Brevet FR2459824A1 — publié le 19810116

L'invention a pour objet un procédé de fabrica- tion en continu de coke ou semi-coke au moyen d'un four tour- n ant. On a décrit dans la demande de brevet français 74 22402 (NI de publication 2 284 660 un procédé qui permet la fabrication d'un coke réactif, mais cependant assez bien cuit avec une teneur en matières volatiles habituellement inférieure à 8%, dans lequel les matières volatiles sont utilisées pour produire in situ la chaleur nécessaire à la carbonisation et dans lequel la chaleur sensible des fumées ainsi que les gaz combustibles restant sont utilisables pour la production de vapeur. Un tel procédé est quasiment autothermique et conduit dans la pratique à un coke de 1 à 8 % de matières volatiles. Ce procédé est efficace pour obtenir des cokes plus ou moins réactifs àfaible teneur en matières volatiles, mais ne permet pas, sans modifications importantes, d'obtenir des cokes ou semi-cokes cuits à relativement basse température, par exemple en dessous de 6000C et ayant encore une assez forte teneur en matières volatiles, par exemple jusqu'à 2îfio. De tels cokes ou semi-cokes peuvent avoir de nombreuses applications directes ou indirectes. On peut les valoriser en l'état pour l'électrométallurgie, l'électrochimie, la gazéification. Ils peuvent servir d'appoint dans la fabrica- tion du coke moulé ou dans les pâtes à cokes carbonisées avec des procédés d'enfournement faisant appel au préchauffage et/ou au compactage. Le but de l'invention est de proposer un nouveau procédé et une nouvelle installation permettant d'obtenir, avec une bonne souplesse de réglage, une large gamme de coke se dif- férenciant par leurs teneurs en matières volatiles, par exem- ple dans la gamme de 1 à 2fo de matières volatiles. Un autre but est d'éviter la combustion des sous-produits in situ, afin de récupérer une quantité maximale de goudrons et de gaz. Ces buts sont atteints, selon l'invention, dans un procédé de fabrication en continu de coke ou de semi-coke de teneur en matières volatiles comprise entre 1% et 20Y0% à partir de grains ou de fines de charbons à plus de 150% de matières volatiles et d'indice de gonflement inférieur à 8, dans lequel 2 2459824 on introduit les fines et/ou les grains en amont d'un four tournant tubulaire à légère pente, o progresse le produit, au cours de son traitement, de l'extrémité amont à l'extrémité aval, qui est alimentée en chaleur par un générateur de gaz chauds et d'o on extrait le coke ou semi-coke produit, par le fait qu'on règle l'approvisionnement du générateur de gaz chauds pour qu'il produise des fumées chaudes neutres ou ré- ductrices, on maintient l'enceinte du four en légère surpres- sion gazeuse par rapport à l'atmosphère et on éteint le coke ou semi-coke immédiatement après son extraction du four tournant. par exemple Dans la pratique le générateur de gaz chaud pourra êtrew/un brûleur-installé en bout du four tournant, comme il est connu en soi. On voit que le procédé permet d'atteindre le but qu'on s'est fixé. En renonçant à la combustion partielle in situ du charbon, on en préserve les sous-produits, et notam- ment les goudrons. La mise en surpression en évitant toute présence de gaz oxydant contribue également à préserver les sous-produits de la dégradation. Bien entendu cette mise en surpression devra s'accompagner des mesures usuelles, en une telle circonstance, en réalisant une bonne étanchéité de l'installation et notam- ment des joints du four tournant. Des joints à chicanes équipe- ront les capots de chauffe et d'alimentation du four, pour éviter les rejets de gaz goudronneux vers l'extérieur. Le pro- cédé conduisant, selon les réglages à des semi-cokes très réinflammables, l'extinction immédiate de ces semi-cokes en constitue un moyen important. Selon un mode de réalisation préféré, les gaz extraits du four sont épurés par récupération des goudrons et poussières et recyclés, au moins partiellement, au générateur de gaz chauds. De cette façon on utilise au mieux le gaz pauvre sortant du four puisqu'on en récupère la chaleur de combustion. Pour obtenir un réglage à la température de carbonisation voulue, le débit calorifique du générateur de gaz chauds est asservi à l'écart entre la température du coke ou semi-coke à l'extrémité du four et une température de cuis- son de consigne, celle-ci pouvant être de 450 à 1100'C. De cette façon, on obtient la carbonisation à la température de consigne, ce qui, indirectement, permet d'obtenir la teneur voulue en matières volatiles. La maîtrise de la température de carbonisa- tion est essentielle selon l'invention. La surpression dans l'enceinte du four peut être d' exhaure réglée par action sur une vanne située en amont du ventilateur / du gaz de production. Un réglage plus fin peut être obtenu