Brevet FR2584308A1 — publié le 19870109

La présente invention a trait à un procédé et un dispositif de décarbonatation de minéraux, notamment de calcaire, sous forme pulvérulente par calcination en lit fluidisé. La décarbonatation des minéraux nécessite généralement une grande quantité de chaleur étant donné que ces réactions sont fortement endothermiques. C'est pourquoi, on avait souvent proposé de la combiner avec des réactions exothermiques, par exemple, avec la combustion de substances organiques. Cependant, les divers carbonates ne se cuisent pas tous avec la même facilité, lorsqu'on les porte à la même température. De plus, l'apport de substances supplémentaires complique le contrôle de la réaction de décarbonatation et nuit à la pureté des produits fabriqués. La demande de-brevet français 84.14622 propose un procédé et un dispositif de décarbonatation qui permettent une plus grande économie d'énergie. Suivant ce procédé au moins une partie du gaz carbonique produit est recyclé pour être utilisé comme gaz de réchauffage préalable des minéraux et comme gaz de fluidisation, l'énergie calorifique nécessaire à la réaction pouvant notamment être d'origine électrique et produite par effet Joule (résistances plongeant dans le lit ou conduction directe dans le médium fluidisé), chauffage diélectrique, par micro-ondes, etc... La chaleur résiduelle du gaz carbonique après le réchauffage préalable des minéraux est utilisé pour chauffer l'air destiné au séchage des minéraux de départ, et suivant une variante, le gaz carbonique recyclé et utilisé comme gaz de fluidisation est réchauffé par les produits de la réaction dans un échangeur à flux séparés.Ce schéma ne permet pas une récupération optimale de la chaleur sensible des produits de la réaction, en particulier parce que le débit de gaz carbonique recyclé est insuffisant pour assurer un refroidissement efficace des produits. Le but de la présente invention est de réduire la consommation énergétique par une meilleure récupération de la chaleur sensible des produits de la réaction. Le procédé objet de l'invention, dans lequel au moins une partie du gaz carbonique produit est recyclé pour être utilisé comme gaz de réchauffage préalable des minéraux et comme gaz de fluidisation, est caractérisé en ce que les produits de réaction calcinés sont refroidis au moyen d'un courant d'air qui est ensuite utilisé pour sécher les minéraux bruts de départ. Si les produits bruts ne sont pas trop humides, l'air de refroidissement peut être utilisé pour réchauffer le gaz carbonique recyclé avant d'être employé au séchage des minéraux bruts. De préférence, les produits calcinés seront refroidis par mise en suspension dans l'air circulant, notamment dans un échangeur à cyclones. Le lit fluidisé peut consister indifféremment en lit fluidisé simple ou à circulation, ou encore en un lit entraîné analogue à un transport pneumatique. I1 peut être isotherme ou à gradient, homogène ou à ségrégation. Sa conception peut être du type silo, tunnel ou multi étagée. La température du lit fluidisé est réglée à l'optimum thermochimique, par exemple la température minimale de décarbonatation à pression atmosphérique. Dans le cas particulier de la fabrication de chaux, la température du lit fluidisé sera réglée entre 850" et 9500C, pour obtenir une chaux très réactive, non clinkérisée sans devoir recourir à des éléments chauffants de surfaces démesurées. Si l'on désire cependant obtenir des minéraux décarbonatés et clinckérisés, notamment dans la fabrication de certains ciments, le procédé de l'invention peut aussi être réalisé à des températures plus élevées, par exemple jusqu'à 1500"C. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé comprenant un réacteur de décarbonatation à lit fluidisé, un préchauffeur pour les minéraux de départ, et un broyeur-sécheur pour les minéraux bruts et est caractérisé en ce qu'il comporte en outre un échangeur de chaleur du type à cyclones pour le refroidissement des produits de réaction calcinés au moyen d'un courant dlair et dont la sortie d'air est reliée à l'entrée du broyeur-sécheur. Selon une variante, un échangeur gaz-air peut être placé sur le circuit d'air entre le refroidisseur et le broyeur-sécheur pour réchauffer le gaz carbonique recyclé, un surpresseur pouvant être prévu sur le circuit de recyclage, en amont dudit échangeur gaz-air. La description qui suit se réfère au dessin l'accompagnant qui montre, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de l'invention. L'unique figure de ce dessin est un schéma d'une installation de calcination, notamment de calcaire, conforme à l'invention. Cette installation comprend essentiellement un réacteur à lit fluidisé 10, un préchauffeur 12 formé par exemple de quatre cyclones reliés en série, un refroidisseur à cyclones 14, un échangeur gaz-air 16 et un broyeur-sécheur 18. Le réacteur 10 utilise le principe de la fluidisation avec les aménagements nécessaires à son