Brevet FR2529906A1 — publié le 19840113

La présente invention est relative à un procédé pour la préparation d'un aggloméré possédant de bonnes propriétés mécaniques et techniques de combustion, à partir d'une bouillie aqueuse de charbon, par utilisation d'un agent liant. On connait déjà des procédés par lesquels les bouillies de charbon aqueuses, qui polluent fortement l'environnement et provoquent des problèmes de stockage, sont rendues aptes à subir un traitement ultérieur. Io Ainsi, de nombreux brevets (U S No 4 234 320, DE 29 5 I, GB 2 024 250 A, DE 27 53 628, U S 4 126 426, RB 874 315) ont généralement trait à l'utilisation de bouillies de charbon et plus particulièrement à leur agglomération. I 5 La première étape de l'un quelconque des procédés mentionnés plus haut consiste à mélanger la bouillie de charbon aqueuse avec un agent dit d'agglomération, qui est principalement un hydrocarbure liquide Le mélange peut être effectué par voie mécanique (par exemple à l'aide d'un mélangeur à hélice) , par énergie ultrasonique ou dans un système hydrodynamique dans lequel des phases liquides sont mises en contact avec de grandes différences de vitesse. A la suite de ce mélange, les grains collent à l'huile émulsifiée dans l'eau et forment un aggloméré d'une dimen- sion facilement filtrable En général, il est plus avanta- geux de réaliser le mélange à des températures élevées. Certaines méthodes (par exemple, le brevet U S 4 234 320) suggèrent d'effectuer l'agglomération en deux étapes. Conformément au brevet U S No 4 234 320, la suspension aqueuse de la substance solide est mélangée à l'agglomérant hydrocarboné sous une agitation turbulente; l'agglo- méré formé et séparé de 1 'eau et des grains non-agglomérés, puis il est introduit dans un mélangeur contenant de l'eau dont la tenmérature est supérieure au point de ramollissement de l'agent agglomérant Dans ce mélangeur, une quantité supplé- mentaire d'agent agglomérant est ajoutée, puis l'aggloméré ainsi obtenu, dont la qualité est supérieure à celle du précédent, est séparé par -un séparateur à percussion, de l'eau chaude qui est recyclée dans le procédé. Le procédé conforme au brevet U S N O 4 I 26 426 diffère de la solution précédente principalement en ce qu'avant l'agglomération, la bouillie de charbon est séparée en deux fractions en fonction de la dimension du grain La fraction de plus petite dimension de grain (inférieure à 0,I mm) est mélangée avec un agent agglo- mérant et agglomérée, séparée, pris la fraction de plus grande dimension de grain qui peut être plus facilement traitée est ajoutée après déshyeratatiao à l'aggloméré. I 5 Dans ce cas, également, des hydrocarbures liquides sont utilisés comme agent agglomérant Le procédé est plus efficace aux températures élevées. Conformément au brevet Belge M' 874 315, l'agitation conduisant à l'agglomération est réalisée de façon hydrodynamique: l'hydrocarbure liquide est mélangé à la bouillie de charbon lcularte, l'aggloméra- tion après agitation et la séparation sont effectuées dans une centrifugeuse filtrante Selon cette méthode, il est convenable de préparer une émulsion aqueuse à partir de l'hydrocarbure avant mélange avec la bouillie de charbon. Des données exactes de mélange et de viscosité peuvent étre trouvées dans le brevet britannique No 2 024 250, dans lequel l'agglomération est précédée d'une flottation pour concentrer la matière sèche Un grand avantage du procédé semble résider d 2 ans la faible consommation d'huile. Selon le brevet Allemand No 2 753 628, l'agglo- mération est réalisée avec une émulsion 2 queuse d'huile. Après la séparation, le procédé est répété avec les stériles nonagglomérés Une huile à point d'ébullition élevé est utilisée et l'efficacité est augmentée par l'addition d'agents tensio-actifs La séparation des stériles et de l'eau est réalisée sur un tamis à secousses, puis l'agglo- méré est purifié en le séparant des stériles par lavage. En se basant sur les brevets mentionnés plus haut, les principales caractéristiques des procédés connues sont les suivantes I/ La bouillie aqueuse de charbon est mélangée à un hydro- carbure liquide comme agent agglomérant, de telle sorte I O que les particules forment un aggloméré filtrable Les procédés de mélange sont différents: des procédés méca- niques, hydrodynamiques et ultrasoniques sont décrits. 