Brevet FR2532642A1 — publié le 19840309

Procédé de fabrication de carbure de calcium à partir de chaux/calcaire pulvérulent La présente invention se rapport à un procédé de fabrication de carbure de calcium à partir de chaux/calcaire pulvérulent et de poudre de carbone. Le carbure de calcium a été fabriqué depuis le- début du siècle, et on l'a utilisé comme matière première dans l'industrie chimique lourde depuis longtemps, par exemple pour la production d'azote carbonate et de chlorure de polyvinyle L'importance du carbure comme matière première chimique a diminué mais on l'utilise à un point important pour la production du gaz acétylène pour les industries de génie civil et de chantier naval Pendant ces deux dernières décades, on a utilisé de plus en plus de carbure dans l'industrie du fer et de l'acier dans des buts de désulfurisation. Le carbure de calcium est fabriqué dans des fours à arc électrique, principalement des fours fermés équipés d'électrodes de 55 derberg On utilise de la chaux grillée, du coke et de l'anthracite comme matières premières Les matières premières doivent avoir une certaine dimension de particule (environ 5-40 mm) pour donner au lit, la porosité correcte et des conditions électriques correctes dans la charge Les matières premières doivent par conséquent d'abord être tamisées, ensuite la portion fine obtenue peut être introduite, à un certain point, dans le four, par un système d'électrodes cellulaires La température de fonctionnement du four est de l'ordre de 2000 'C Le carbure est soutiré dans des cuves et on le laisse se solidifier avant d'être broyé, tamisé et conditionné Le carbure technique contient environ 78 % de Ca C 2, 15 % O de Ca O et certains autres oxydes dérivés de la chaux et du carbone. La consommation d'énergie est d'environ 3500 k Wh par tonne de carbure technique, en-calculant sous forme d'énergie dans le four A cela, il faut ajouter environ 300 k Wh par tonne sous forme d'énergie auxiliaire. Ce processus connu présente un grand inconvénient, en effet la matière première doit être en morceaux, ce qui limite les matériaux disponibles De la chaux/calcaire et des matériaux de carbone à grain fin sont généralement considérabiement meilleur marché que les matériaux en morceaux. La méthode du four à arc électrique est également sensible aux propriétés électriques des matières premières, et cela peut également limiter le choix Il est par conséquent important de trouver un procédé qui soit insensible au choix des matières premières et o les matières premières soient dissociées de la conductivité électriaue de la charge du four. La présente invention a pour objet l'élimination des inconvénients cidessus mentionnés pour obtenir un procédé permettant la fabrication de carbure de calcium en une seule étape, en utilisant des matières premières sous forme pulvérulente Le procédé doit également permettre de produire du carbure directementa à partir de calcaire à grain fin (Ca C 03), le calcaire étant directement grillé dans la zone de réaction, pour former de la chaux. Cela est obtenu avec le procédé décrit ci-dessus, au moyen de la solution proposée selon l'invention o la nouveauté réside essentiellement dans le fait que de la chaux/ calcaire pulvérulent, éventuellement avec un agent réducteur, est injecté à l'aide d'un gaz porteur dans un plasma gazeux produit par un générateur de plasma, et ensuite la chaux/ calcaire ainsi chauffé, avec tout agent réducteur utilisé comme plasma gazeux riche en énergie, est introduit dans une chambre de réaction sensiblement entourée de tous côtés d'un agent réducteur solide en morceauxo On fait fondre la chaux et on la réduit en carbure liquide Alternativement, le calcaire est brûlé directement dans la zone de réaction, et les réactions Ca CO 3 Ca O + CO 2 et C 02 + Ca O + 3 C Ca C 2 + CO ont lieu. L'utilisation de matériaux pulvérulents proposée selon l'invention facilite le choix des matières premières de carbure et des matériaux moins coûteux peuvent par conséquent être choisis Le procédé suggéré selon l'invention est également insensible aux propriétés électriques de la matière première, ce qui facilite le choix de l'agent réducteur. L'agent réducteur injecté peut être-un hydrocarbure comme du gaz naturel, de la poudre de carbone, de la poudre de charbon de bois, de l'anthracite, du coke de pétrole qui peut être purifié et/ou de la poussière de coke. La température requise pour le procédé peut facilement être contrôlée en ajustant la quantité d'énergie électrique fournie par unité de plasma gazeux afin d'obtenir des conditions optimales pour la consommation la plus faible possible d'énergie. Comme le calcaire est "brûlé" ou "grillé" directement dans la zone de réaction, il ne faut aucun four à chaux et on peut obtenir une économie considérable d'énergie car la chaux grillée est convertie directement en carbure sans avoir été d'abord refroidie puis chauffée à la température de réaction. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'agent réducteur solide en morceaux est amené continuellement à la zone de réaction à l'allure à laquelle il est consommé. Du coke, du charbon de bois, du coke de pétrole et/ou du noir de fumée sont adoptés comme agent réducteur en morceaux et le plasma gazeux utilisé dans le procédé se compose avantageusement de gaz de traitement recirculant de la zone de réaction. L'agent réducteur en morceaux peut se composer d'une poudre convertie en morceaux à l'aide d'un liant composé de C et H et éventuellement également O, comme du saccharose. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le générateur de plasma utilisé se compose d'un générateur de plasma inductif, donc les impuretés des électrodes sont réduites à un minimum. Le procédé selon l'invention peut avantageusement être utilisé pour la fabrication de carbure technique à une forte teneur en gaz, auquel cas on utilise, comme matières premières, de la chaux/calcaire à l'état extrêmement pur et l'agent réducteur ayant une très faible teneur en impuretés. L'invention sera mieux décrite ci-après en se référant à un certain nombre d'exemples Les réactions sont de préférence accomplies dans *un réacteur semblable à un four à cuve, qui est continuellement chargé à partir du sommet, d'un agent réducteur solide par un sommet de haut. fourneau ayant des canaux fermés d'alimentation uniformément distribués, ou bien un canal annulaire d'alimentation à proximité du pourtour de la cuve. Le matériau de champ pulvérulent est soufflé au fond du réacteur par des tuyères à l'aide d'un gaz inerte ou réducteur L'hydrocarbure et éventuellement même de l'oxygène gazeux peuvent être soufflés vers l'intérieur en même temps, de préférence par les mêmes tuyères. A la partie inférieure de la cuve remplie de l'agent réducteur en morceaux se trouve une chambre de réaction, entourée de tous côtés par ledit agent réducteur en morceaux La réduction de Ca O et la fusion ont lieu instantanément dans cette zone de réduction, comme la calcination du calcaire en chaux lorsque du calcaire est utilisé comme porteur de Ca. Le gaz de réacteur sortant, consistant en un mélange d'oxyde de carbone et d'hydrogène à une forte concentration, peut être remis en circulation et utilisé pour produire le plasma gazeux et comme gaz porteur pour introduire le matériau sous forme pulvérulente. On donnera ci-après un compte rendu de deux expériences accomplies pour mieux illustrer l'invention. EXEMPLE 1 Une expérience a été accomplie à demi-échelle De la chaux calcinée et à grain fin, d'une dimension de particule plus petite que 2 mm a été utilisée comme matière première de chaux La "chambre de réaction" consistait en coke De la poudre de carbone a été utilisée comme agent réducteur et un gaz lavé de réduction consistant en CO et H 2 a été utilisé comme gaz porteur et plasma gazeux. Le courant électrique fourni est de 1000 k W On a amené 4 kg de Ca O/mn en tant que matière première et comme agent réducteur, 3 kg de poudre de carbone par minute et 0,4 kg de coke par minute. On a produit, au total, environ 500 kg de carbure technique pendant l'expérience, ayant une teneur en Ca C 2 de 78 % La consommation moyenne d'électricité était d'environ 4 k Wh par kilo de carbure produit. L'expérience a été mise en oeuvre à une petite échelle et la perte de chaleur était par conséquent considérable Avec récupération de gaz, la consommation d'électricité peut être encore réduite et les pertes de chaleur sont également bien plus faibles dans une installation plus grande. EXEMPLE 2 On a accompli une expérience à demi-échelle Du calcaire à grain fin d'une dimension de particule plus petite que 2 mm a été utilisé comme matière première de la chaux La "chambre de réaction" consistait en coke De la poudre de carbone a été utilisée comme agent réducteur et un gaz de réduction lavé consistant en CO et H 2 a été utilisé comme gaz porteur et plasma gazeux. Le courant électrique fourni était de 1000 k W On a amené 4,-5 kg de Ca O/mn comme matière première et, comme agent réducteur, 1,8 kg de poudre de carbone par minute et 0,4 kg de coke par minute. On a produit, pendant l'expérience, au total, environ 500 kg de carbure technique, ayant une teneur en Ca C 2 de 78 % La consommation moyenne d'électricité était d'environ 6 k Wh par kilo de carbure produit. L'expérience a été effectuée à petite échelle et la perte de chaleur était par conséquent considérable Avec récupération du gaz, la consommation d'électricité peut être encore réduite et les pertes de chaleur sont également bien plus faibles dans une installation plus grande. REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication de carbure de calcium à partir de chaux/calcaire à l'état pulvérulent et de poudre de carbone, caractérisé en ce que la chaux/calcaire à l'état pulvérulent, éventuellement avec un agent réducteur, est injecté à l'aide d'un gaz porteur dans un plasma gazeux produit par un générateur de plasma, ensuite la chaux/calcaire ainsi chauffé, avec tout agent réducteur utilisé en tant que plasma gazeux riche en énergie, est introduit dans une chambre de réaction sensiblement entourée de tous côtés par un agent réducteur solide en morceaux. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chaux se compose de chaux vive que l'on fait fondre et que l'on réduit-en carbure liquide. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chaux est brûlée directement dans la zone de réaction, et par suite, les réactions qui suivent ont lieu: Ca CO 3 + Ca O + CO 2 et CO 2 + Ca O + 3 C " Ca C 2 + CO. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent réducteur injecté consiste en un hydrocarbure comme du gaz naturel, de-la poudre de carbone, de la poudre de charbon, de l'anthracite, du coke de pétrole qui peut être purifié et/ou de la poussière de coke. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent réducteur solide en morceaux est amiené continuellement dans la zone de réaction à l'allure à laquelle il est consommé. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que du coke, du charbon de bois, du coke de pétrole et/ou du noir de fumée sont utilisés comme agent réducteur en morceaux. 7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent réducteur en morceaux comprend une poudre convertie en morceaux au moyen d'un liant composé de C et de H et éventuellement également de O, comme du saccharose. 8 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plasma gazeux utilisé dans le processus comprend un gaz de traitement remis en circulation de la zone de réaction. 9 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de plasma utilisé comprend un générateur de plasma inductif pour réduire les impuretés des électrodes à un minimum. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que de la chaux extrêmement pure et un agent réducteur ayant une très faible teneur en impuretés sont utilisés comme matières premières dans la fabrication de carbure technique à une forte teneur en gaz.