Brevet FR2323754A1 — publié le 19770408

La présente invention concerne un procédé pour préparer une suspension de particules de charbon dans un combustible hydrocarboné. De telles suspensions forment d'excellents combustibles et, si les particules de charbon sont assez petites, les suspensions peuvent être atomisées comme un combustible liquide dans un brûleur, Pour la préparation des suspensions, la quantité et la granulométrie des particules de la matière solide doivent être choisies de manière que l'on obtienne une suspension dynamiquement et, si on le désire, statiquement stable dans laquelle les particules ne se déposent pas et ne s'aggIo- mèrent pas.La viscosité finalement admissible, également, impose des limites à la quantité et la forme de la matière solide dans ces suspensiors. À l'intérieur de ces limites, il est toutefois parfaitement possible de préparer des combustibles intéressants. Evidemment, la matière solide doit être distribuée d'une manière aussi homogène que possible dans le combustible hydrocarboné. Pour la préparation des suspensions, cette dernière exigence pose des problèmes. I1 est difficile de mélanger une certaine quantité de poudre de charbon sèche d'une manière homogène avec la quantité requise de combustible hydrocarboné. Cela exige une quantité relativement grande d'énergie et des appareils coûteux, un problème étant le caractère abrasif de la poudre de charbon sèche. Pour utilisation des suspensions comme combustible, il est avantageux que les particules de charbon contiennent aussi peu de cendre que possible. Gomme la plupart des charbons contiennent un pourcentage relativement élevé de cendre, le charbon doit souvent être dépouillé de la cendre avant de pouvoir être incorporé dans la suspension. Cette élimination de la cendre, également, exige relativement beaucoup d'énergie et des appareils cofteux. La présente invention vise à une combinaison de ces deux traitements, qui au premier abord 'ont pas de relation entre eux, et ainsi à une économie considérable. La suspension de particules de charbon dans un combustible hydrocarboné est donc préparée, selon l'invention, en traitant une suspension aqueuse de particules de charbon conte nant de la cendre dans des conditions turbulentes dans un dispositif d'agglomeration avec un liant à base d'hydrocarbures, avec pour résultat la formation d'agglomérats de particules de charbon et de liant, tout en excluant au moins une partie de la cendre, et en séparant les agglomérats obtenus d'une phase aqueuse contenant de la cendre et en reprenant ces agglomérats dans un combustible hydrocarboné, les agglomérats étant désagrégés et les particules de charbon résultantes passant à l'état de suspension dans le combustible hydrocarboné. De cette manière, la charbon est en même temps dépouillé de la cendre et mis sous une forme dans laquelle il est relativement facile de reprendre le charbon dans un excès de combustible hydrocarboné. En raison de la présence du liant dans les agglomératsét du fait que les agglomérats sont bien plus gros que les particules de charbon individuelles, l'opération de mélange du charbon (c'est-à-dire des agglomérats) avec le combustible hydrocarboné s'effectue bien plus facilement que si de la poudre de charbon sèche devait être mélangée avec le combustible. I1 est possible que cela soit dû en partie au fait que les particules de charbon ont déjà été mouillées par un liquide hydrocarboné avant l'opération de mélange avec le com bustible,-à savoir durant l'agglomération. le procédé selon l'invention part d'une suspension aqueuse de particules de charbon. Cette suspension, dont le pourcentage de matières solides n'est pas critique pour l'étape d'agglomération, peut être par exemple une bouillie de pipeline. La suspension aqueuse peut avoir été obtenue en broyant des morceaux de charbon par voie humide, c'est-à-dire en présence d'eau, et, si on le désire, en mélangeant la masse obtenue de charbon broyé avec une quantité supplémentaire d'eau. Le broyage par voie humide de morceaux de charbon présente des avantages par rapport au broyage à sec; on a besoin de moins d'énergie, les problèmes de poussière sont éliminés et il n'y a pas de dang-er d'explosion. Selon l'invention, le procédé part d'une suspension aqueuse de particules de charbon contenant de la cendre. Dans la présente description, on désigne par là une suspension aqueuse de particules qui sont constitues principalement de charbon. Danr ce contexte, il est donc possible que la suspension conienne des particules de charbon qui contiennent de la cendre et/ou 4ue la sus;nension