2/ L'agglomération est plus efficace, si la température du système est plus élevée. I 5 3/ Les hydrocarbures sont principalement des fractions liquides différentes d'huile brute et de produits de distillation du carbone. 4/ Si cela est nécessaire, le séchage du-produit est poussé par voie mécanique et/ou thermique. Avec les solutions connues, le mélange de la bouillie de charbon avec les substances agglomérantes et le chauffage du mélange, exigent toujours deux étapes technologiques distinctes, si bien que la durée du procédé et les besoins en appareillage sont considérablement accrues. La présente invention a pour but d'éliminer les défauts des technologies connues et de préparer économique- -ment un combustible ayant un bon pouvoir calorifique et une faible teneur en cendres. A la suite de ses essais, la demanderesse a mis au point un procédé au cours duquel le mélange et le chauffage peuvent être résolus en une seule étape, à l'aide de vapeur introduite dans la bouillie de charbon. L'inconvénient des technologies connues qui utilisent différents hydrocarbures liquides pour l'agglomé- ration, réside en ce que le produit ne peut pas être facilement manipulé et que, généralement, le pouvoir calorifique de la substance obtenue n'est pas bon. La demanderesse a constaté au cours de ses essais, que dans le cas o l'huile combustible ou l'huile de gou- dron utilisée comme agent agglomérant est additionnée d'une petite quantité ( 1 à 10 %) de brai gras ou bien lorsqu'on utilise du goudron brut qui peut contenir 50 % de brai gras également, les caractéristiques de filtrabilité, de solidité mécanique et de séparation du produit à partir des stériles, Io sont considérablement améliorées, la teneur en cendres du produit est réduite et son pouvoir calorifique accru. De plus, la Demanderesse a constaté que l'effet de la vapeur est augmenté de façon considérable si celle-ci est mélangée à de l'air, parce qu'alors l'effet du mélange I 5 est accru. Il est avantageux d'ajouter un agent tensio-actif à la bouillie de charbon On peut utiliser aussi bien des agents ioniques que des agents non-ioniques. La Demanderesse a constaté que l'addition d'une petite quantité de charbon pulvérulent (à faible teneur en stériles) et, respectivement, de l'aggloméré obtenu en tant que produit, au mélange de bouillie de charbon et d'huile, favorise une meilleure séparation des stériles et des par- ticules et en même temps, améliore les propriétés mécani- ques de l'aggloméré formé. La présente invention a en conséquence pour objet un procédé pour l'utilisation de bouillies de charbon par agglomération sphériques, caractérisé en ce que la bouillie de charbon est mélangée à une huile combustible ou à une huile de goudron contenant de 1 à 10 % et de préférence de 2 à 4 % de brai gras ou bien à du goudron brut, éventuelle- ment conjointement avec du charbon pulvérulent ou un agglo- méré déjà fait et de préférence avec 0,01 à 1,0 % d'un agent tensio-actif ionique ou non-ionique, par rapport à la teneur en substance solide de la bouillie de charbon et elle est agglomérée par de la vapeur sous une surpression d'au moins 0,02 M Pa et, éventuellement, avec de l'air introduit simul- tanément, puis l'aggloméré est séparé des stériles et sa teneur en humidité est réduite. Si la bouillie de charbon formée lors du raffi- nage de charbon convenable pour la cokéification, est traitée conformément au procédé de la présente invention, la teneur en cendres peut être réduite à une valeur même inférieure à 12 % et ainsi, l'aggloméré obtenu peut être rendu apte à la cokéification également Ce fait est très important pour l'ingénierie de production d'énergie. L'essence du procédé est illustrée par le dia- gramme de fonctionnement annexé, représenté à la figure 1 de la façon suivante On envoie la bouillie de charbon contenant envi- ron 30 % de matière sèche et environ 35 à 40 % de stériles par rapport à la matière