en complément par injection d'un fluide de ballast auxiliaire, tel aue la vapeur d'eau et/ou les fumées de combustion du gaz pauvre de la carbonisation recyclé et/ou de l'azote, directement dans le four tournant. Selon un moyen avantageux, on éteint le coke ou semi-coke par introduction dans un tube ou tambour tournant incliné muni de pulvérisateurs d'eau. Pour réduire la formation de boules de cokes agglutinées, on pourra, lors de la carbonisation de charbons agglutinants, additionner aux fines et/od grains une part recy- clée de la fraction la plus fine des cokes ou semi-cokes obtenus. En réduisant ainsi la formation de telles boules on évite la réinflammation du semi-coke, car ces boules sont difficiles à éteindre à coeur. Les essais du demandeur ont montré que le moyen proposé réduit considérablement la proportion de boules. Les buts de l'invention sont également atteints par une installation qui comporte: - un four tournant tubulaire étanche à légère pente comportant, en son point le plus haut, des moyens sensiblement étanches d'introduction de charbon en grains et/ou en fines et des moyens étanches d'extraction des gaz du four et, en son point le plus bas, des moyens d'introduction ou de génération de gaz chauds et des moyens sensiblement étanches d'extraction de coke ou semi-coke, et - un dispositif d'extinction de coke ou semi-coke avec des moyens de projection d'eau, l'entrée dudit dispositif d'extinction étant raccordée aux moyens d'extraction du coke ou semi-coke du four tournant. Selon une autre caractéristique, l'installation de l'invention comporte, en outre: - un dispositif d'épuration à l'eau des gaz ex- traits du four par récupération des goudrons et des poussières, et - un dispositif de décantation des goudrons et des poussières. Les gaz extraits du four peuvent l'être par un ventilateur d'exhaure. Il est également conforme à l'invention que l'installation comporte des moyens de mesure de la température dans la masse du coke ou semi-coke à l'extrémité aval du four et des moyens de mesure de la surpression dans le four. D'autres caractéristiques et avantages ressorti- ront de la description, qui sera donnée ci-après uniquement à titre d'exemple, d'un mode de réalisation de l'invention. On se reportera à cet effet au dessin unique annexé qui représen- te une installation selon l'invention. Une installation conforme à l'invention pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comporte un four tournant tubulaire 1, étanche et incliné de 2 sur l'horizontale vers le bas de droite à gauche sur la figure. A ses deux ex- trémités, le four tournant communique par joints tournants 2 et 3 à chicanes respectivement avec un capot 4 d'alimentation et un capot de chauffe 5. Une trémie d'alimentation 6 permet d'amener le charbon en amont du four par une goulotte inclinée 7 au moyen d'un distributeur alvéolaire 8. Les gaz chauds du four tournant sont extraits du capot 4 d'alimentation, dont les parois sont rincées à l'eau pour éviter tout encrassement par une canalisation 9 pour être amenés à un premier laveur 109 puis à un second laveur 11, dans-lesquels sont disposée des batteries de pulvérisateurs 12 à eau. A la sortie du laveur 11, les gaz sont aspirés par un ventilateur 13 d'exhaure et envoyés à une canalisation 14 munie d'un registre 15 permettant d'envoyer totalement ou partiellement ces gaz dans une capacité de stockage et/ou dans une /canalisation de recyclage 16. Les eaux de lavage des gaz sont envoyées à un décanteur 17 communiquant avec un bac de surverse 18, d'o une pompe 19 les recycle aux pulvérisateurs 12. Du c8té aval du four, le capot de chauffe 5 dé- bouche sur une goulotte 20 débouchant directement dans le capot 21 d'un tube tournant d'extinction 22 inclinée de 20 vers le bas de gauche à droite, sur la figure. Ce tube 22 est muni d'une rampe 23 de pulvérisateurs d'eau. Le tube 22 est ouvert à son extrémité basse ou aval et le coke éteint dans le tube peut tomber sur un crible 24 dont le passant tombe sur une bande transporteuse 25. Le chauffage du four tournant 1 est assuré par un brûleur 26 alimenté par une canalisation 27 de combustible liquide ou gazeux et une canalisation d'air 28. Un régulateur 29 assure un réglage stoechiométrique de la proportion de com- bustible et d'air ou, à volonté,un réglage appauvri en air. Le débit de combustible est également réglé par le régulateur 29 asservi, par un circuit 30, à une température de consigne à respecter dans la masse du coke ou semi-coke incandescent, la température vrai y étant mesurée par une sonde thermométrique 31 disposée dans le four au voisinage du capot 5. On peut égale- ment introduire dans le four de la vapeur d'eau par une canne 32 débouchant dans le capot 5. Le débit de vapeur d'eau peut être réglé par un pressostat 33 