contienne des particules de cendre en plus des particules de charbon. Dans une certaine mesure, cela 2épend de l'histoire du charbon et de la suspension en question. Comme mentionné, la suspension doit être traitée dans des conditions turbulentes dans un dispositif d'ag:lomération avec un liant à base d'hydrocarbure. Par mise en contact de la suspension à la température normale ou à une température élevée avec un liant approprié et en agitant énergiquement, il se forme des agglomérats de particules de charbon et de liant. le liant doit être du type qui est capable de faire adhérer entre elles les particules de charbon, dans la mesure où les particules sont mouilles par le liant, sont rendues hydrophobes et adhèrent les unes aux autres. Les particules de cendre qui sont libérées durant l'agitation, toutefois, n' ont pas une telle affinité pour le liant et dans uns large mesure ne sont pas in Mordorées dans les agglomérats. En raison du caractère hydrophobe des agglomérats, il est relativement simple de les sparer de la phase aqu use, cette séparation pouvant être effectuée par exemple en faisant passer le courant d'eau contenant les agglomérats, qui vient du dispositif d'agglomération, sur un tamis sur lequel les agglomérats sont retenus.Egalement, il est possible par exemple d'ajouter dans un dispositif de mélange séparé une certaine quantité dt-ydrocarDures a la phase aqueuse contenant les agglomérats, de manière que deux phases soient présentes dans ce dispositif de mélange et que les ag glomérats migrent de la phase aqueuse dans la phase hydrocarbonée. Les agglomérats peuvent être ensuite transpoXt-s tandis qu'ils sont an suspension dans le liquide bydrocarboné. Dans tous les cas, la phase aqueuse contenant de la cendre peut être évacuée séparément et traitée. Les agglomérats doivent être repris dans un combustible rydrocarbonC. Cela peut être effectué pendant ou après la sapa- ration entre les agglomérats et la phase aqueuse. Les agglomérats peuvent, après cette séparation, par exemple, être mélangés immédiatement avec la quantité totale de combustible hydro carboné, ce qui demandera rclativee peu d'nerie, et ainsi les agglomérats pourront se d saOréber, le mélange obtenu étant une suspension homogène de particules de charbon dans un combustible hydrocarboné. 1 est possible aussi de m langer les agglomérats avec une partie de la quantité totale de combustible hydrocarboné nécessaire, avee résultat que l'on obvient une boue épaisse qui peut être dilue ensuite avec le reste du combustible hydrocarboné. La suspension obtenue, si on le désire, peut être alors spécialement homogénéisée. Après que les agglomérats ont été séparé s de la phase aqueuse, les agglomérats peuvent très bien être désagrégés. Cela peut être effectué, par exenple, dans un broyeur. Il est possible de désagréger les agglomérats tels auels. On préfère, toutefois, les désagréger après qu'ils ontdéjà été m'langés avec au moins une partie de la quantité totale de combustible hydrocarboné nécessaire. Pour le procédé selon l'invention, toutes sortes de charbons sont en principe utilisables, y compris les combustibles solides qui sont voisins du charbon, comme le lignite, la tourbe, le charbon bitumineux, la suie, le coke, etc. Le combustible hydrocarboné peut être un des combustibles liquides usuels qui sont obtenus par le traitement de pétrole brut. Les combustibles à base de fractions d'huile lourde, comme le fuel-oil, se prêtent spécialement bien à une utilisation dans le présent procédé. Comme liant pour l'agglomération des particules de charbon, on peut choisir un liant permanent, c'est-à-dire un liant qui est finalement repris dans le combustible. Il est possible aussi, toutefois, de choisir un type de liant qui est récupéré à partir des agglomérats au cours du procédé selon l'invention et qui est ensuite recyclé. Cela est possible, par exemple, en utilisant une fraction légère d'hydrocarbures comme liant et une fraction lourde comme combustible. les agglomérats peuvent alors être mélangés avec le combustible â une température au-dessus du point ou de l'intervalle d'ébullition du liant, de manière que le liant puisse être récupéré. Les liants utilisables sont, en principe, tous les liquides, ou toutes les substances qui sont liquides dans les conditions d'agglomration, du moment que ces liquides ont les autres propriétés appropriées. Cela englobe tous les types de produits obtenus à partir du pétrole ou du charbon, comme le naphta, le gasoil, le fuel-oil, le bitume, le goudron de houille, etc. Il est parfaitement possible, en principe, d'utiliser aussi comme