Brevet FR2326464A1 — publié le 19770429

L'invention concerne les industries du charbon et du coke sidérurgique. Elle concerne plus précisément certaines applications, dans ces industries, des liants hydrocarbonés dont le point de ramollissement est inférieur à 1000C. On a employé de longue date des liants hydrocarbonés à haut point de ramollissement pour agglomérer des fines de charbon ou de coke sous la forme de briquettes ou de boulets. Le liant est d'ordinaire un brai de houille ayant un point de ramollissement assez élevé, généralement supérieur à 10000. On mélange les fines et le liant à chaud, à une température telle que celui-ci ait une consistance liquide ou pâteuse, et on forme les briquettes ou les boulets en soumettant la pâte à une extcasion ou à un moulage sous forte pression. Par ailleurs, de nombreux auteurs ont montré que lton pourrait améliorer la qualité du coke sidérurgique obtenu à partir de certains charbons si l'on ajoutait à eeux-ci un liant hydrocarboné. Seuls les charbons qui contiennent 20 à 301: de matières volatiles conviennent bien à la fabrication du coke sidérurgique. Les charbons contenant trop ou trop peu de matières volatiles conduisent à des cokes trop friables ou insuffisamment poreux. De gros efbrts ont été poursuivis, depuis de longues années, pour remédier à la pénurie de charbons cokéfiables et obtenir du coke sidérurgique à partir de mélanges contenant des proportions aussi grandes que possible de charbons réputés non cokéfiables. On améliore notablement la résistance mécanique du coke en réduisant le taux d'humidité de la pâte crue. Certaines cakeries sont maintenant équipées pour enfourner des fines à coke préalablement séchées à une température d'environ 1000C ou un peu supérieure. Malheureusement, la préparation et la manutention de fines dont l'humidité est inférieure à 5% oblige à prendre de grandes précautions pour éviter les émissions de poussière et les risques atexpaosion. On sèche le charbon par des fu- mées chaudes et on le refroidit immédiatement pour limiter-les risques d'oxydation ultérieure. On soumet ensuite le charbon séché et refroidi à un broyage méthodique.Il est nécessaire d'employer un convoyeur redler pour transporter le charbon du broyeur à la tour dans laquelle il est stocké et, de là, aux trémies du chargement des fours. Il faut maintenir à l'intérieur des silos à charbon une atmosphère exempte d'oxygène. Les trémies doivent être pourvues, à leur partie supérieure, d'un dispositif de fermeture, et à leur partie inférieure, d'un manchon télescopique qui coiffe le trou de chargement du four pendant l'enfournement. La technique dite d'enfournement préchauffé présente des difficultés de même nature, mais à un plus haut degré. Cette technique se distingue de la précédente par l'emploi de températures beaucoup plus élevées, comprises entre 150 et 2500C, pour sécher le charbon. Ce traitée ment thermique de la pâte a pour effet d'améliorer encore la résistance mécanique du coke. On sait qu'en ajoutant à la pâte crue des amaigrissants, notamment des fines de coke, on obtient après cuisson un coke dont la résistance à la fissuration est accrue. On sait aussi que l'incorporation de liants hydrocarbonés à la pâte crue a pour effet d'accroitre la résistance du coke à l'abrasion. Il convient enfin de rappeler que l'on s'efforce, dans la pratique courante, de conférer au chargement des fours à coke la plus forte densité possible. Le pilonnage de la charge est un procédé classique employé à cette fin. Il a été recommandé, dans maintes publications, de pilonner à chaud ou d'agglomérer en briquettes une pâte contenant un liant hydrocarboné. Il n'est pas sans intérêt de citer quelques-uns des nombreux brevets relatifs aux moyens techniques qui viennent d'être rappelés, plus spécialement quelques-uns de ceux qui concernent l'emploi de liants hydrocarbonés dans les pâtes à coke sidérurgique. Le brevet français n 1.263.777 porte sur une pâte à coke contenant un charbonne base