Brevet FR2548660A1 — publié le 19850111

Procédé de fabrication du clinker. La présente invention se rapporte aux procédés de fabrication du clinker par calcination, puis par envoi dans un four rotatif de clinker risation entre 1300 et 14500C environ. Dans l'article de T.M. Lowes et B. Tettmar intitulé "Utilisation of Combustibles wastes in cement manufacture" reprenant une communication au Congrès de Chimie du Ciment-Paris, juillet 1980, on rappelle que les cimenteries consomment beaucoup de combustible et qu'il serait intéressant d'utiliser des ordures ménagères à la place de combustibles primaires. Le chargement direct d'ordures ménagères dans le four n'est pas possible. Il faut leur faire subir un certain nombre d'opérations préalables qui sont coûteuses et diminuent d'autant l'intérêt de leur emploi. Il faut se rendre maître, outre de leur granulométrie et de leur pouvoir calorifique, de leur composition pour minimiser leurs effets sur les caractéristiques du ciment dues à l'intensité de la combustion, à la variation de l'apport thermique, à la variation de la teneur en cendres et à l'hétérogénéité.Les apports de composés volatils, tels que les métaux alcalins, les chlorures et les sulfates ne sont tolérés qu'en des quantités très minimes et, en particulier, la proportion de déchets utilisa ble dépend de leur teneur en chlorure. Les auteurs concluent que, même avec un traitement préalable, les déchets introduits directement dans le four ne peuvent jouer que le rôle d'un combustible auxiliaire en raison de leur influence sur la qualité du produit. A la demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne publiée sous le No. 3 107 710, on se heurte aussi au premier des inconvénients mentionnés ci-dessus, à savoir que les déchets ne peuvent remplacer le mazout qu'en partie, par un procédé mettant en oeuvre un lit fluidisé circulant. Ce lit se compose d'un fluidiseur, d'un cyclone de recirculation et d'un joint fluidisé assurant le renvoi des produits du cyclone au fluidiseur et permettant de prélever une fraction des produits. La partie basse du fluidiseur comprend une grille par laquelle est insufflée une partie de l'air de combustion qui assure la fluidisation en lit dense dans la partie inférieure du réacteur.L'air complémentaire nécessaire à la combustion est introduit à un niveau intermédiaire au-dessus de la grille et assure l'expansion et le transport de la matière fluidisée qui a été introduite au-dessus de la grille. Entre ce niveau d'introduction du carbonate de calcium et la grille, on introduit du combustible et, notamment des combustibles à haute teneur en cendres, comme les déchets de mine, les schistes bitumineux et les ordures ménagères à pouvoir calorifique médiocre, supérieur cependant à 8 MJ par kilogramme. En respectant certains paramètres de fonctionnement, on arrive ainsi à assurer la décarbonatation sans faire appel à un autre combustible de plus fort pouvoir calorifique, en raison du bon contact et du recyclage fournis par ce type de lit et de la possibilité d'utiliser du combustible d'une granulométrie relativement grossière.Mais ce-procédé n'a pas résolu les difficultés relatives à la composition du combustible et, lorsque l'on mentionne que l'on peut utiliser comme combustible "même les ordures ménagères11, il est manifeste qu'il s'agit là, comme le montre l'art antérieur, d'ordures ménagères d'une part triées au préalable pour en éliminer les composés chlorés provenant notamment d'objets en polymères chlorés, et d'autre part d'un combustible d'appoint. Cela est si vrai que dans un article paru dans le numéro de mars-avril 1983 de Bulk-Storage Movement Control, pages 28 à 30, on présente comme un progrès technique considérable le fait de pouvoir remplacer environ 10 % du charbon utilisé comme combustible principal, par des ordures. Or on a maintenant trouvé un procédé qui permet d'utiliser, pour la calcination préalable, uniquement des ordures ménagères qu'il suffit de mettre sous une certaine forme granulométrique sans avoir à en éliminer au préalable par triage les composés chlorés. Le procédé suivant l'invention de fabrication du clinker à partir d'une matière crue à l'état divisé consiste à calciner au préalable la matière crue dans un lit fluidisé circulant, alimenté en outre en un gaz contenant de l'oxygène servant d'agent de fluidisation et en un combustible, pus à clinkériser la matière crue calcinée dans un four rotatif, entre 1300 et 14500C environ. Il est caractérisé en ce qu'il consiste à calciner au préalable, à une température inférieure à 9000C, en alimentant le lit fluidisé en ordures ménagères à titre de combustible, et à évacuer la phase gazeuse sortant du lit fluidisé circulant par un conduit court-circuitant le four rotatif. On a en effet constaté, d'une manière surprenante, que,gr ce à la technique du lit fluidisé circulant telle que décrite à la demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne publiée sous le No. 3 107 710, on pouvait maintenir la calcination préalable en