Brevet FR2463175A1 — publié le 19810220

1. La présente invention est relative à un procédé pour réduire la pression dans les fours à coke. Quand on carbonise le charbon, il commence par se ramollir et,à la température de ramollissement ou au voisina- ge de celle-ci, la décomposition commence. A mesure que la température s'élève, le charbon devient de plus en plus plas- tique et la vitesse de décomposition augmente aussi. Il est donc évident que les produits gazeux de décomposition se for- ment dans une masse fluide. Le degré de plasticité de ce sys- tème ainsi que la vitesse de formation des produits gazeux déterminent dans une large mesure la grandeur de la pression exercée contre les parois qui confinent le charbon. Ce système est l'une des sources de la pression. Toutefois, il existe deux facteurs qui agissent de manière à relâcher la pression. Ces facteurs sont (a) les espaces vides entre les particules de charbon et (b) la contraction du coke nouvelle- ment formé à mesure que la température de la masse s'élève. Le premier facteur varie en raison inverse de la masse volumique apparente de la masse de particules de charbon; en effet, plus il y a d'espaces vides, ou plus la masse volumique apparente est petite, plus les particules de charbon qui ramollissent peuvent se dilater en occupant les espaces vides. Il existe une autre source de pression, due aussi à la formation de gazmais le mécanisme est quelque peu diffé- rent. Il est lié non seulement à la qualité du charbon et par suite à ses propriétés de plasticité,mais aussi au four à co- ke lui-même. Dans un four à coke, peu de temps après l'intro- duction du charbon, il s'établit deux couches plastiques pa- rallèles aux parois du four et celles-ci progressent vers le centre du four à mesure que la carbonisation progresse. Etant donné qu'une quantité considérable de chaleur est emmagasinée dans la voûte, les soles et les portes, des couches plastiques partent aussi de ces surfaces et progressent en s'éloignant de celles-ci à une vitesse proportionnelle à la chaleur disponi- ble. Autrement dit, il existe une enveloppe plastique conti- nue autour du charbon non carbonisé, depuis un moment qui suit de près celui o l'on introduit le charbon, jusqu'à ce que les deux couches plastiques partant des parois se rencontrent au centre du four. Les gaz dégagés dans les couches plastiques, 2. du côté du charbon brut, sont donc emprisonnés dans l'enve- loppe plastique. A la fin du temps de carbonisation ou au voisinage de celle-ci, ou quand les deux couchés plastiques sont sur le point de se rencontrer au centre du four, l'en- veloppe emprisonnant encore le gaz, la vitesse de dégagement de chaleur augmente brusquement,ce qui augmente la quantité de gaz dégagée et le résultat net est que la pression s'élève rapidement. Aussitôt que les deux couches plastiques se sont rencontrées et se sont solidifiées en coke, il se produit une diminution rapide de la pression par suite de la disparition de l'enveloppe. On a déjà observé que la sciure réduit la pression de carbonisation (C.C. Russell, M. Perch, J.F. Farns- worth, Reducing Coal - Expansion Pressure, AIME proc. Blast Furnace, Coke Oven, Raw Materials Conference, 8, 32 à 50 (1949)), mais le mécanisme réside dans une diminution de la masse volumique apparente du charbon et il est connu que l'on peut la diminuer par plusieurs moyens parmi lesquels l'addi- tion d'humidité et une pulvérisation plus fine. Comme le montre la figure 7 de la publication citée, la sciure en vrac n'élimine pas la pointe de pression vers la fin du temps de cokéfaction lorsqu'on ajoute 4 et 6 % de sciu- re et c'est seulement avec une addition de 8 % et en ramenant la masse volumique apparente à 662 g/dm3 que l'on arrive à faire disparaître cette pointe. La diminution de la masse vo- lumique apparente signifie une perte de productivité du four à coke en même temps qu'elle a un sérieux effet sur la résistan- ce du coke. Toutefois, la sciure et d'autres matières quand el- les sont sous forme de flocons, traversent les couches plas- tiques de la charge du four, assurant le passage nécessaire du gaz et crevant l'enveloppe plastique sans diminuer néces- sairement la masse volumique apparente, ni la productivité du four et sans influer sur les propriétés du coke obtenu comme c'est le cas d'une addition de sciure en vrac. Le dessin est un graphique représentant l'effet de l'addition de flocons sur la pression de carbonisation. On a découvert maintenant que l'on peut diminuer dans un four à coke la pression de carbonisation engendrée par la charge de charbon et obtenir d'autres avantages en disper- 3. sant statistiquement dans la charge de charbon des flocons formés d'une matière qui ne passe pas par une phase plasti- que, de manière à créer des passages de gaz en travers des couches plastiques de charbon. Lorsqu'on dit qu'une matière passe par une phase plastique, cela veut dire que la matière forme une couche plastique en forme de nappe qui emprisonne les gaz de carbonisation. Parmi les matières que l'on peut utiliser sous for- me de flocons pour réduire la pression de carbonisation en- gendrée par la charge de charbon figurent la sciure, la pâte à papier, les journaux, les déchets ménagers et agricoles so- lides et d'autres matières similaires qui ne passent pas par une phase plastique. Des flocons typiques ont une épaisseur de 19 mm et une longueur et une largeur