dont la teneur en matières volatiles est supérieure à 28%, un appoint de charbon à coke, du poussier de coke, et du brai Qu un mélange d'hydrocarbures lourds. Il est précisé que le brai ou le mélange équivalent, par exemple un bitume, peuvent être introduits dans la pâte à l'aide d'un solvant organique qui subit éventuellement un cracking au cours de la cokéfaction. Le séchage ou le préchauffage des charbons broyés, l'addition de fines de coke, l'addition d'un liant hydrocarboné et l'emploi de moyens pour accroître artificiellement la densité de chargement sont juxtaposés dans le brevet français nO 1.265.397. Le liant hydrocarboné, brai de houille ou bitume, est ajouté aux charbons avant ou après leur séchage, de façon que ce liant hydrocarboné prenne une consistance pâteuse ou liquide. Il est précisé que l'addition du liant est faite dans le mélange chaud. Des brevets plus récents concernent encore la cokéfaction dtune pâte préalablement agglomérée sous la forme de briquettes ou sous une autre forme. Pour procéder à l'agglomération, on mélange intimement, à chaud, un liant hydrocarboné et un poussier de coke ou un charbon broyé et séché, puis on soumet la pâte à des traitements mécaniques et thermiques pour lui donner la forme et la dureté voulues. La pâte agglomérée et durcie est enfin cokéfiée par les méthodes usuelles.Selon la demande de brevet allemand nO 2.251.606, par exemple, on mélange à chaud du coke très finement divisé et un liant hydrocarboné, en chauffant pour maintenir celui-ci liquide, dans un mélangeur spécial, de façon à former des granulés ; on fait durcir ceux-ci par une cuisson, puis on procède à la cokéfaction dans les conditions ordinaires. En pratique, les applications industrielles des liants hydrocarbonés pour le traitement des charbons se sont limitées à l'utilisation de brais de houille1 à point de ramollissement supérieur à 1000C, tant pour la fabrication de boulets et de briquettes que pour l'amélioration des pâtes à coke sidérurgique. Bien que recommandé dans de nombreuses publications concernant la fabrication du coke sidérurgique, le traitement des charbons par des bitumes ou des liants hydrocarbonés ayant un point de ramollissement inférieur à 1000C ne s'est guère développé à ltéchelle industrielle. Les raisons en sont de deux ordres. D'une part, les liants dont le point de ramollissement est compris entre 30 et 900C environ sont des solides plastiques dont la manutention présente des difficultés particulières. D'autre part, on ntavait pas trouvé, pour les mettre en oeuvre, une méthode qui permet de tirer pleinement profit de leurs propriétés spécifiques. Le premier but de l'invention est de proposer un procédé commode pour traiter les charbons avec un liant hydrocarboné dont le point de ramollissement (norme AFNOR NFT 66.008) est compris entre 30 et 900C, -ce procédé permettant de tirer pleinement profit des propriétés particulières de ce liant, particulièrement dans la fabrication du coke sidérurgique. Une forme de réalisation de l'invention permet de stabi- liser les tas de charbons pour ralentir ou supprimer 1 'érosion des tas par les vents. Elle permet aussi de ralentir lloxydation des charbons pendant leur stockage sur parc. Une autre forme de réalisation de l'invention rend beaucoup plus facile et moins dangereuse la mise en oeuvre de l'enfournement à sec ou de l'enfournement préchauffé en cokerie sidérurgique. Le procédé selon l'invention, pour traiter un charbon par un liant hydrocarboné dont le point de ramollissement est compris entre 30 et 900C, est caractérisé par le fait que le charbon froid est arrosé et/ou malaxé avec le liant préalablement fondu ou mis en émulsion dans l'eau. Le liant hydrocarboné peut être un bitume, un résidu de distillation de pétrole brut, un goudron formé lors du crackage d'hydrocarbures, un goudron de houille, etc.. De préférence on mélange et/ou malaxe le charbon avec une émulsion aqueuse, connue en soi, contenant 40 à 60% en poids de liant