sèche, depuis le réservoir de décantation 1, à l'aide d'une pompe à bouillie 13, à travers l'échangeur de chaleur 4, jusqu'au récipient de pré-mélange 5 Dans le mélangeur 5,on peut mélanger du charbon pul- vérulent et de l'aggloméré, respectivement, si nécessaire, en prove- nance des réservoirs 3 et 21 respectivement La bouillie de charbon est agglomérée dans le réacteur de mélange 6 actionné par l'introduction (tangentielle) de vapeur, en ajoutant, à partir du réservoir 2 par la pompe 12, du goudron brut ou, respectivement, de l'huile combustible ou de l'huile de goudron préchauffée-dans l'échangeur de chaleur 4 et contenant 3 % de brai gras Il est convenable d'envoyer dans le mélangeur l'huile pulvérisée avec la vapeur L'aggloméré préparé dans le réacteur de mélange 6 et la bouillie de stériles préparée sont à nouveau envoyés à travers l'échangeur de chaleur 4, puis conduits dans le séparateur à contre-courant 7 dans lequel le produit de queue est constitué par un aggloméré de charbon formé avec l'huile et le produit de tête comprend les stériles éliminés en bouillie diluée L'aggloméré quittant le séparateur 7 est déshydraté à l'aide d'un séparateur mécanique 9 et envoyé par le système transporteur 10 vers le site d'utilisation ou de stockage Les stériles quit- tant le séparateur 7 sont mélangés avec un agent de floculation dans le mélangeur 8, puis conduits vers le décanteur 11, à partir duquel des stériles décantés contenant environ 40 % d'humidité sont dirigés vers un dessicateur à l'aide de la pompe 15 L'eau apparaissant au IO trop-plein et pratiquement dépourvue de bouillie, est utilisée par la vanne I 3 et la pompe 14 en partie pour l'alimentation du séparateur par décantation 7, en partie pour être recyclée dans l'unité de traitement du charbon, par la vanne 17. I 5 Le filtrat apparaissant dans le filtre 9 est envoyé à travers la-vanne 18 dans la mëme circulation d'eau. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions, qui ressortiront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complé- ment de description qui va suivre, qui se réfère aux exemples de mise en oeuvre du procédé objet de la pr-é 1 sente invention. Il doit être bien entendu, toutefois, que ces exemples de mise en oeuvre, sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, dont ils ne cons- tituent en aucune manière une limitation. EXEMPLE 1 Une bouillie de charbon présentant une teneur en matière sèche de 250 g/l et un résidu incombustible de 35 % est envoyée à travers un échangeur de chaleur à raison de 4 1/mn dans un mélangeur d'agglomération De l'huile combus- tible contenant 3 % de brai gras (huile combustible sulfu- rique lourde F 60/130) est ajoutée à raison de 100 g/minute à la bouillie de charbon préchauffée à 50 60 La visco- sité de l'huile combustible est de 5,2 E O à 700 C et le point de ramollissement du brai gras dissous dans celle-ci est de 85 950 C Le mélange intense de la bouillie de charbon et d'huile ajoutée est obtenu par l'introduction tangentielle de vapeur directe L'huile est pulvérisée simultanément avec la vapeur La pression de la vapeur d'eau saturée utilisée pour le mélange est de 0,1 M Pa. L'aggloméré préparé dans le mélangeur et la bouillie de stériles séparée sont conduits à travers un échangeur de chaleur dans un décanteur à contre-courant, dans lequel I O le produit de queue comprend l'aggloméré de charbon formé avec l'huile et le produit de tête est constitué des stériles éliminés sous forme de bouillie diluée L'agglo- méré quittant le décanteur est déshydraté par un filtre à vide et transporté vers le site d'utilisation ou de I 5 stockage par un système de transport La quantité d'agglo- méré formée est de 0,95 à 1,0 Kg/minute et sa composition est la suivante teneur en eau 9 % teneur en substance solide 80 % teneur en huile 1 % résidu en combustible 17 % Les stériles quittant le décanteur sont mélangés dans le mélangeur avec un agent de floculation, puis intro- duits dans le décanteur, dont sortent les stériles décantés ayant une teneur en humidité de 40 % et qui sont envoyés dans le dessicateur. La quantité de stériles formée est de 420 à 450 