Brevet FR2527592A1 — publié le 19831202

I Procédé pour la fabrication de corps en carbone par prillage d'ébauches en carbone " La présente invention concerne un procédé pour la fabrication de corps en carbone par grillage d'ébauches contenant des matières transformables par pyrolyse, dans un four à chambre de traitement, -, procédé par lequel sont formés et décomposés des produits de pyrolyse vola- tils, l'énergie thermique necessaire étant produite, à l'intérieur de la chambre du four, par la combustion de combustibles fluides. Pour la fabrication de corps en carbone, il est connu de mélanger du coke concassé, du graphite, de la suie, et d'autres produits consistant essentiellement en carbone, avec un ou plusieurs liants choisis dans le groupe comprenant de la poix de goudron de houille ou de pétrole, des goudrons, des résines synthétiques et éga- lement, en faible quantité, des hydrates de carbone, et de mouler ce mélange par presses C extrusionr, presses a vis sans fin, presses a emboutir ou str des machines à vibrations, pour former des corps solides. Dans une première approximation, les ébauches sont constituées par une matrice de liant fermée dans laquelle sont dispersés des grains de carbone Par rëchauffage de ces ébauches, les liants sont soumis à une pyrolyse 5 par laquelle sont formés, à partir du liant, un squelette de coke reliant les grains de carbone primaires, et des pro- duits volatils, avant tout de l'hydrogène carburé Les corps de carbone ainsi obtenus sont surtout poreux en raison des pertes par pyrolyse Pour éviter cette poro- sité, il est connu, suivant un autre -procédé, d'imprégner les corps de carbone avec l'une des matières utilisées comme liant, de soumettre ensuite les corps à un second traitement thermique et finalement de cokéfie r le produit d'imprégnation. Le traitement thermique s'effectue principalement, pour des ébauches peu sensibles, dans des fours à chambre qui consistent en plusieurs chambres connectées l'une à la suite de l'autre La régulation de ce four complexe est difficile, car les variations de paramètres dans une chambre ont une influence obligatoire sur les chambres suivantes Des conditions de fonctionnement prédétermi- nées peuvent mieux être réalisées dans des fours à cham- bre unique dénommés dans ce qui suit "-fours à chambre" - qui sont utilisés pour lé chauffage d'ébauches sensibles à la combustion et également pour le chauffage avec une vitesse de réchauffage élevée Un four à chambre de ce type est décrit, par exemple, dans le brevet US 3 048 382. Les ébauches à griller sont disposées en masse en un paquet constitué essentiellement en poudre de coke, et l'énergie thermique nécessaire pour le réchauffage du contenu de la chambre est produite par la combustion d'un combustible liquide dans l'espace compris entre la surface supérieure du paquet et le couvercle du four. Les gaz brûlés circulent à travers des tuyaux disposés dans la masse du paquet d'ébauches et sont remis en cir- cuit, au moins en partie, de même que les produits de pyrolyse volatils Les produits de pyrolyse, notamment dans le cas d'une vitesse d'échauffement élevée, ne sont pas en équilibre thermique, de telle sorte que, sur les parois les plus chaudes des tuyaux et sur les parois du four, se forment des produits de décomposition secondaires, tels que des cokes de cornue et surtout de la suie, qui rétrécissent de plus en-plus la section libre d'écoule- ment Le dépôt et la précipitation de matières contenant du carbone peuvent être évités en principe par combustion des produits de pyrolyse volatils, ce pourquoi il est nécessaire d'amener de l'oxygène aux gaz de combustion circulaire Chaque accroissement de la teneur en oxygène signifie cependant une augmentation du risque d'explosion dans le domaine effectif de concentration Par exemple, dans le cas d'une température intérieure de four de 500 'C, une composition typique du gaz de fumées en circulation exprimée en volume %, est la suivante H 2 = 2,1 %, Co = 0,8 %, CH 4 = 0,8 %, polyaromates = 0,7 %, 2 = 1,6 %, Co 4 C 2 9,0 %,-N 2 = 67,7 %, H 20 = 16,5 % La limite d'explo- sion pour les composants individuels n'est généralement pas atteinte, mais elle peut être dépassée pour le mélange des composan ts Inflammables Dans les conditions de l'exemple mentionné, la limite inférieure d'explosion est égale à environ 4,7 volumes %. Les mêmes difficultés se présentent indépendamment de la forme et du type du four à-chambre Les incrusta- tions sont particulièrement gênantes pour l'exploitation du type de four dénommé four à wagonnet de sole, dans lequel la matière à griller est entassée à l'extérieur du. four à chambre sur un wagonnet qui est introduit ensuite. dans la chambre. La présente invention a pour but, dans un four à chambre, et lors d'un procédé de traitement du genre décrit au début, de s'opposer aux incrustations et autres dépôts de matières constituées essentiellement en carbone, provenant de la décomposition des produits de pyrolyse volatils, et perturbant le fonctionnement du four, et d'exclure ainsi tout risque d'explosion. Dans ce but, le procédé de traitement conforme à l'invention est caractérisé en ce que, au-dessous d'une température de chambre de 600 C, la matière combustible est brûlée par amenée d'une quantité stoechicmétrique d'air, et, au-dessus de cette température de 6000 C, on insuffle par des buses une quantité d'air supplémentaire dans la chambre. De préférence, on utilise un excès d'oxygène de à 15 %, par rapport à la quantité d'air nécessaire pour la combustion des gaz brûlés On réalise une-répartition favorable de l'air insufflé, au moyen de tÈles déflectri- ces qui sont disposées devant les buses d'injection d'air. Lors