hydrocarboné. On peut cependant arroser le charbon froid, tandis qu'on le malade dans un mélangeur, avec le liant hydrocarboné fondu. De préférence, le liant est fondu à une température excédant de 50 à 1500C son point de ramollissement. Le procédé selon l'invention a pour effet inattendu d'agglomérer préférentiellement les grains les plus fins du charbon traité. L'utilisation de ce phénomène permet de surmonter diverses difficultés techniques rencontrées dans l'industrie du charbon et du coke sidérurgique. On peut introduire selon l'invention le liant hydrocarboné dans une pâte à coke, à un stade quelconque de la préparation de celle-ci. On peut notamment introduire le liant tandis que l'on procède au mélange des charbons ; il suffit en effet d'injectér le liant fondu ou en émulsion dans le mélangeur. Il est parfois plus avantageux, comme on le verra ciaprès, de traiter un ou plusieurs charbons avant de les mélanger aux autres constituants de la pâte ; en pareil cas, cisont les charbons de base, peu cokéfiants, que l'on traite de préférence. Quand on injecte le liant indu ou en émulsion sur le charbon froid, tout en malaxant celui-ci, à l'intérieur d'uSiélangeurX le liant agglomère préférentiellement les particules les plus fines en formant des granulés sphériques. On peut employer avantageusement 5 à 10% en poids de liant hydrocarboné par rapport au poids du charbon sec dans la pâte finale. Le charbon est d'ordinaire stocké en tas, sur parc. Lorsque le- charbon comporte des grains dont les dimensions sont inférieures à 5 mm. environ, les vents en emportent des quantités non négligeables. Il en résulte des perte ct lcs lieux avoisinantsfsont pollués par les poussières. Une forme de réalisation de l'invention consiste à arroser un tas de charbon avec l'émulsion spécifiée plus haut. On constate que le liant mis en oeuvre de cette façon agglutine préférentiellement les grains les plus fins. Pour stabiliser un tas de charbon, on peut avantageusement répandre sur chaque mètre carré de la surface du tas 200 à 400 grammes de liant en émulsion. La reprise des tas de charbons ainsi traités ne présente aucune difficulté due à la présence du liant. Lors des manutentions ultérieures et de l'utilisation finale du charbon, la présence du liant ne peut être que bénéfique, surtout si le charbon est destiné à la fabrication de coke sidérurgique. On sait que l1oxydation des charbons sur parc rend leur carbonisation plus difficile et nuit à la qualité du coke obtenu. La dégradation par oxydation sur parc affecte particulièrement les charbons des catégories gras B et flambants gras (catégories 721, 632 et 633 de la classification internationale) qui sont déjà de médiocres charbons de coke. Une forme de réalisation de l'invention consiste à malaxer des fines à coke avec l'émulsion spécifiée plus haut jusqu'à rupture pratiquement complète de celle-ci, en employant une quantité d'émulsion telle que le mélange final contienne 4 à 15% en poids de liant hydrocarboné par rapport au charbon sec. Il est souhaitable d'opérer ce traitement dès que la coupe granulométrique désirée est obtenue. C'est ordinairement une coupe de O à 7 mm. De préférence, on traite le charbon quand il est humide, voire mouillé. Le liant hydrocarboné enrobe les grains de charbon et les protège contre l'oxydation. On constate avec surprise que ce traitement a pour autre effet avantageux de réduire sensiblement la rétention d'eau dans un tas de charbon exposé aux intempéries. Le traitement n'affecte nullement la reprise du tas après plusieurs mois de stockage. Une autre forme de réalisation de l'invention concerne un perfectionnement de la fabrication du coke par enfournement d'une pâte séchée ou préchauffée. n convient de rappeler que le séchage et, mieux encore, le préchauffage de la pâte conduit à accroître la productivité des fours et à améliorer la résistance du coke à ltabrasion et à la fissuration. Mais la manutention des fines à coke sèches ou, a fortiori, préchauffées, est