liant le combustible employé. Suivant la concentration des matières solides dans la suspension aqueuse, le type de liant utilisé, la quantité de liant utilisée et les conditions d'écoulement, durant l'agitation, divers types d'agglomérats peuvent être obtenus, allant d'une matière floconneuse faiblement liée à des boulettes dures. On a constaté qu'une élimination complète de la cendre ou une élimination au degré voulu ne peut pas toujours être obtenue d'un seul coup, spécialement dans les cas où un pourcentage élevé de cendre est initialement présent dans le charbon. Dans ce cas, on préfère selon l'invention mélanger les agglomérats obtenus après qutils ont été séparés de la phase aqueuse contenant de la cendre avec une quantité supplémentaire d'eau et du liant supplémentaire, désagréger les agglomérats et réagglomérer le charbon dans des conditions turbulentes, après quoi les agglomérats frais sont séparés de liteau contenant de la cendre et repris dans le combustible hydrocarboné. Ainsi, on obtient une élimination supplémentaire. de cendre. les agglo cérats peuvent être désagrégés avant, pendant etfou après l'addition d'eau supplémentaire dans le premier stade et l'addition de combustible hydrocarboné dans le deuxième stade. On a trouvé avantageux aussi d'effectuer la première étape d'agglomération du procédé d'agglomération en deux stades mentionné ci-dessus dans un dispositif d'agglomération à cisaillement intense dans lequel, en dehors de l'agglomération elle-même, les particules de charbon sont broyées, de sorte qu' encore plus de particules de cendre sont libérées et ainsi séparées. Les suspensions obtenues possèdent une stabilité à long terme supérieure. On s'est aperçu que dans le procédé proposé ci-dessus, il est crucial que la suspension ne contienne pas de particules grossières, pour obtenir une suspension statiquement et dyna miquement stable de particules de charbon dans un combustible hydrocarboné ayant une charge solide aussi élevée que possible. Si l'on remplit cette condition en broyant les particules de charbon de la suspension aqueuse de particules de charbon contenant de la cendre en une seule étape de broyage, on obtient une grande quantité de très fines particules. Ceci est désavantageux du fait que cela accroît la viscosité de la suspension obtenue de particules de charbon dans le combustible hydrocarboné et que cela limite la quantité de charbon qui peut être dispersée dans le combustible hydrocarboné. La réalisation préférée de l'invention qui sera décrite ci-après, vise à surmonter cet inconvénient. Selon cette réalisation préférée de l'invention, on sépare, on broie et on recycle au dispositif d'agglomération une partie au moins des plus grandes particules de charbon de la suspension obtenue de particules de charbon dans le combustible hydrocarboné. On évite ainsi la présence de particules de charbon de grosseur indésirable dans la suspension obtenue sans avoir à pousser le broyage initial du charbon au delà d'un degré éco nomiquement acceptable. Dans le procédé d'élimination de la cendre en deux stades mentionné plus haut, on peut bien entendu effectuer la séparation des particules grossières -sur le produit. Selon une réalisation préférée de l'élimination de la, cendre en deux stades conforme à l'invention, une partie au moins des plus grandes particules de charbon du mélange d'agglo- mérats et de ladite quantité d'eau supplémentaire, après désintégration des agglomérats, est séparée, broyée et recyclée au premier dispositif d'agglomération. On fournit ainsi un procédé de préparation d'une suspension de particules de charbon dans un combustible hydrocarboné, en traitant une suspension aqueuse de particules de charbon contenant de la cendre, dans des conditions turbulentes, dans un premier dispositif d'agglomération, avec un liant à base hydrocarbonée-avec pour résultat la formation d'agglomérats de particules de charbon et de liant tout en excluant une partie au moins de la cendre- et en séparant les agglomérats obtenus de la phase d'eau contenant la cendre, en mélangeant les agglomérats et une quantité supplementaire d'eau et en désintégrant les agglomrats, en ameutant un liant supplémen- taire, en re-agglomérant le charbon dans des conditions turbulentes dans un second dispositif d'agglomëration, en séparant les agglomérats frais ainsi obtenus de liteau contenant la cendre et en reprenant les agglomlrats dans un combustible hydrocarboné et en désintégrant les agglomérats alors qu 'ils sont dans le combustible hydrocarboné, en sorte eue les partie cules de charbon résultantes soient suspendues