utilisant seulement des ordures ménagères comme combustible.Mais, alors que dans la demande de brevet allemand mentionnée ci-dessus on s'efforçait de pousser la calcination préalable aussi loin que possible et de l'effectuer à une température aussi élevée que possible, afin de porter la matière calcinée à une température élevée pour que le chauffage dans le four rotatif, qui doit s'effectuer à l'aide de combustible noble tel que charbon, mazout ou autre, nécessite le moins possible de ces derniers combustibles, dans le procédé suivant l'invention, on prend garde de calciner à une température inférieure à 9000C, et notamment comprise entre 800 et 9000C.L'expérience a montré qu'en procédant ainsi, et donc en restreignant volontairement la température de calcination, alors que jusqu'ici on s'efforçait de l'élever le plus possible, le chlore contenu par des ordures ménagères, notamment en raison de la présence d'objets d'emballage ou autres en polymères chlorés, notamment en polychlorure de vinyle, ne se dégage pas dans le lit fluidisé circulant et, ainsi, n'attaque pas les conduites et ne porte pas atteinte à l'environnement. On a constaté que, pourvu que la température reste inférieure à 9000C, le chlore reste fixé dans la masse calcinée. Ce n'est que dans le four rotatif où la température dépasse les 9000C que le chlore se dégage. Mais comme on prend soin, suivant l'invention, d'évacuer la phase gazeuse du four rotatif, le chlore ne se retrouve pas dans le clinker et celui-ci n'a pas une teneur en chlorure inacceptable. Du point de vue économique, il est évidemment préférable de n'utiliser comme combustible pour la calcination préalable que des ordures ménagères, mais bien entendu il est possible que le combustible comprenne au moins 20 % d'ordures ménagères en poids, ou plus de 80 % d'ordures ménagères en poids, ou toute autre proportion qui peut s'avérer intéressante à ltendroit où la cimenterie est implantée. Les ordures ménagères sont déchiquetées de manière à présenter une granulométrie inférieure à 10 mm environ et, de préférence, comprise entre 1 et 5 mm environ, avant d'être envoyées au lit fluidisé circulant. I1 vaut mieux faire appel à une matière crue dont la teneur en pâte fondue (calculée suivant Lea à 14000C) est supérieure à 20 % en poids et, de préférence, supérieure à 25 % en poids. Le pourcentage de liquide à 14000C est donné, comme on le sait, par la formule de Lea : 2,95 x + 2,2 y + a + b dans laquelle x est le pourcentage pondéral d'alumine, y est le pourcentage pondéral de fer, a le pourcentage pondéral de magnésium et b le pourcentage pondéral de métal alcalin de la farine crue. Normalement, x = 6, y = 3, a = 2 et b = 1. Dans le cas où on a une matière crue dont la teneur en phase fondue est trop basse, il est bon de l'enrichir en oxyde de fer où en bauxite pour augmenter la quantité de phase liquide. La température de dégagement du chlore dépend, en effet, de cette teneur. La figure unique du dessin annexé, donnée uniquement à titre d'exemple, est un schéma d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. D'une manière générale, cette installation fonctionne comme décrit à la demande de brevet en République Fédérale d'Allemagne No. 3 107 710. La farine croealimente en 1 l'échangeur de chaleur à suspension 2 représenté d'une manière simplifiée par deux cyclônes et par un venturi et, après préchauffage par les gaz sortant du système de circulation en 3, elle est introduite dans le système de circulation par la conduite 4 pour y être calcinée. Le système de circulation se compose du réacteur à lit fluidisé 5, du cyclane séparateur 6 et de la conduite de retour 7. Le réacteur à lit fluidisé 5 est alimenté en gaz de fluidisation par la conduite 8 et en un gaz secondaire par la conduite 9 qui est représenteesous la forme d'une couronne de distribution à son arrivée au réacteur à lit fluidisé. Le combustible, en l'occurence uniquement des ordures ménagères, est admis par le brûleur 10. Le système de soutirage 11 reglable par clapet permet d'alimenter le four rotatif 13 par la conduite 12, avec un débit continu de matières. Dans le four rotatif s'effectue ensuite la clinkérisation grâce à un chauffage, de combustible habitue] tel que charbon ou mazout admis par le brûleur 14. Le clinker est ensuite envoyé par la conduite 15 dans un refroidisseur à grille équipé d'un concasseur puis, par la conduite 17, dans un refroidisseur vertical 18. Dans celui-ci, le refroidissement est assuré par un débit de gaz qui, réchauffé, est envoyé au réacteur à lit fluidisé 5, par la conduite 8 à titre de gaz de fluidisation. L'air réchauffé dans le refroidisseur à grille 16 est envoyé au four rotatif 13 par la conduite 19. Le gaz sortant du four rotatif 13 atteint finalement l'échangeur de chaleur à suspension par la conduite 20. L'échangeur de chaleur à suspension 2 est court-circuité par la conduite 21 de manière. à ce que tout le gaz sortant du four rotatif 13 soit envoyé dans un refroidisseur et à un dispositif de filtration non représenté, sans