dangerause et exige des équipements spéciaux.On surmonte ces difficultés en traitant sein l'invention les fines à coke avant leur passage dans le sécheur. QaApeut avantageusement effectuer ce traitement en même tanps que l'on mélange les charbons, en pulvérisant le liant fondu, ou en émulsifs sur les charbons humides ou mouillés, dans le mélangeur. On mélange d'ordinaire les charbons dans un mélangeur à vis. On emploie de préférence 5 à 10% en poids de liant, par rapport au charbon sec. On peut stocker dans un silo ordinaire le mélange ainsi traité. On procède ensuite au séchage puis au broyage méthodique du mélange. On peut même soumettre celui-ci à un préchauffage à une température de 150 à 25O0C. Pendant ces opérations, le liant présent agglomère les poussières à mesure quelles se forment. Une fois sec, même très chaud, le mélange traité selon l'invention se comporte comme une pâte humide. On peut le transporter et le broyer sans prendre de précautions particulières.Le procédé selon l'invention permet donc de pratiquer le séchage ou le préchauffage de la pâte à coke sans qu'il soit nécessaire d'employer des équipements spéciaux tels que des silos purgés avec un gaz inerte, des transporteurs redler, des trémies équipées de manchons télescopiques, etc. L'invention n'a pas seulement pour objet le procédé qui vient d'être décrit ; elle a aussi pour objet le produit obtenu en traitant un charbon selon ce procédé. Elle a enfin pour objet le coke que lton obtient en carbonisant une pâte contenant au moins un charbon traité selon ce procédé. Les exemples suivants sont donnés pour montrer l'intérêt des résultats de l'invention. Il va de soi que ces exemples ne sont pas limitatifs. EXEMPLE 1. Cet exemple se rapporte aux pâtes à coke préchauffées. On a préparé 40 kg de pâte à coke de type classique, à 10% d'humidité, qui comportait 80 de grains inférieurs à 2 mm. et 45% inférieurs à 0,5 mm. On a traité une moitié de cette pâte, conformément à l'invention, aveCun liant hydrocarboné en émulsion aqueuse. Pour ce faire, on a utilisé une émulsion contenant 40% de son poids dtuttitume don2; le point de ramollissement était de 450C. On a malaxé dans un mélangeur 20 kg de pâte humide avec 3,0 kg de l'émulsion, jusqu'à rupture complète de celle-ci. La pâte traitée contenait donc 6,7a: en poids de bitume par rapport au charbon. On a séché la pâte traitée en la maintenant pendant 3 heures à 200 C. On a séché la pâte non traitée dans les mêmes conditions. L'essai suivant montre l'efficacité du traitement selon l'invention. On a placé les 20 kg de pâte séchée dans un seau de 25 litres, puis on les a déversés d'une hauteur de 2 mètres sur un plateau de 0,65 m X 0,90 m., dans un courant d'air se déplaçant à 4 mètres/seconde. En pesant la pâte recueillie sur le plateau, on a constaté que 8 kg de la pâte non traitée avaient été entraînés par le vent. En revanche, on a retrouvé sur le plateau les 20 kg de pâte traitée selon l'invention. Il faut insister sur le fait que le traitement n'a cependant affecté en aucune façon la mobilité de la pâte. EXEMPLE nO 2. Cet exemple montre l'intérêt du traitement des charbons par un liant hydrocarboné, effectué selon l'invention, dans le cas de la fabri cation du coke, lorsqu'on pratique ltenfournement par gravité d'une pâte humide huilée. Un essai témoin a d'abord été effectué avec une pâte à coke ayant une composition de type usuel gras à coke A (C.I. 434) 35% gras à coke B (C.I. 435) 35% flambant gras A (C.I. 532) 15% flambant gras B (C.I. 721) Cette pâte avait un taux d'humidité de 7,4%. Sa granulométrie était caractérisée par 83% en poids de grains inférieurs à 2mm, dont 34% inférieurs à 0,5 mm. On a huilé cette pâte avec 0,1% de son poids de fuel oil domestique, on l'a enfournéé par gravité et carbonisée pendant 15 heures à 9000C. On a déterminé les indices MICUM (norme ISO/R 556) du coke ainsi préparé, pour évaluer aa résistance à l'abrasion et à la fissuration.On a obtenu les résultats suivants M 10 9,0% M 