Brevet FR2333849A1 — publié le 19770701

La présente invention est relative à un procédé pour diminuer la projection de coke volant lors de lrextinction du coke incandescent au moyen d'eau et à un appareil pour la mise en oeuvre du procédé. Après la fin du processus de dégazage dans le four à coke, on éjecte le coke de la chambre du four à une température d'environ 1000 C. Pour éviter une trop grande perte par combustion du coke à l'air libre, il faut refroidir rapidement le coke incandescent. A cet effet, on fait passer sous une tour d'extinction le coke incandescent éjecté de la chambre de four et on l'étreint à liteau. L'évaporation de l'eau emprunte au- coke une quantité de chaleur telle qu'il se refroidit entre 200 et 300"C environ. Dans cette extinction du coke par voie humide, non seulement il se perd une grande quantité de chaleur, mais l'en- vironnement est en outre notablement pollué, car de grandes quantités de coke volant sont entraînées par la vapeur d'eau. Dans une cokerie ayant une production journalière de 4000 t, l'éjection de coke volant est d'environ 2 t par jour. Pour pouvoir d'une part, tirer parti du point de vue énergétique de la teneur en chaleur du coke à éteindre et, d'autre part, éviter la pollution de ltenvironnement par le coke volant, il a déjà eté proposé de refroidir le coke dans des installations de refroidissement à sec au lieu de l'éteinre par voie humide. Le refroidissement a lieu dans des chambres de refroidissement qui peuvent généralement contenir plusieurs fois la charge de la chambre de four, à l'aide de gaz inerte que l'on recycle. La chaleur perdue absorbée par le courant de gaz sert par exemp-le à la production de vapeur. L'inconvénient de ce procédé connu est surtout que sa mise en oeuvre nécessite non seulement des investissements elevés, mais encore une grande dépense d'entretien, car d'une part il faut manipuler le coke chaud et, d'autre part, le circuit de refroidissement subit la charge des grandes quantités de coke volant, ce qui fait qu'il faut s'attendre à une usure relativement grande. En outre, pour ne pascompromettre le fonctionnement de la cokerie, il faut que les installations de ce genre comportent une installation usuelle d'extinction par voie humide, de façon que l'on puisse combler les temps d'arrêt nécessités par les travaux d'entretien. Enfin, il faut aussi donner la préférence au procédé d'extinction par voie humide pour des raisons techniques déterminées. Pour diminuer la projection de coke volant lors de l'extinction du coke incandescent au moyen d'eau, il a déjà été proposé aussi (brevets français n" 1 538 281 et 1 291 695) de laver, par arrosage à l'eau, la vapeur d'eau qui se forme lors de l'extinction et d'évacuer le coke volant avec l'eau de lavage. Mais à cet effet, il faut des quantités d'eau relativement grandes et l'épuration de l'eau résiduaire nécessite des moyens importants. En outre, il faut faire passer en S la vapeur d'eau formée lors de l'extinction du coke, ce qui cree des espaces morts dans lesquels des gaz nocifs peuvent s'accumuler. Toutefois, il faut considérer comme 1 'inconvénient essentiel de ce procédé connu le fait qu'il ne permet aucune récupération d'énergie. L'invention a donc pour but de fournir un procédé d'ex tinc n du coke par voie humide dans lequel non seulement on évite dans une large mesure la pollution de l'environnement par le coke volant, mais dans lequel on puisse aussi tirer parti de la chaleur perdue du coke incandescent. Selon l'invention, le problème posé est résolu par le fait que l'on condense pour la récupération d'énergie la vapeur d'eau formée lors de l'extinction, par échange de chaleur avec un agent de refroidissement recyclé et que l'on évacue le condensat afèc le coke volant qu'il contient.Par la condensation de la vapeur d'eau, on arrive à lier le coke volant au condensat, de sorte que l'on peut l'évacuer avec celui-ci sans polluer l'agent de-refroidissement. La chaleur perdue transmise à l'agent de refroidissement peut ainsi servir de façon simple à la récupération d'énergie, par exemple, avec la chaleur de condensation empruntee à la vapeur d'eau, on vaporise l'agent de refroidissement, par exemple un hydrocarbure fluoré, et on fait fonctionner avec la vapeur d'agent de refroidissement une turbine à détente. On peut augmenter le rendement de cette récupération d'énergie si l'on préchauffe par échange de chaleur avec le condensat de vapeur d'eau.à evacuer l'agent de refroidissement passant par un tambour à vapeur, condensé après sa sortie de la turbine à détente, avant son entrée dans le tambour à vapeur, ce qui permet encore d'utiliser la chaleur contenue dans le condensat de vapeur d'eau. Comme agents de refroidissement, il est particulièrement avantageux d'utiliser des hydrocarbures fluorés, étant donné les conditions thermodynamiques favorables. Une autre possibilité d'utiliser la-chaleur sensible du coke incandescent consiste, selon l'invention, à chauffer de l'eau, par exemple dans une installation de chauffage à l'eau chaude, au moyen ~de la chaleur de condensation empruntee à la vapeur d'eau. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on peut partir des appareils usuels comportant une tour d'extinction munie de buses à eau d'extinction et d'un conduit d'echappement de la vapeur d'eau. Il suffit de completer ces appareils en reliant le conduit d'échappement de la tour d'extinction, par un branchement, à la cheminée qui contient un condenseur et une cuvette collectrice avec tuyau d'écoulement du condensat, le conduit d'échappement pouvant être fermé au-dessus du branchement de cheminée, ou bien ce branchement lui-même, au choix, pouvant être fermé. Au moyen d'un simple volet, on peut obtenir cette fermeture sans difficultés.Par suite, selon la position de ce volet, la vapeur d'eau formée lors de l'extinction du coke passant par la cheminée munie du condenseur ou par le conduit d'échappement, de sorte que le fonctionnement de la cokerie peut être entièrement maintenu, même quand on n'utilise pas le condenseur. Pour permettre de tirer parti de la chaleur perdue du coke incandescent, le condenseur peut servir d'évaporateur pour un agent de refroidissement passant par un tambour à vapeur auquel est reliée une turbine à detente. On obtient ainsi un Systeme La Mont qui convient le mieux aux conditions qui règnent. Si le tuyau de retour d'agent de refroidissement de la turbine à détente au tambour à vapeur passe par un échangeur thermique chauffé par le condensat contenu dans la cuvette collectrice, on peut en outre préchauffer sans dépense supplémentaire d'énergie l'agent de refroidissement condensé après sa sortie de la turbine, ce qui entraîne une augmentation du rendement. Afin que cet échangeur thermique puisse fonctionner de façon satisfaisante, il faut toujours veiller à ce qulil y ait une quantité suffisante de condensat. Selon l'invention, on peut y parvenir de façon simple grâce au fait que le niveau du con densat dans la cuvette collectrice peut être réglé à une hauteur constante grâce à une valve prévue dans le tuyau d'écoulement. Des appareils selon l'invention, destinés à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, sont représentés à titre d'exemple sur les dessins annexés dans lesquels La figure 1 montre un appareil selon l'invention ser vant à diminuer la projection de coke volant lors de l'extinction du coke incandescent au moyen d'eau, sous forme de schéma par blocs, la chaleur de condensation de la vapeur d'eau servant A faire fonctionner une turbine à détente, et La figure 2 est une vue schématique d'un appareil dans lequel la chaleur empruntée au coke incandescent sert à une installation de chauffage à eau chaude. Le coke incandescent éjecté de la chambre de four à une 'température d'environ 950 à 1100 C est amende, à l'aide d'un chariot d'extinction ou coke car 1, sous une tour d'extinction 2 ou le coke est éteint à l'aide d'eau pulvérisée par des buses 3. La vapeur formée est captée par une hotte 4 et amenée à un conduit d'échappement -5 duquel se détache une cheminée 6. Par un volet 7, on peut à volonté fermer soit le conduit d'échappe ment 5 au-dessus du branchement de cheminée 8, soit le branche ment de cheminee 8 lui-même, de sorte que, selon la position du volet 7, la vapeur d'eau qui monte est amenée à passer soit directement par le conduit d'échappement 5, soit par la cheminée 6. Dans la cheminée 6 est disposé un condenseur 9 qui assure la condensation de la vapeur d'eau passant par la cheminée 6. Dans la condensation de la vapeur, le coke volant, entrainé avec celle-ci, est retenu et peut être évacué avec le condensat que l'on recueille dans une cuvette collectrice 10 fermant la cheminée 6 vers le bas. De cette cuvette 10 part un tuyau d'ecou- lement 11 que l'on peut fermer à l'aide d'une valve 12. Par le tuyau d'écoulement 11, le condensat et le coke volant sont amenés à un systeme d'eau résiduaire dans lequel on peut séparer le coke volant de l'eau, par exemple dans des bassins de décantation. Afin qu'il soit possible non seulement de diminuer la projection de coke volant, mais encore de tirer parti de la chaleur sensible du coke incandescent, le condenseur 9 de la figure 1 sert d'évaporateur pour un agent de refroidissement passant par un tambour d'évaporation 16 et qui est retiré du tambour 16 sous forme liquide, à l'aide d'une pompe de circulation 17, et ramené sous forme de vapeur à ce tambour en passant par le condenseur 9. La vapeur d'agent de refroidissement (850C, 12 bars) est amenée par un tuyau 18 à une turbine à détente 19 qui entraîne, par exemple, une génératrice 20. Par suite de la faible chute, on ne peut envisager comme turbines à détente que des machines à un seul étage, de structure simple, mais ayant un rendement relativement relevé. L'agent de refroidissement qui sort de la turbine à détente est liquéfié à environ 400C et 2 bars dans un condenseur 21 qui fait suite et de là, en passant par une pompe d'alimentation 22 et un échangeur