asservi, par un circuit 34, à une pression de consigne à respecter dans l'enceinte proprement dite du four, la pression vrai étant mesurée par un capteur de pression 35 disposée dans le four en un point amont, par exem- ple. Les gaz chauds recyclés par la canalisation 16 peuvent être réintroduits dans le brûleur 26, soit directement, soit par mélange au combustible amené par la canalisation 27 si ce combustible est gazeux. L'étanchéité du four est assurée par des injectbns de vapeur d'eau au moyen des injecteurs 36 dans les joints tour- nants 2 et 3. Le capteur de pression 35 sert à régler par un circuit logique 37 la dépression créée par le ventilateur d'exhaure 13, ce circuit logique pouvant également ouvrir ou fermer une vanne de by- pass 38 et/ou régler un registre de tirage 39. L'utilisation de l'installation se fait comme suit. Le charbon est amené dans le four ce carbonisa- tion par l'intermédiaire de la trémie 6 munie d'un tamis protec- teur et du distributeur alvéolaire anti-coincement 8. Ce dis- positif permet d'alimenter l'installation indépendamment de la vitesse de rotation et de la pente du four tournant 1. Le charbon, en parcourant le four tournant 1 de carbonisation, perd ses matières volatiles grâce à l'apport de 2459824- calories fournies par le brûleur 26 fonctionnant en stoechio- métrie. Le four tournant 1 de carbonisation fonctionne en légère surpression (e.10 Pa), ceci afin d'éviter les entrées d'air parasites susceptibles de dégrader la qualité du gaz pro- duit par dilution ou combustion des matières volatiles. Les joints à chicanes 2 et 3 et injection de vapeur 36 équipant les capots de chauffe et d'alimentation du four évitent ainsi les rejets de gaz goudronneux vers l'extérieur. Des gaines d'in- jection de vapeur permettent éventuellement d'augmenter artifi- ciellement la pression. Un léger débit de fuite se fait entre le four tournant 1 de carbonisation et le tube 22 d'extinction du coke incandescent. L'écoulement du coke se fait librement entre les tubes 1 et 2, la différence de pression entre tube de car- bonisation 1 et tube d'extinction 22 est inférieure à 10 Pa. Une garde de coke chaud permet également de limiter les repassages. Le contr8le de la pression ainsi que la mesure et la régulation de la température dans le four 1 de carbonisa- tion se font comme il a été dit précédemment. Le coke incandescent s'écoule, par l'intermédiai- re de la goulotte 20 largement dimensionnée et suffisamment pentée pour éviter tout blocage accidentel par des agglomérats, dans le tube d'extinction 22 o le coke est éteint par arrosa- ge à l'eau. L'extinction est favorisée par un balayage à l'air par naturel du tube d'extinction/effet d'appel d'air des pulvérisa- teurs. On sait,en effetque pour obtenir une bonne extinction d'un semicoke, il convient qu'au cours de son refroidissement il fixe une quantité suffisante d'oxygène. Le gaz de production passe, comme il a été dit, dans le capot d'alimentation 4 dont les parois, pour éviter tout encrassement, sont rincées à l'eau, puis dans une série de laveurs 10, 11, o il subit un arrosage. La quasi-totalité des goudrons est ainsi piégée et récupérée à la base dans le décanteur 17. En marche normale, il n'y a pratiquement pas de goudrons flottants dans le décanteurl7 et on obtient du même coup un goudron plongeant peu humide et peu poussiéreux. En vue d'obtenir la meilleure qualité de goudron possible, il convient de maîtriser le temps de séjour des matiè- res volatiles dans le four afin d'éviter leur dissociation ther- nique. Ce résultat est obtenu par la vapeur d'eau servant de gaz ballast dans le four et par le système de lavage approprié des gaz de production permettant de prévenir tout encrassement. Il est également obtenu par le recyclage des fumées qui font ballast. Les moyens de l'invention permettent donc de maîtriser la température de carbonisation ce qui est capital, en raison des risques d'emballement bien connus dans la fabri- cation du semi-coke ou du coke réactif. On donnera maintenant un tableau des conditions expérimentales de l'invention sur un charbon de Wendel I-Il sans et avec recyclage de la fraction la plus fine des cokes obtenus. Sans recyclage Avec recyclage Granulométrie 12.- 18 12 - 18 Indice de gonflement 5 5 Matières volatiles/sec % 38,3 38,3 Débit charbon humide kg/h 328 312 - dont fines 0-4 recyclées - 31 Vitesse de rotation du four t/mn 3 3 Température de sortie du coke c 622 607 Pression au capot de chauffe (Pa) + 3 + 6 Gaz ballast yapeur néant Production de coke Débit (kg/h) 240 239 Humidité du coke % 9,6 6,7 Matières volatiles du coke % 11,8 11,6 Cendres du coke % 8,9 10,8 Débit de aboules" (>60 mm) 28,3 kg/h (11,8'% 7,9 kg/h (3,3 %) Granulométrie du . ul, , . On constate ainsi que le recyclage conduit à une diminution des" "boules" (3,3 % contre 11,8 X et à une diminution des "fines" (13,6% de 05 contre 17,4%). 