Brevet FR2505813A1 — publié le 19821119

-250581 3 La présente invention concerne la production du clin- ker de ciment par voie sèche suivant un processus consis- tant à préchauffer les matières premières dans un 6 chan- geur au moyen des fumées d'un four rotatif, o les matiè- res préchauffées sont clinkérisées, et éventuellement d'une chambre de calcination o les matières préchauffées sont calcinées avant d'être envoyées dans le four. Pour des raisons économiques, on cherche à utiliser en cimenterie comme ailleurs des combustibles pauvres tels que schistes houillers, déchets industriels ou agricoles, etc Lorsque ces combustibles contiennent du soufre en proportion notable, leur utilisation en cimenterie pose des problèmes car il se forme dans la boîte à fumées du four et dans l'échangeur des concrétions qui perturbent la marche de l'installation et nécessitent des arrêts plus ou moins fréquents Pour remédier à cet inconvénient, la solution classique consiste à rejeter à l'atmosphère une frac-__in Lea fumées du four en court-circuitant l'échan- geur dette solution a l'inconvénient de diminuer le ren- lestetiu ttermique de l'installation De plus, il est mal- gré tout nécessaire de prévoir des installations d'épura- tion des fumées coûteuses pour éviter la pollution de l'at- mosphère. Le but de l'invention est de permettre une utilisa- tion des combustibles pauvres, à haute teneur en soufre, plus économique que celle qui est faite dans les installa- tions connues. Le procédé objet de l'invention est caractérisé en ce que le combustible solide est gazéifié, les gaz pro- duits sont mis en contact avec une fraction des matières premières préchauffées ou non pour assurer leur désulfu- ration et les produits de la réaction de désulfuration sont séparés des dits gaz qui sont envoyés dans le four et/ou dans la chambre de calcination o ils sont brûlés. Au contact des gaz chauds, le carbonate de calcium qui est un constituant des matières premières se décompo- se en gaz carbonique et chaux et celle-ci réagit avec les composés du soufre pour produire du sulfure de calcium -2- qui peut être séparé des gaz On réalise ainsi la désulfu- ration des gaz sans perte thermique Un autre avantage de ce procédé est que la décomposition du carbonate de calcium, qui est une réaction endothermique, refroidit les gaz ce qui permet l'utilisation d'un générateur de gaz à haute température sans qu'il soit nécessaire de prévoir des re- vêtements réfractaires spéciaux dans les conduits reliant le générateur au four o à la chambre de calcination. Les matières utilisées pour la désulfuration peuvent être injectées et mises en suspension dans les gaz à dé- sulfurer qui circulent en courant ascendant, les produits de la réaction de désulfuration étant séparés des gaz dans un cyclone. La fraction des matières premières utilisées pour la désulfuration représente de 2 % à 10 % du débit total des matières traitées dans l'échangeur. Lorsque l'échangeur comporte plusieurs étages, en par- ticulier s'il s'agit d'un échangeur à cyclones, les matiè- res premières utilisées pour la désulfuration peuvent être 23 prélevées à la sortie du dernier étage ou d'un étage inter- médiaire Elles peuvent aussi être prélevées à l'entrée de l'échangeur. De préférence, la température des gaz en aval du point d'injection des matières premières sera maintenue entre 8000 C et 950 C par réglage du débit des matières injectées dans les gaz. Les produits de la réaction de désulfuration peuvent être transformés en gypse utilisable comme ajout dans le ciment produit. La gazéification sera effectuée en lit fluidisé à haute température avec agglomération des cendres et décan- tation des agglomérats formés. L'installation objet de l'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte un gazogène relié au four et/ou à la chambre de calcination par un conduit comprenant un tronçon vertical dont l'extrémité inférieure est raccordée au gazogène, et un dispositif de distribution placé sur l'alimentation ou à la sortie de l'un des étages de l'échan- -3- geur pour diviser en deux le courant des matières entrant dans ou sortant de cet étage de l'échangeur et relié par un tuyau à la base du dit tronçon vertical pour amener une partie des matières préchauffées dans ledit tronçon. Un cyclone est placé sur ledit conduit, à l'extrémi- té supérieure du dit tronçon, pour séparer du courant de gaz les matières solides en suspension. Le gazogène est un réacteur à lit fluidisé à haute température dont le fond est constitué par une grille mo- bile qui est inclinée ou qui comporte une portion termina- le aval inclinée et dont l'extrémité aval est située au niveau de la surface libre du lit fluidise o à un niveau supérieur. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit et se réfère au dessin l'accompagnant qui montre, à titre d'exemple non li- mitatif, un mode de réalisation de l'invention. L'unique figure de ce dessin est le schéma d'une ins- tallation pour la fabrication du ciment par voie sèche avec précalcination réalisée conformément à l'invention. Cette installation est constituée par un four tubulai- re rotatif 10, un échangeur comprenant un premier groupe de cyclones associé au four et un second groupe de cyclones associé à une chambre de calcination 12, un gazogène 14 et un refroidisseur de clinker 16. Le premier groupe de cyclones comprend un cyclone double 2 et trois cyclones 3, 4 et 5 L'entrée du cyclone est reliée au capot de fumées du four par un conduit 18 et les cyclones sont reliés entre eux par des conduits 20, 22 et 24, de telle sorte qu'ils sont traversés en série par les fumées du four qui sont aspirées par un ventilateur 26. La pointe de chacun des cyclones 2, 3 et 4 est reliée par -un tuyau au conduit raccordé à l'entrée du cyclone précé- dent, en considérant le sens de circulation des fumées, et la pointe du cyclone 5 est reliée à un tuyau débouchant dans un conduit 28 amenant de l'air du refroidisseur de clinker 16 à la chambre de calcination 12. Le second groupe de cyclones est formé d'un cyclone -4- double 1 et de trois cyclones 6, 7 et 8 reliés entre eux par des conduits 30, 32 et 34 de la même manière que les cyclones du premier groupe Lrentrée du cyclone 8 est re- liée à la sortie d'un cyclone 9 dont l'entrée est reliée à la sortie de la chambre de calcination 12, de sorte que le cyclone 9 et tous les cyclones du second groupe sont traversés par les gaz d'échappement de la chambre de cal- cination 12 qui sont aspirés par un ventilateur 36. Le four 10 est chauffé par un brûleur 38 La chambre de calcination 12 est alimentée en gaz combustible par le gazogène 14 auquel elle est reliée par un conduit 40 sur lequel est placé un cyclone 42. Le gazogène 14 est du type à lit fluidisé; son fond est formé par une grille mobile 15, inclinée et dont l'ex- trémité aval est située au niveau de la surface libre du lit fluidisé ou au-dessus de celle-ci. Un distributeur 44 est placé à la pointe du cyclone 8 Il comporte deux sorties dont l'une est reliée au con- duit 28 et l'autre au conduit 40 La répartition du débit des matières sortant du cyclone 8 entre ces deux sorties est réglée par un régulateur 46 en fonction de la tempéra- ture des gaz dans le conduit 40. Les matières crues sont introduites en A dans le con- duit 34 et transportées par les gaz qui y circulent jus- qu'au cyclone 1 dont les deux moitiés reçoivent des débits d'air et de matières sensiblement égaux Les matières sé- parées dans ces cyclones sont introduites respectivement dans les conduits 24 et 32. Dans la première partie de l'échangeur, les matières traversent successivement les cyclones 2, 3, 4 et 5 et sont chauffées par les fumées du four qui circulent à con- tre-courant Les matières sortant du cyclone 5 sont intro- duites dans le conduit 28 et entraînées par l'air qui y cir- cule jusque dans la chambre de calcination 12. Dans la seconde partie de l'échangeur, les matières sortant du cyclone 1 traversent successivement les cyclones 6, 7 et 8 et sont chauffées par les gaz d'échappement de la chambre de calcination Les matières sortant du cyclone 8 -5- sont divisées en deux courants par le dispositif de dis- tribution 44 Ces deux courants ont des débits très dif- f 6 rents: le courant le plus important est introduit dans le conduit 28 et l'autre courant, qui représente de 2 % à 10 %, par exemple 5 %, du débit total des matières pre- mières traitées dans l'échangeur, est injecté dans le conduit 40, à la sortie du gazogène 14. Dans la chambre de calcination 12, les gaz combusti- bles produits dans le gazogène 14 brûlent avec l'air pro- venant du refroidisseur 16 et amené par le conduit 28 La chaleur produite assure la calcination des matières en sus- pension dans les gaz Les matières calcinées sont entraî- nées par les gaz sortant de la chambre de calcination dans le cyclone 9 o elles sont S 6 parées du courant gazeux; elles sont ensuite introduites dans le four 10 o se pro- duit la clinkérisation Le clinker sortant du four est refroidi dans le refroidisseur 16 au moyen d'air qui est er.'itte lt'i;is 6 comme air secondaire dans le four et dans IE ( 1 ia n Li ( calcination. Dans LE gazogène 14, l'air injecté sous la grille 15 maintient le combustible à l'état fluidisé et assure sa combustion partielle Le débit d'air est nettement inf 6- rieur au d 6 bit th 6 oriquement nécessaire à la combustion et est réglé de façon à maintenir la température dans le lit à une valeur élev 6 e pour permettre l'agglom 6 ration des cendres et la décantation des agglomérats form 6 S qui se déposent sur la grille et sont extraits du lit par cel- le-ci. Les gaz produits par le gazogène 14 ont une tempéra- ture de l'ordre de 1 100 C à 1 200 C Les matières intro- duites dans le conduit 40 ont pour effet d'abaisser la température des gaz à 900 C environ et d'assurer leur dé- sulfuration suivant les réactions. Ca CO 3 _ Ca O + CO 2 Ca O + H 2 S _ Ca S + H 20 2fb 2 Ces réactions sont favorisées par la température des gaz (entre 800 et 950 C) et la fine granulométrie des ma- 25058 1 3 -6- tières (inférieure à 100) et s'effectuent très rapide- ment. Les produits formés ainsi que les cendres entraînées par les gaz sont séparés dans le cyclone 42 En variante, un premier cyclone pourrait être placé sur le conduit 40, à la sortie du gazogène, pour séparer les cendres et les fines particules de combustible qui seraient renvoyées dans le gazogène, les matières premières servant d'agent désulfurant seraient injectées dans le conduit 40 en aval de ce premier cyclone, et