g/minute et leur teneur en humidité s'élève à 40-42 %. La teneur en'huile des 170 à 180 g de stériles séchés est de 1,2 à 1,3 %, leur teneur en carbone mesurée est de 3-4 % et le résidu incombustible est de 87 89 %. L'eau apparaissant dans le décanteur est pratiquement dépourvue de bouillie et le filtrat obtenu dans le sépara- teur sont recyclés dans le courant d'eau du système. EXEMPLE 2 Le procédé est identique à celui décrit dans l'exemple 1, sauf que l'huile combustible contenant 3 % de brai gras est remplacée par la même quantité d'huile de goudron contenant 10 % de brai gras et que 0,1 % du sel sodique de l'acide dodécyl-sulfonique par rapport à la teneur en substance solide de la bouillie de charbon, est ajouté. La quantité d'aggloméré formée est de 1050 Kg IO *et sa composition est la suivante teneur en eau 9,5 % teneur en substance solide 80 % teneur en huile 10,5 % résidu incombustible 17 % La quantité de stériles formée est de 450 g et la teneur en eau s'élève à 43 %. EXEMPLE 3 Le procédé est sensiblement identique à celui qui est décrit dans l'exemple 1, si ce n'est que dans le prémélangeur, un aggloméré préparé auparavant est ajouté à la bouillie de charbon de départ. La quantité d'aggloméré ajoutée est de g/minute et sa composition est la suivante: teneur en substance solide teneur en huile teneur en eau résidu incombustible La quantité d'aggloméré formée est de 1,1 par minute et sa composition est la suivante teneur en eau teneur en huile teneur en substance solide résidu incombustible % 16 %- 8,2 % 12,4 % kg 9 % 16 % % 13,5 % Quantité de stériles formée 480 g dont la teneur en eau est de 43 44 % La teneur en huile de la matière sèche est de 1,3 %, sa teneur en C mesurée s'élève à 4,0 % et la quantité de résidu incombustible est de 88 %. EXEMPLE 4 Le procédé est identique au procédé décrit dans l'exemple 1, si ce n'est que la bouillie de charbon de départ présente une moindre teneur en cendres ( 2,5 %) I O et qu'une centrifugeuse est utilisée pour la déshydratation. La quantité d'aggloméré formée est de 1050 kg et sa composition est la suivante: teneur en eau I O % teneur en huile I O % I 5 teneur en substance solide 80 % résidu incombustible I O % Si le charbon de départ convient à la préparation de coke de haut-fourneau, l'aggloméré formé est également d'une qualité correcte pour la cokéification. La quantité de stériles éliminée est de 380 g et la teneur en eau s'élève à: 41 % La teneur en huile de la matière sèche de ceux-ci est de 1,2 % à 1,3 %, la teneur en carbone de leur partie combustible s'élève à 3,5 40 % et le résidu incombustible est de 91 9 1,5 % Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de mise en oeuvre, de réalisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite; elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écar- ter du cadre, ni de la portée, de la présente invention. R E V E N D I C A T I ON S I Procédé pour l'utilisation de bouillies de charbon par agglomération sphérique, caractérisé en ce qu'on mélange la bouillie de charbon avec une huile combustible ou une huile de goudron contenant de 1 à 10 %, et de préfé- rence de 2 à 4 % de brai gras ou avec du goudron brut, éventuellement conjointement avec du charbon pulvérulent ou un aggloméré déjà fait et de préférence avec 0,01 à 1,0 % d'un agent tensioactif ionique ou non-ionique, par IO rapport à la teneur en substance solide de la bouillie de charbon, et en ce qu'on l'agglomère avec de la vapeur sous une surpression d'au moins 0,02 M Pa et éventuellement, avec de l'air introduit simultanément, puis on sépare l'aggloméré des stériles et on réduit sa teneur en humidité. I 5 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vapeur est introduite tangentiellement dans le système. 3 Procédé selon la revendication i ou la revendi- cation 2, caractérisé en ce que l'huile est pulvérisée sur la bouillie de charbon à l'aide de la vapeur. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, pour la préparation d'un produit à cokéifier, caractérisé en ce qu'on utilise comme matière de départ une bouillie de charbon formée lors du raffinage de charbons de cokéfaction.