de "b" à "b^" l'intervalle existant entre le point de renvoi et la crête 21 du gâteau de coke. De cette façon, on peut déterminer exactement le niveau 15 de la zone à haute température dans la partie supérieure des carneaux de chauffage. 69 08005 9 2004812 REVENDICATIONS 1. Procédé de cokéfaction de charbon dans des fours à chambre horizontaux, caractérisé par le fait que pour raccourcir le temps de distillation et améliorer la qualité du 5 coke et le rendement de substances carbonées utiles tirées du charbon, on renforce le chauffage du ou des niveaux de la chambre du four où la proportion de substances condensables (vapeur d'eau, vapeurs d'hydrocarbures) dans le contenu de la chambre est la plus forte par suite d'une condensation partielle des 10 substances vaporisées dans les régions situées au-dessous. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on règle le chauffage de la chambre de four de façon telle que la température, dans la partie supérieure des carneaux de chauffage, mais 200 à 500 mm environ au-dessous du bord 15 supérieur du contenu de la chambre, soit en avance d'une quantité allant de préférence, jusqu'à 100°G, tandis qu'une avance de la température du carneau de chauffage est évitée, au moins dans une mesure notable, au voisinage de la sole du four. 3. Four à chambre horizontal pour la mise en oeuvre 20 du procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'épaisseur de la paroi de la chambre de four diminue de bas en haut. 4. Pour à chambre horizontal pour la mise en oeuvre du procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par 25 le fait que dans la région supérieure des parois de.la chambre est prévue une matière pierreuse présentant une conductivité thermique plus grande que dans la région inférieure. 5. Four à chambre horizontal pour la mise en oeuvre du procédé salivant les revendications 1 et 2, caractérisé par 30 le fait que l'entrée des agents de combustion dans les carneaux de chauffage est située entre 100 et 1.000 mm environ au-dessus de la sole du four. 6. Four à chambre horizontal pour la mise en oeuvre du procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par 35 le fait que dans le cas où les parois de chauffe comportent des carneaux de chauffage verticaux jumelés, il est prévu, dans la zone supérieure des parois de liaison, à deux ou plusieurs niveaux, des ouvertures de communication à chacune desquelles 69 08005 10 2004812 est associée une pierre formant registre. 7. Four à chambre horizontal pour la mise en oeuvre du procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que dans le cas où les parois de chauffe comportent 5 des carneaux de chauffage verticaux jumelés, il est prévu, dans la zone supérieure des parois de liaison, à deux niveaux, des ouvertures de communication, l'ouverture supérieure présentant une section nettement plus grande et pouvant être obturée ou étranglée à l'aide d'une pierre formant registre.