thermique 23, il retourne au tambour à vapeur 15. L'échangeur thermique 23 est chauffé par le condensat qui s'accumule dans la cuvette collectrice 10 et qui doit à cet effet baigner l'échangeur de chaleur 23.Afin qu'il soit possible d'assurer le niveau de condensat nécessaire à cet effet, la hauteur de remplissage est mesurée àl'aide d'un flotteur 24 et la valeur instantanée ainsi détermine est comparee dans un régulateur 25 à la valeur de consigne fixée. Si la valeur instantanée s'écarte de la valeur de consigne, la valve 12 est actionnée en conséquence par le régulateur, de sorte que selon l'écart, le condensat est accumulé dans la cuvette collectrice 10 ou évacue. Le condenseur 21 reçoit par un tuyau 26 de l'eau fraîche servant d'agent de refroidissement et débouchant par le tuyau 27 dans le tuyau d'écoulement. Mais au -lieu d'eau, on peut aussi utiliser l'air comme agent de refroidissement. Selon la figure 2, la chaleur de condensation de la vapeur d'eau sert à chauffer l'veau d'une installation de chauffage à eau chaude 23. A cet effet, le condenseur 9 est raccordé au circuit d'eau chaude 29 de l'installation 28 dans laquelle une circulation forcée de l'eau de chauffage est assurée par une pompe 30. Le récipient compensateur de l'installation de chauffage est désigne par 31. La température de l'eau dans une telle installation est d'environ 70"C. L'avantage de tous les procédés décrits est que les processus d'échange thermique se produisent principalement dans la région de la transition de phase (condensation ou evaporation), ce qui fait qu'étant donné le grand transfert de chaleur que l'on peut obtenir, de petites surfaces d'échange suffisent. L'exemple chiffré suivant est représentatif quant à l'appréciation de l'économie du procéde selon l'invention. Dans une cokerie ayant une production journaliere de 4000 t, soit 166,7 t/h, si le coke est ejecte à 1000"C et refroidi à 200"C dans l'installation d'extinction par voie humide, il en résulte, si la chaleur spécifique moyenne du coke est de 0,35 kcal/kg. C, une chaleur disponible de 46,6 x 106 kcal/h, soit 54 186 kWh/h. Etant donne la faible dispersion de température on ne peut attendre que de faibles rendements du processus cyclique thermodynamique de 1 'agent de refroidissement. Avec une température d'évaporation de 85"C et une température de condensation de 300C, on obtient un rendement, selon le principe de Carnot, dent= 0,154. Le rendement effectif sera donc d'environ n = 0,10, de sorte que l'on peut obtenir 5418 kWh/h ou 130 240 kWh par jour. L'emission journalière de coke volant est ramenée d'environ 2000 kg à environ 400 kg. REVENDICATIONS 1. Procédé pour diminuer la projection de coke volant lors de l'extinction de coke incandescent au moyen d'eau, procédé caractérisé par le fait que l'on condense pour la récupération d'énergie la vapeur d'eau formee lors de l'extinction, par echange de chaleur avec un agent de refroidissement recyclé et que l'on évacue le condensat avec le coke volant qu'il contient. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'avec la chaleur de condensation empruntée à la vapeur d'eau, on vaporise l'agent de refroidissement, de préférence des hydrocarbures fluorés, et qu'avec la vapeur d'agent de refroidissement, on fait fonctionner une turbine à détente. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'on préchauffe par échange de chaleur avec le condensat de vapeur d'eau à évacuer l'agent de refroidissement passant par un tambour à vapeur, condense après sa sortie de la turbine à detente, avant son entrée dans le tambour à vapeur. 4. Procede selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au moyen de la chaleur de condensation empruntée à la vapeur d'eau, on chauffe de l'eau, par exemple dans une installation de chauffage à eau chaude. 5. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant une tour d'extinction munie de buses à eau d'extinction et d'un conduit d'échappement de la vapeur d'eau, et caractérisé par le fait que le conduit d'échappement de la tour d'extinction est relié par un branchement à la cheminée qui contient un condenseur et une cuvette collectrice avec tuyau d'ecoulement du condensat, et qu'au choix le conduit d'échappement peut être fermé au-dessus du branchement de cheminée, ou bien que ce branchement lui-même peut être ferme. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le condenseur sert d'évaporateur à un agent de refroidissement passant par un tambour à vapeur et qu'au tambour à vapeur est raccordée une turbine à détente. 7. Appareil selon l'une des revendications 5 et 6, caractérise par le fait que le tuyau de retour d'agent de refroidissement de la turbine à détente au tambour à vapeur passe par un échangeur thermique chauffé par le condensat contenu dans la cuvette collectrice. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le niveau du condensat dans la cuvette collectrice peut être réglé à une hauteur constante grâce à une valve prévue dans le tuyau d'écoulement.