40 81,3 En partant des mêmes charbons, on a ensuite préparé un mélange contenant une proportion exceptionnellement faible de gras à coke. La composition du mélange de charbons était la suivante gras à coke A (C.I. 434) 27,8% gras à coke B (C.I. 435) 27,8 flambant gras A (C.I. 632) 22,2 flambant gras B (C.I. 721) 22,2 Ce mélange avait un taux d'humidité de ?,3%. Sa granulométrie était caractérisée par 84,4% de grays inférieurs à 2 mmO, dont 43,996 inférieurs à 0,5 mm. On a ajouté au mélange de charbons 3,6% de son poids de poussier de coke et on l'a huilé avec 0,1% de son poids de fuel oil domestique. On a traité le mélange final, conformément à l'invention, dans un tambour homogénéiseur, avec un bitume dont le point de ramollissement- était de 540C Pour ce faire, le liant fondu étant maintenu à 1700C, on en a injecté dans le tambour en mouvement une quantité égale à 7% du poids de charbon sec , en 1 heure. On a enfourné et carbonisé la pâte en opérant comme dans ltessai témoin. Les indices MICUM du coke obtenu étaient les suivants M 10 8,7 M 40 80. On voit par cet exemple que le procédé selon l'invention permet d'employer très facilement le bitume dans la fabrication du coke sidérurgique, en vue de valoriser les charbons peu cokéfiables. La mise en oeuvre de ce procédé n'implique aucune manipulation supplémentaire des charbons. REVENDICBTIONS 1. Procédé pour traiter unEharbon par un liant hydrocarboné dont le point de ramollissement est compris entre 30 et 900 C, caractérisé par le fait que le charbon froid est arrosé et/ou malaxé avec le liant préa lablement fondu ou mis en émulsion aqueuse, ce qui a pour effet pre mier d'agglutiner préférentiellement les grains les plus fins du charbon. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le charbon froid est arrosé et malaxé dans un mélangeur avec le liant hydrocarboné préala blement fondu. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le charbon froid est ar rosé et/ou malaxé avec une émulsion contenant 40 à 60% de son poids dudit liant, cette émulsinn étant connue en soi. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel on arrose un tas de charbon avec ladite émulsion, ce traitement ayant pour effet notam ment de protéger le tas de charbon contre l'érosion éolienne. 5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel on répand sur chaque mètre carré de la surface du taH 200 à 400 g du liant en émulsion. 6. Procédé selon la revendication 3, dans lequel on malaxe des fines à çoke humides avec ladite émulsion jusqu'à rupture de celle-ci, les quantités de fines à coke et d'émulsion étant dans un rapport tel que le mélange final contienne 4 à 15% en poids du liant hydrocarboné par rapport au charbon sec, ce traitement ayant notamment pour effet de ralentir l'oxydation du charbon et de diminuer la rétention-dteau pendant le stockage sur parc. 7. Produit obtenu en traitant un charbon selon le procédé défini par l'une quelconque des revendications 1 à 6. 8. Procédé de fabrication de coke sidérurgique par carbonisation d'une pâte contenant un liant hydrocarboné dont le point de ramollissement est compris entre 30 et 900C, ce procédé étant caractérisé par le fait que l'on introduit le liant en traitant l'un au moins des charbons entrant dans la composition de la pâte selon le procédé défini par l'une -quelconque des revendications 1 à 6. 9. Procédé de fabrication de coke sidérurgique par enfournement à sec ou préchauffé d'une pâte contenant un liant hydrocarboné dont le point de ramollissement est compris entre 30 et gpOC, caractérisé par le fait qu'avant le séchage ou le préchauffage de la pâte, on incorpore à celle-ci le liant hydrocarboné selon le procédé défini par l'une quelconque des revendications 1 à 6. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel on emploie 5 à 10% en poids du liant hydrocarboné par rapport au poids de charbon sec dans la pâte finale. 11. Coke obtenu au moyen du procédé défini par l'une quelconque des revendications 8 à 10.