4. AM Co N. *r Cu REVENDICATIONS 1) Procédé de fabrication en continu de coke ou de semi-coke de teneur en matières volatiles comprise entre 1% et 20%Pi à partir de fines et/ou de grains ou de fines de charbons à plus de 15% de matières volatiles et d'indice de gonflement inférieur à 8, dans lequel on introduit les fines et/ou les grains en amont d'un four tournant tubulaire à légère pente, o progresse le produit, au cours de son traitement, de l'extrémité amont à l'extrémité aval qui est alimentée en cha- leur par un générateur de gaz chauds et d'o on extrait le coke ou semi-coke produit, caractérisé en ce qu'on règle l'ap- provisionnement du générateur de gaz chauds pour qu'il produise des fumées chaudes neutres ou réductrices, on maintient l'en- ceinte du four en légère surpression gazeuse par rapport à l'atmosphère et on éteint le coke ou semi-coke immédiatement après son extraction du four tournant. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gaz extraits du four sont épurés par récupéra- tion des goudrons et poussières et recyclés, au moins partielle- ment, au générateur de gaz chauds. 3) Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que le débit calorifique du générateur de gaz chauds est asservi à l'écart entre la tempéra- ture du coke ou semi-coke à l'extrémité aval du four et une température de cuisson de consigne. 4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la température de cuisson de consigne est comprise entre 450 et 11000C. ) Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce qu'on règle la surpression dans le four au moyen d'un ventilateur de tirage. 6) Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce qcntontregler la surpression dans l'enceinte du four par injection réglée d'un fluide de ballast auxiliaire. 7) Procédé selon la revendication 6, caracté- risé en ce que le fluide de ballast auxiliaire comprend de la vapeur d'eau et/ou les fumées de combustion du gaz pauvre de carbonisation recyclé et/ou de l'azote. 8) Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisé en ce qu'on contribue à maintenir l'étanchéité du four en injectant un fluide gazeux neutre, tel que de la vapeur d'eau, dans les joints du four tournant. 9) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on éteint le coke ou semi-coke pariptroduction dans un tube ou tambour tournant incliné muni de pulvérisateurs d'eau. ) Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'on introduit les fines et/ou les grains dans le four tournant avec addition, par recyclage, de la fraction la plus fine des cokes ou semi-cokes obtenus. 11) Installation pour la mise en oeuvre du pro- cédé selon l'une quelconque des revendications I à 10, caracté- risée en ce qu'elle comporte: - un four tournant tubulaire étanche à légère pente comportant, en son point le plus haut, des moyens _ensi- et/ou en fines blement étanches d'introduction de charbon en grains/et des moyens étanches d'extraction des gaz du four et, en son point le plus bas, des moyens d'introduction ou de génération de gaz chauds et des moyens sensiblement étanchesd'extraction de coke ou semi-coke, et - un dispositif d'extinction de coke ou semi- coke avec des moyens de projection d'eau, l'entrée dudit dispo- sitif d'extinction étant raccordée aux moyens d'extraction du coke ou semi-coke du four tournant. 12) Installation selon la revendication 11, ca- ractérisée en ce qu'elle comporte, en outre: - un dispositif d'épuration à l'eau des gaz extraits du four par récupération des goudrons et des poussiè- res, et - un dispositif de décantation des goudrons et des poussières. ) Installation selon l'une quelconque des revendications 11 et 12, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de mesure de la température dans la masse du coke ou semi-coke à l'extrémité aval du four et des moyens de mesure de la surpression dans le four. 14) Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'exhaure de gaz du four à débit réglable asservi aux moyens de mesure de la surpression dans le four. 15) Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens réglables d'in- jection de fluide gazeux neutre, tel que de la vapeur d'eau, dans le four asservis aux moyens de mesure de la surpression dans le four. 16) Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'injection de fluide gazeux neutre, tel que de la vapeur d'eau, dans les joints du four tournant. 17) Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle coaprend des moyens de recyclage des gaz chauds du four après épuration. 18) Installation selon la revendication 11, ca- ractérisée en ce que le dispositif d'extinction de coke ou semi-coke est un tube tournant à légère pente muni intérieure- ment de pulvérisateurs d'eau.