passer par l'échangeur de chaleur à suspension 2. L'exemple suivant illustre l'invention. Par le système d'introduction 1, on introduit dans l'échangeur de chaleur à suspension 2 un débit de farine crue de 3,1 t/h ayant une granulométrie moyenne de 30 microns. La composition de la farine est la suivante 2,40 t/h de calcaire (CaC03), 0,25 t/h de sable siliceux (SiO2), 0,45 t/h d'argile. Cette matière est préchauffée à 8000C environ dans l'échangeur de chaleur à suspension 2 par le gaz 3 sortant du système de circulation, à une température de 9000C, puis introduite dans le réacteur à lit fluidisé 5 par la conduite 4. Dans le réacteur à lit fluidisé 5 sont également introduits Par la conduite 10, 650 kg-/h d'ordures ménagères de granulométrie moyenne inférieure à 5 mm et de pouvoir calorifique Hu de 8,4 Mj/kg. Les ordures ménagères ont été déchiquetées sur des cisailles rotatives, puis ont subi un déferraillage magnétique, puis un second broyage par percussions. Elles présentent la composition suivante - Matières végétales et putrescibles 13,64 % - Papiers 41,29 % - Métaux 4,38 % - Chiffons 3,53 % - Verres 9,07 % - Os 1,05 % - Débris combustibles non classés (bois, paille, cuir..;) 3,30 % - Débris incombustibles non classés (briques, pierres...) 1,49 % - Matières plastiques 7,82 %. Les métaux sont des métaux ferreux à 91,77 %. 23,63 % de la proportion de matières plastiques est du polychlorure de vinyle. L'humidité globale est de 26,78 % et le pouvoir calorifique inférieur est de 9,04 MJ/kg. Par la conduite 8, on introduit dans le réacteur à lit fluidisé 5, 500 m3 normaux/h de gaz de fluidisation à 4200C et, par la conduite 9, 1200 m3 normaux/h de ce même gaz à 720?C. Dans le système de circulation composé du réacteur à lit fluidisé 5,du séparateur 6 et de la conduite de retour 7, règne une température de8700C. Compte tenu du débit et de la répartition des gaz, on obtient une densité moyenne de suspension de 150 kg/m3 en-dessous de l'introduction du gaz de suspension 9, et une densité moyenne de 10 kg/m3 au-dessus. Le temps de séjour moyen s'établit à 8 minutes et le taux de décarbonation est supérieur à 99 %. Par le système de soutirage 11, on extrait et envoie au four rotatif 13 2 t/h de farine calcinée. Le four rotatif 13 est également alimenté - par le brûleur 14, par 0,067 t/h de charbon de granulométrie 20 % de refux à 90 microns et d'un pouvoir calorifique Hu de 25 MJ/kg - par la conduite 19, par 415 m3 normaux/h d'air chauffé à 8900C dans le refroidisseur à grille 16. La température maximale dans le four rotatif 13 est de 14000C. Le clinker est ensuite transporté par la conduite 15 dans le refroidisseur à grille 16 où il est refroidi directement par 1610 m3 normaux/h d'air. On recueille tous les gaz, et notamment le chlore, du four rotatif 13 par le conduit 20 et on les élimine en tout ou partie de l'installation par la dérivation 21. Le refroidissement du clinker se poursuit dans le refroidisseur vertical 18 et réchauffe ind- rectement un debit d'air de 500m3 normaus/h qui constitue le gaz fluidisé envoyé au réacteur à lit fluidisé 5 à une température de 42O0C. La production de clinker est de 2 t/h, ayant une teneur en chlorure inférieure à 0,05 %. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication du clinker à partir d'une matière crue à l'état divisé, qui consiste à calciner au préalable la matière crue dans un lit fluidisant circulant alimenté, en outre, en un gaz contenant de l'oxygène servant d'agent de fluidisation et en un combustible, puis à clinkériser la matière crue calcinée dans un four rotatif entre 1300 et 14500C environ, caractérisé en ce qu'il consiste à calciner au préalable à une temperature inférieure à 9000C en alimentant le lit fluidisé en ordures ménagères à titre de combustible et à évacuer la phase gazeuse du four rotatif. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le combustible est constitué uniquement pour l'essentiel d'ordures ménagères. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le combustible comprend plus de 20 % d'ordures ménagères. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le combustible comprend plus de 80 % d'ordures ménagères. 5. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le combustible comprend un composé chloré. 6. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le combustible a une granulométrie inférieure à 10 mm environ. 7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le combustible a une granulométrie comprise entre 1 et 5 mm environ. 8. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à calciner au préalable, à une température comprise entre 800 et 9000C environ. 9. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matière crue a une composition telle que la teneur en phase fondue calculée suivant Léa à 14000C est supérieure à 20 % en poids. 10. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la matière crue a une composition telle que la teneur en phase fondue calculée suivant Lea à 14000C est supérieure à 25 % en poids.