les produits formés seraient sé- parés dans un second cyclone placé plus en aval sur le conduit 40. Le sulfure de calcium formé peut être utilisé pour produire, dans des conditions économiques, le gypse qui doit être ajouté au clinker broyé pour fabriquer le ci- ment. Le débit des matières prélevées à la sortie du cyclo- ne 8 et introduites dans le conduit 40 est réglé, au moyen du régulateur 46, pour maintenir la température des gaz en aval du point d'injection des matières, égale à une valeur de consigne (de l'ordre de 9000 e) en aval du point d'intro- duction Les matières premières utilisées pour la désulfu- ration peuvent être prélevées à la sortie de l'un quelcon- que des cyclones 1 à 8 de l'échangeur; éventuellement on pourra utiliser des matières premières froides, le dis- tributeur 44 étant alors placé en amont de l'échangeur. L'invention permet de réaliser une désulfuration beaucoup plus complète que les procédés classiques, con- sistant à rejeter à l'atmosphère une partie des fumées, et à un coût bien inférieur. Par ailleurs, l'utilisation d'un gazogène à lit flui- disé avec agglomération des cendres permet d'éliminer fa- cilement et sûrement la majorité des cendres, la partie restante étant séparée des gaz dans le cyclone 42, de sor- te qu'il est possible d'utiliser des combustibles à forte teneur en cendres, notamment des schistes houillers ou bi- tumineux, sans nuire à la qualité du clinker. De nombreuses modifications peuvent être apportées 7 - au mode de réalisation décrit par l'emploi de moyens tech- niques équivalents et il doit être entendu que toutes ces modifications entrent dans le cadre de l'invention. 8 - REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I 0 N S 1 Procédé de production de clinker de ciment par voie sèche consistant à préchauffer les matières premières dans un échangeur au moyen des fumées d'un four rotatif, o les matières sont clinkérisées, et éventuellement d'une chambre de calcination o les matières préchauffées sont calcinées avant d'être envoyées dans le four, les calories nécessaires étant fournies, au moins en partie, par un combustible solide, caractérisé en ce que le combustible solide est gazéifié, les gaz produits sont mis en contact avec une fraction des matières premières pour assurer leur désulfuration et les produits de la réaction de désulfura- tion sont séparés des dits gaz qui sont envoyés dans le four et/ou dans la chambre de calcination o ils sont brû- lés. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les matières utilisées pour la désulfuration sont injec- tées et mises en suspension dans les gaz à désulfurer qui circulent en courant ascendant. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la fraction des matières utilisées pour la désulfu- ration représente de 2 % à O 10 % du débit total des ma- tières préchauffées dans l'échangeur. 4 Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les matières premières utilisées pour la désul- furation sont prélevées à la sortie de l'échangeur ou en un point intermédiaire de celui-ci. Procédé selon la revendication l, 2, 3 ou 4, caracté- risé en ce que la température des gaz en aval du point d'injection des matières premières est comprise entre 8000 C et 950 C. 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le débit des matières utilisées pour la désulfuration est réglé pour maintenir la température des gaz en aval du point d'injection égale à une valeur de consigne. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que la gazéification est ef- fectuée en lit fluidisé à une température permettant l'ag- 25058 1 3 -9 - glomération des cendres. 8 Installation pour la fabrication du ciment par voie sè- che comportant un four rotatif de clink 6 risation ( 10), un échangeur à plusieurs étages (là 8) o les matières pre- mières sont préchauffées au moyen des fumées du four et éventuellement d'une chambre de calcination ( 12) placée entre l'échangeur et le four, et un gazogène ( 14) brûlant un combustible solide pour produire des gaz combustibles alimentant le four et/ou la chambre de calcination, carac- térisée en ce que le conduit ( 40) reliant le gazogène au four et/ou à la chambre de calcination comporte un tron- çon vertical dont l'extrémité inférieure est raccordée au gazogène ( 14), en ce qu'un dispositif de distribution ( 44) est prévu sur l'alimentation de l'échangeur ou à la sortie de l'un de ses étages pour diviser en deux le cou- rant des matières avant leur entrée dans l'échangeur ou à la sortie du dit étage de l'échangeur et en ce que l'une nls Ec 3 ',i$ de ce dispositif est reliée à la base du dit trdlç c L -la conduit vertical pour amener une partie des nières préchauffées dans ledit tronçon. 9 Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'un cyclone ( 42) est placé sur ledit conduit ( 40), à l'extrémité supérieure du dit tronçon vertical, pour séparer les matières solides en suspension dans les gaz. 10 Installation selon la revendication 8 ou 9, caracté- risée en ce que le gazogène ( 14) est un réacteur à lit fluidisé dont le fond est constitué par une grille mobile ( 15) qui est inclinée ou dont la partie terminale aval est inclinée de sorte que son extrémité aval soit située à un niveau supérieur au niveau du lit fluidisé.