dans le combus- table hydrocarboné, procédé dans lequel on sépare, on broie et on renvoie au dispositif d'agglom5ration une partie au moins des plus grandes particules de charbon de la bouillie obtenue en désintégrant les agglomérats du premier dispositif d'aggloméra- tion et en les reprenant dans la quantité d'eau supplémentaire. ainsi, il n'est;pas nécessaire de faire passer par le second dispositif d'agglomération les particules grossières. Il est souligné de façon générale que le procédé selon la présente invention se compare favorablement à un procédé dans lequel on sépare les particules grossières de la suspension (aqueuse) avant d'envoyer cette dernière au dispositif d'agglomération, puisque dans ce cas les particules grossières de cendre sont aussi extraites et recyclées. Dans une réalisation spécifique de l'invention, les particules plus grandes cue 80 m sont séparées, broyées et recyclées. On effectue de préférence avec un centrifugeur a séparation des particules les plus grandes. Si l'on a obtenu la suspension aqueuse de particules de charbon en broyant les morceaux de charbon froides dans un broyeur, on peut très commodément ocycler lesdites particules les plus grandes vers le dispositif d'agglomération par ledit broyeur. L'invention est encore illustrée par deuxexemples. Exemple I Une quantité de 1 kg d'une bouillie de charbon contenant 200 g de particules de charbon contenant de la cendre (toutes plus petites que 500 m, teneur totale en cendre 56 ah en poids) est agglomérée dans une machine à fabriquer des boulettes a ltéchelle du laboratoire (récipient de 1 litre; puissance consommée 10 watts) avec 2C g de fuel-oil lourd RI de 80G secondes en petites boulettes (1 mm). Après tamisage, on trouve que les boulettes retenues sur le tamis contiennent 25 % en poids d'eau et 18 c;/ en poids de cendre, par rapport aux matières sèches sans liant. Les boulettes humides, environ 150 g, sont mélangées avec 100 g de fuel-oil lourd.La suspension ainsi formée reste stable pendant deux heures. Ensuite une sédimentation commence, qui s'arrête après deux jours environ, et à ce moment on trouve encore 80 C du charbon dans la suspension. Exemple II On laisse dGposer 1 kg de bouillie préparée comme dans l'Exemple I jusqu'à ce qu tut lit déposé pratiquejent stable de particules de charbon soit formé. Cn met de côté le liquide surnageant et la moitié supérieure du lit déposé. n remet en suspension dans l'eau la partie inférieure contenant la majori t des particules de plus de 100/i, on les agglomère et on les broie dans une machine de formation de boulettes à cisaillement intense (récipient de 1 litre, puissance consommée 30C watts) pendant 1 minute avec "; c; ; en poids de fuel-oil lourd pour for- mer des agglomérats. Les particules de charbon dans les agglo- mrats passent toutes à travers un tamis de 200 et contien- nent 8 c1: en poids de cendre. Ensuite, les ag6lomérats sont remis en suspension dans la portion restante de la bouillie cidessus et agglomérés encore avec au total 20 g de liant. Les boulettes résultantes, de 4 à 6 mm de grosseur, contiennent 4 % en poids d'eau et 9 , en poids de cendre, par rapport aux matières sèches sans liant. Ces boulettes, environ 120 g, sont mélangées avec 100 g de fuel-oil lourd pour produire une suspension ne se déposant pas (observation de deux jours) de charbon dans l'huile. - EET RTIGAF?IIONS - I - Un procédé pour préparer une suspension de particules de charbon dans un combustible hydrocarboné, selon lequel une suspension aqueuse de particules de charbon contenant de la cendre est traitée dans des conditions turbulentes dans un dispositif d'agglomération avec un liant à base d'hydrocarbures, avec pour résultat la formation d'agglomérats de particules de charbon et de liant, tout en excluant au moins une partie de la cendre, et les agglomzrats obtenus sont séparés d'une phase aqueuse contenant de la cendre et sont repris dans un combus tible hydrocarboné, les agglomérats étant désagrégés et les particules de charbon résultantes passant à l'état de suspension dans le combustible hydrocarboné. 2 - Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la suspension aqueuse de particules de charbon est une bouillie de pipeline. 3 - Un procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la suspension aqueuse de particules de charbon a été obtenue en broyant par voie humide des morceaux de charbon. 4 - Un procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les agglomérats sont séparés d'une phase aqueuse contenant de la cendre en faisant passer le courant d'eau contenant les agglomérats qui provint du dispositif d'agglomération sur un tamis sur lequel les agglomérats sont retenus. 