du chauffage de corps de carbone contenant de la poix de goudron ou autres hydrocarbures comme liant ou comme produits d'imprégnation, il se produit, lors de la décomposition pyrolytique des matières bitumineuses, dans un domaine de température d'environ 5500 C, des-com- posés aromatiques volatils, qui, aux températures régnant - dans les chambres de four, se condensent en partie sous - forme d'aromates à noyaux multiples Ces produits sont dispersés sous la forme de-fines gouttes de goudron, dans les gaz brûlés produits, par la combustion de matières combustibles, telles que huile minérale ou gaz naturel. La teneur totale en goudron s'élève jusqu'à environ 500 g par m Une partie du goudron est décomposé thermique- ment, comme décrit plus haut, sur les surfaces chaudes du four, avec dépôt de carbone solide Au-dessus de 600 C, la quantité des produits de pyrolyse émis est nettement plus faible et se compose principalement de méthane et d'hydrogène On a constaté, de manière surprenante, que, dans ce domaine de la pyrolyse, la quantité d'air ou d'oxygène introduite dans la chambre de four peut être accrue, sans augmentation du risque d'explosion, Jusqu-'à la quantité nécessaire pour la combustion des dépôts de carbone solide Grâce à cette combustion des dépotsi on évite le rétrécissement de la section libre-d'écoulement et les freinages du courant de gaz, et, particulièrement dans les fours à wagonnet de sole, une limitation-de la mobilité La chaleur de combustion des dépôts de carbone contribue positivement au bilan thermique du four à cham- bre. L'invention est expliquée ci-après avec référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'un four à wagonnet de sole. la figure 2 est une représentation à échelle agrandie de la partie Il de la figure 1. la figure 3 est une vue en coupe par III-III de la figure 2. Dans les dessins, la référence 1 désigne le bâti du four à wagonnet de sole, 2 désigne la maçonnerie d entou- rage de la chambre et la référence 4 désigne un wagonnet sur lequel sont empilés à espacement des corps de carbone , de préférence dans des récipients spéciaux pour leur grillage Dans la maçonnerie 2, sont insérées des buses 6 par lesquelles est amené de l'air Cet air s'écoule à travers les canaux en-forme de fentes 8, entre la maçon- nerie 2 et les corps de carbone empilés, et dans les canaux entre les piles, comme indiqué parla flèche 7 dans les dessins Cet air est mis en circulation et brassé à l'aide de ventilateurs 9 dans la chambre 3, en commun avec les produits de pyrolyse volatils formés par le grillage des ébauches de carbone Les produits de pyro- lyse volatils et les dépots de produits de pyrolyse soli- des brulent, et la chaleur de combustion est utilisée pour un échauffement supplémentaire de la chambre du four. Le dessin ne représente pas les brûleurs, destinés au chauffage de la chambre au-dessous de 600 %C alimentés avec du gaz naturel, de l'huile minérale ou du gaz régé- néré, ni les canalisations d'amenée d'air de combustion à ces brileurs La disposition des brûleurs, le guidage des gaz de combustion et, le cas échéant, le préchauffage 2527592- de l'air de combustion sont par exemple décrits dans le brevet DE-C 20 29 840 dans le détail. Dans les figures 1 et 2, les ébauches en carbone à griller 5 sont empilés dans des supports ou conteneurs 10 qui s'appuient sur le wagonnet de sole 4 Ce wagonnet est pourvu d'un revêtement d'enveloppe en tale en forme de cuvette 12, une garniture d'étanchéité 13 étant prévue entre la sole 4 et la maçonnerie 2 Grâce à la tle déflectrice 14, qui est disposée devant la buse 6, dans les zones du four situées au-dessous du conteneur et dans la zone de l'empilage d'ébauches, une quantité d'air suf- fisante est introduite pour la combustion des dépôts soli- des de carbone, de telle sorte que les dép&ts perturbant notamment le fonctionnement du four dans ces zones-sont complètement br lés. Pour le grillage d'ébauches en carbone, le four,. constitué par exemple comme un four à wagonnet de sole, est échauffé avec une vitesse prédéterminée, jusqu'à une température de chambre de 6000 C, le combustible et l'air étant amenés dans une proportion telle, que l'excès d'air s'élève à 1 Au-dessus de 600 VC, la quantité d'air est augmentée, par exemple jusqu'à un rapport d'excès d'air de 1,1, de telle sorte que les dépôts contenant du car- bone qui perturbent le fonctionnement du four, sont com- plètement brûlés, sans risque d&explosion. R E V E N D I C A T I 0-N S ) Procédé pour la fabrication de corps en car- bone par grillage d'ébauches contenant des matières trans- formables par pyrolyse dans un four à chambre par lequel sont formés des produits de pyrolyse volatils qui sont décomposés, l'énergie thermique nécessaire étant produite par la combustion de ces produits volatils à l'intérieur de la chambre, procédé caractérisé en ce que, au-dessous d'une température de chambre de 6001 C, la matière combustible est brûlée par amenée d'une quantité stoechiométrique d'air, et, au-dessus de cette tempéra- ture de 6000 C, on insuffle par des buses une quantité d'air supplémentaire dans la chambre. ) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, au-dessus de 6000 C, on insuffle dans la cham- bre de l'air en une quantité suffisante pour la combus- tion dez produits de pyrolyse précipités. ) Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la combustion s'effectue avec un excès d'air de 5 à 15 %. ) Procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise un four à wagonnet de sole. ) Procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que des tôles déflectrices sont disposées devant les buses pour assurer une réparti- tion de l'air injecté par soufflage.