bon fonctionnement, le gaz de fluidisation étant du gaz carbonique recyclé. L'apport d'énergie calorifique nécessaire à la réaction peut notamment être d'origine électrique. En général on utilisera l'effet Joule (résistances classiques ou résistances à grandes surfaces de contact plongeant dans le lit ou encore conduction directe dans le médium fluidisé), cependant les autre méthodes de chauffage sont applicables (chauffage diélectrique ou par micro-ondes). Le gaz carbonique produit dans le réacteur 10 est utilisé dans le préchauffeur à cyclones 12 pour chauffer le calcaire, préalablement séché, qui est introduit au niveau A dans l'étage supérieur de cet échangeur. A sa sortie du préchauffeur 12, le gaz carbonique refroidi est dépoussiéré dans un filtre 20, les poussières séparées étant mélangées au calcaire introduit en A. Une fraction du gaz carbonique produit est renvoyée, au moyen du surpresseur 22, dans le réacteur 10 où elle est utilisée comme gaz de fluidisation. La chaux produite est refroidie dans l'échangeur à cyclones 14 au moyen d'air frais. A sa sortie de l'échangeur 14, l'air chaud passe dans l'échangeur gaz-air 16, où il cède une partie de sa chaleur au gaz carbonique recyclé, puis dans le broyeur-sécheur 18 où il est utilisé pour sécher le calcaire brut. L'air humide est rejeté à l'atmosphère après dépoussiérage et le calcaire broyé et séché est amené à l'entrée de l'échangeur 12. La circulation de l'air est assurée par un ventilateur d'exhaure qui n'a pas été représenté sur le dessin. Dans le cas où le calcaire est très humide, l'air chaud en provenance du refroidisseur 14 est introduit directement dans le broyeur-sécheur 18, l'échangeur gaz-air 16 étant alors inutilisé. L'échangeur gaz-air 16 doit être conçu pour recevoir l'air poussiéreux sortant du refroidisseur. L'ensemble réacteur 10 -préchauffeur 12 est en surpression pour éviter la pollution du gaz carbonique par des entrées d'air parasite. Les pertes de charge cumulées du lit fluidisé et des cyclones nécessitent l'utilisation d'un surpresseur 22 sur le circuit de recylage du gaz carbonique. La température du gaz carbonique à la sortie du surpresseur ne devra pas dépasser 1200C pour des raisons de tenue mécanique du surpresseur, ce qui implique que sa température en aval du surpresseur n'excède pas 80"C. Le point de prélèvement du gaz carbonique recyclé sera choisi en conséquence. Le procédé de l'invention permet de récupérer les chaleurs sensibles des produits de la réaction et par conséquent de réduire l'apport d'énergie nécessaire à la décarbonatation. Les moyens pour sa mise en oeuvre ne comprennent que des appareils statiques faciles d'emploi et d'un entretien réduit. REVENDICATIONS 1. Procédé de décarbonatation de minéraux sous forme pulvérulente par calcination en lit fluidisé, procédé dans lequel au moins une partie du gaz carbonique produit est recyclé pour être utilisé comme gaz de réchauffage préalable des minéraux et comme gaz de fluidisation, caractérisé en ce que les produits de réaction calcinés sont refroidis au moyen d'un courant d'air qui est ensuite utilisé pour sécher les minéraux bruts de départ. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'air chaud ayant servi au refroidissement des produits calcinés est utilisé pour réchauffer le gaz carbonique recyclé avant d'être utilisé pour sécher les minéraux bruts. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le refroidissement des produits calcinés est effectué par mise en suspension de ces derniers dans ledit courant d'air. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la température du lit fluidisé est réglée à l'optimum thermochimique. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la température du lit fluidisé est réglée à la température de clinkérisation. 6. Dispositif de décarbonatation de minéraux sous forme pulvérulente par calcination en lit fluidisé comprenant un réacteur à lit fluidisé (10), un préchauffeur (12) où les minéraux de départ sont chauffés au moyen des gaz chauds sortant du réacteur et un broyeur-sécheur (18) des minéraux bruts, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un échangeur de chaleur du type à cyclones (14) où les produits de réaction calcinés sont refroidis au moyen d'un courant d'air et dont la sortie d'air est reliés à l'entrée du broyeur-sécheur (18). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un échangeur gaz-air (16) est placé, sur le circuit d'air, entre ledit échangeur de chaleur (14) et le broyeur-sécheur (18) et sert à réchauffer une fraction du gaz carbonique prélevée à la sortie du préchauffeur (12) et recyclée dans le réacteur (10). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'un surpresseur (22) est placé sur le circuit de recyclage du gaz carbonique en amont dudit échangeur gaz-air (16). 9. Application du procédé et du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 à la fabrication de chaux vive par décarbonatation de calcaire.