de 76 à 127 mm au ma- ximum. Toutefois, des flocons appropriés peuvent avoir une é- paisseur d'environ 3,2 à 19 mm et une longueur et une largeur d'environ 25 à 127 mm. La quantité de flocons utilisée dépend de la matiè- re et du type de charbon utilisé mais,généralement-, elle sera d'environ 2 à 8 % du poids du mélange ou davantage. Les exemples suivants servent à illustrer l'inven- tion. Toutes les parties et tous les pourcentages mentionnés dans les exemples et ailleurs dans la description sont en poids sauf indication contraire. Exemples. On fabrique, sans liant, des flocons de sciure ayant une épaisseur de 19 mm au maximum et une longueur et une lar- geur de 76 à 127 mm au maximum. On fait des essais dans un four à paroi mobile avec du charbon séché à l'air et une tem- pérature moyenne de carneau d'environ 13430C, en utilisant un mélange comprenant 70 % de-charbon de Pittsburgh et 30 % de charbon de Beekley. On fait un essai sans addition de sciures et les trois autres avec une addition de 5 % de sciure, sous forme de flocons dans deux cas et sous forme de sciure en vrac dans un autre cas. Les résultats sont indiqués aux Tableaux I et II. -oad eBs Uuo$ssaJd ue.;nu sBl -tu'Bem * Uese,! op a qp nq9pel 'sae 'ouTod op"UT; el sJOA 9uTod op uOTssoad el e1 qUUAu uoSTInp q qTnpozd es (r) -e: 'U aqTod e! ep $uamoi ne uo$ssaBe COI.l ' e L g98 L Z98 (.) Oi. 'cú Z06 IPE1 8'O Q9) x 9L w 9) Y 61 9 0 mlau LZ1 9,L) Z 61 :ugu ed ' alew -zxem' uossao gup/à.' ueaeudde enbunloa ossUa ap nau.100 ep euue:o;g en 9.eczdmoa % ' $pTmnq suoool;t: sep inapuvaz OUJA ue BJlTas -%s ainlTos op SUODOpi %S ainTos oP suoool; %5 À liaoa % OgX %e 3qLnqslld % OL 'uo;esuoqJaa ap uoTSsea BTI anlS aonos ap suoool'; ap UoT4ppsl ep 4a; ela . nlsV& Ln q1'J EA LiSg OL 'c'9 CO, L', 06/1 g'O e'Z', z uegtu ! uoT lppe oU TuSSa 24 53175 5. TABLEAU Il. Effet de l'addition de flocons de sciure sur les propriétés du coke tiré de 70 % Pittsburgh et 30 % Beckley Essai n 1 2 3 4 addition néant 5% flocons 5% flocons 5% sciuj de sciure de sciure en vrac grandeur des 19 x (76 à 19 x (6 à 74%-3,2i flocons néant 127) mm 76) mm Grosseur du coke (norme ASTM D293) % > 102 mm 7,1 7,5 5,2 11,9 % > 76 m 23,9 15,5 25,1 25, 6 % > 51 mm 47,3 46,9 44,9 39,6 Total sur 51 mm 78,3 38 mm 16,2 mm 2,8 13 mm 1,3 à 13 mm 1,4 de concassage du 76 mm 7,2 51 mm 48,8 sur 51 mm 69 9 22,5 3,3 1,9 2,4 coke (norme 6,8 46,2 ,2 17,0 4.3 1,7 1,8 ASTM D3038) 9,0 46,4 re m1W 77,1 17,1 3,2 1,2 1,4 ,0 47,8 56,0 53,0 53,4 57,8 % > 38 mm 29,6 31,8 29,8 27,8 % > 25 mm 8,0 10,0 9,4 8,4 % 'y13 mm 2,8 2, 2 2,4 2,6 % 0,842 0,802 0,820 0,772 Les données du Tableau t montrent que la pointe de pression est réduite par l'addition de flocons sans diminu- tion notable de la masse volumique apparente du charbon. Le Tableau II montre les résultats de l'addition de sciure sur les propriétés du coke. En général, on peut voir que l'addition de flocons grossiers n'a qu'un petit ef- %> % E % al %) Total 6. fet sur les propriétés du coke. Les flocons plus petits aug- mentent un peu la grosseur du coke et il se produit une cer- taine diminution du facteur de stabilité au tambour. La sciu- re en vrac donne une plus grande grosseur de coke et diminue notablement les facteurs de stabilité et de dureté. Le dessin représente la variation des pressions pour chacun des essais, du début à la fin. Il faut noter que la présence de flocons de sciure a pour effet de diminuer la pression engendrée par le mélange de charbon. Dans les trois essais utilisant la sciure, la pointe de pression vers la fin du temps de cokéfaction est complètement éliminée. Cela indi- que que l'enveloppe plastique qui existait dans l'essai sans sciure et causait une pointe de pression a été crevée par la présence des flocons de sciure. On obtient une certaine ré- duction de pression avant la pointe, du début à la fin, dans tous les essais utilisant la sciure, en comparaison de l'es- sai à blanc. Toutefois, cette réduction de pression doit être attribuée à une diminution de la masse volumique apparente de la charge. La diminution de la masse volumique apparente est petite dans le cas des flocons mais un peu plus grande dans le cas de la sciure en vrac. Lorsqu'on répète les exemples en utilisant des flocons de papier et de déchets ménagers et agricoles solides, on obtient des résultats similaires. On a illustré l'invention par des modes d'exécu- tion préférentiels,mais le praticien moyen comprendra que l- on peut y apporter des modifications évidentes sans sortir du cadre de l'invention. 7. REVENDICATIONS. 1. Procédé de réduction de la pression de carbo- nisation dans la cokéfaction du charbon, caractérisé par le fait que l'on disperse statistiquement dans le charbon des flocons formés d'une matière qui ne passe pas par une phase plastique de manière à former des passages de gaz traversant les couches plastiques du coke en formation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les flocons ont une épaisseur d'environ 3,2 à 19 mm et une longueur et une largeur d'environ 25 à 127 mm. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les flocons sont formés de sciure. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la quantité de flocons représente environ 2 à 8 % du poids total du mélange. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les flocons sont formés de pâte à papier, de journaux, de déchets ménagers solides, de déchets agricoles solides.