5 - Un procédé selon l'une des revendications 4 à 3, caractérisé en ce que les agglomérats sont séparés d'une phase aqueuse contenant de cendre en aåoutant dans un dispositif séparé de mélange une certaine quantité d'hydrocarbures à la phase aqueuse contenant les agglomérats, de manière que deux phases soient présentes dans ce dispositif de mélange et que les agglonérats migrent de la phase aqueuse dans la phase d'hydro carbure s. 6 - Un procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'après la séparation des agglomérats de la phase aqueuse les agglomérats sont mélangés immédiatement avec la quantité totale de combustible hydrocarboné. 7 - Un procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'après la séparation entre les agglomérats et la phase aqueuse, les agglomérats sont mélangés avec une partie de la quantité totale de combustible hydrocarboné nécessaire, une boue épaisse étant ainsi obtenue qui est ensuite diluée avec le reste du combustible hydrocarboné. 8 - Un procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce go'après la séparation entre les agglomérats et la phase aqueuse, les agglomérats sont désagrégés. 9 - Un procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les agglomérats sont désagrégés tandis qu'ils sont déjà mélangés avec au moins une partie de la quantité totale de combustible hydrocarboné nécessaire. 10 - Un procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le combustible hydrocarboné est un combustible à base de fractions d'huiles lourdes, comme du fueloil. 11 - Un procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'on utilise un liant permanent qui est finalement repris dans le combustible. 12 - Un procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'on utilise un liant du type oui est récupéré à partir des agglomérats au cours du procédé et recyclé. 13 - Un procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le liant est une fraction légère d'hydrocarbures et le combustible est une fraction lourde, les agglomérats étant mélangés avec le combustible à une température au-dessus du point ou de l'intervalle d'ébullition du liant. 14 - Un procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le liant est un liquide ou une substance qui est liquide dans les conditions d'agglomération, ce liquide ou cette substance étant complètement ou partiellement à base d'hydrocarbures. 15 - Un procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le combustible hydrocarboné utilisé est utilisé aussi comme liant. 16 - Un procédé selon la revendication 1, caractérise en ce que les agglomérats obtenus après séparation d'avec la phase aqueuse contenant de la cendre sont mélangés avec une quantité d'eau supplémentaire et du liant supplémentaire, les agglomérats sont désagrégés, le charbon est ré-aggloméré dans des conditions turbulentes, les agglomérats frais sont séparés de l'eau contenant de la cendre et repris dans le combustible hydrocarboné. 17 - Un procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que la premiere étape d'agglomération de l'agglomération en deux stades est conduite dans un dispositif d'agglomération à cisaillement intense. 18 - Un procédé selon l'une des revendications 1 à 17, caractérise en ce que de la suspension de particules de charbon dans un combustible hydrocarbon ainsi obtenue, on sépare, on broie et on recycle au dispositif d'agglomération une partie au moins des plus grandes particules de charbon. 19 - Un procédé selon la revendication 16 ou 17, Ca- ractérisé en ce que du mélange d'agglomérats et de ladite quantité d'eau suppl-nentaire, après désintégration des agzlo- méats, on sépare, on brole et on recycle au premier dispositif d'agglomération une partie au moins des plus grandes particules de charbon. 20 - Un procédé selon la revendication 18 ou 19, caractérisé en ce qu'on sparte, on broie et on recycle les particules plus grandes cue 80 m. 21 - Un procédé selon l'une des revendications 18, 19 et O, caractéris en ce qu'on effectue avec un certrifuQeur la séparation des particules les plus grandes. 22 - Un procédé selon l'une des revendications 18 à 21, caractérisé en ce que l'on obtient la suspension aqueuse de particules de charbon en broyant des morceaux de charbon dans un broyeur et en ce que l'on recycle les plus grandes particules au dispositif d'agglomération par l'in-ermédiaire dudit broyeur. - - Une suspension de particules de charbon dans un combustible hydrocarboné obtenue par un procédé selon l'une des revendications 1 à 22.