Brevet FR2822840A1 — publié le 20021004

La présente invention concerne un procédé de production d'un combustible à faible teneur en cendre au moyen de coke de pétrole calciné. En particulier, la présente invention concerne un procédé de production d'un combustible à faible teneur en cendre et à faible teneur en phosphore de type moulé, dur, résistant à l'eau, ayant une composition chimique telle qu'il peut être utilisé en toute sécurité à la place du coke constituant un sous-produit ou du coke de four à ruches pour des applications industrielles et/ou métallurgiques. Le coke de pétrole est produit pendant le raffinage du pétrole brut. Après calcination, le coke de pétrole donne un matériau carboné d'excellente qualité à faible teneur en cendre, à faible teneur en matières volatiles, à faible teneur en phosphore et à haute teneur en carbone fixé. Le coke de pétrole calciné a toutefois une utilité très limitée et, actuellement, il est utilisé dans une certaine mesure dans l'industrie des électrodes. Il n'a pas d'utilisation dans les domaines industriels/ métallurgiques du fait de ses propriétés chimiques et physiques qui le rendent incapable de résister aux sollicitations dans un four. La plupart des raffineries ont un très bon stock de coke de pétrole calciné. Au cours des dernières années, la demande de coke métallurgique/industriel à faible teneur en cendre a augmenté dans une large mesure et continue d'augmenter avec le développement des petites aciéries et fonderies pour la production d'acier et de produits moulés de haute qualité répondant aux normes internationales. Un procédé de production d'un combustible à faible teneur en cendre adapté aux besoins des consommateurs augmenterait la production d'un combustible à faible teneur en cendre et en phosphore sous forme de briquettes capable de remplacer le coke métallurgique/industriel à faible teneur en cendre rare dans les bas fourneaux et les fours de fonderie, pour produire de l'acier et des produits moulés de haute qualité. Un combustible en briquettes à faible teneur en cendre contribuerait non seulement à la production de produits de bonne qualité mais aussi à augmenter le rendement, ce qui serait favorable à l'échelle industrielle. Le coke métallurgique/industriel est produit par carbonisation à haute température du charbon dans des fours à ruches de type sans récupération ou dans des fours à coke de type à récupération des sous- produits. Pour produire du coke métallurgique/industriel à faible teneur en cendre et en phosphore, il est nécessaire de carboniser du charbon à faible teneur en cendre et en phosphore. Cependant, en Inde, le charbon à coke à faible teneur en cendre et en phosphore est très rare, ce qui a conduit l'industrie du fer et de l'acier à importer du coke métallurgique à faible teneur en cendre et en phosphore pour la production d'acier et de produits moulés de haute qualité. Il existe des procédés développés pour produire un combustible en briquettes au moyen de charbon et de fines de coke et d'un liant constitué par du goudron de houille traité qui peut remplacer le coke conventionnel utilisé dans les applications métallurgiques/industrielles. Dans le brevet indien no 129108, il est décrit un procédé pour la production de combustibles moulés résistant aux intempéries, durs, sans fumée, pour des applications industrielles/ métallurgiques, utilisant des fines de coke et du charbon, notamment. Tous les procédés mentionnés ci-dessus sont destinés à la production d'un combustible en briquettes qui peut remplacer le coke industriel/métallurgique conventionnel. Toutefois, de même que le coke conventionnel, le combustible en briquettes obtenu à partir de fines de coke a lui aussi une haute teneur en cendre et une teneur en phosphore relativement élevée. Un tel type de produit ne convient pas pour la production de fer et d'acier de haute qualité, à faible teneur en phosphore. Actuellement, la tendance dans l'industrie du fer et de l'acier est en faveur du coke métallurgique/industriel à faible teneur en cendre et en phosphore pour produire de l'acier et des produits de fonderie de haute qualité de manière économique pour rendre les produits compétitifs sur le marché. Jusqu'à maintenant, aucun procédé n'a été développé pour la production d'un combustible à faible teneur en cendre et en phosphore capable de remplacer le coke métallurgique/industriel à faible teneur en cendre qui est rare. La présente invention a pour but de remédier à la rareté du coke métallurgique à faible teneur en cendre et en phosphore grâce à un procédé de production d'un combustible en briquettes préparé à partir du coke de pétrole calciné qui est abondant dans le pays. Ainsi, la présente invention a pour but de fournir un procédé de production d'un combustible à faible teneur en cendre au moyen de coke de pétrole calciné, permettant d'éviter les inconvénients évoqués ci-dessus. La présente invention a également pour but d'utiliser le combustible en briquettes pour la production de fer et d'acier de qualité spéciale du fait que la teneur en cendre et en phosphore du combustible est bien inférieure à celle du coke constituant un sous-produit et du coke de four à ruches. La présente invention a également pour but de fournir un produit de taille et de forme uniformes permettant la pleine utilisation du produit et assurant une meilleure perméabilité à l'air du lit. Un procédé de production d'un combustible à faible teneur en cendre adapté aux besoins des consommateurs au moyen de coke de pétrole calciné augmenterait la production d'un combustible en briquettes à faible teneur en cendre et en phosphore pouvant remplacer le coke métallurgique/industriel à faible teneur en cendre rare dans les bas fourneaux et les fours de fonderie pour produire de l'acier et des produits moulés de haute qualité. Ainsi, la présente invention fournit un procédé de production d'un combustible à faible teneur en cendre avec du coke de pétrole calciné qui comprend le broyage et le tamisage du coke de pétrole calciné à 3 mm, le mélange des produits broyés et tamisés pour obtenir une masse volumique apparente située dans le domaine de 760 à 800 kg/m3, le mélange de 10 à 100 % du coke de pétrole calciné résultant avec 0 à 50 % de fines de coke, le prétrempage du mélange ainsi obtenu avec 5-10 % d'eau, le mélange avec un liant puis le malaxage en présence de vapeur vive, puis la mise sous forme de briquettes et la cuisson des briquettes crues dans un four dans une atmosphère oxydante contrôlée, au moyen d'un mélangeur à deux pales et d'un alimentateur à vis et la cuisson des briquettes crues dans un four où la température est maintenue au niveau voulu par production d'un gaz de fumée chaud par combustion du charbon dans une atmosphère oxydante contrôlée, pour obtenir le combustible à faible teneur en cendre. De préférence, de l'asphalte ou du goudron basse température traité est utilisé comme liant. De préférence encore, le liant est utilisé à raison de 6 à 7 %. De préférence, la cuisson des briquettes est réalisée à une température de 250 à 300 C pendant une durée de 2,5 à 5,5 h. Le produit obtenu, qui comprend un combustible à faible teneur en cendre moulé, dur, résistant à l'eau, peut être utilisé en toute sécurité à la place du coke constituant un sous-produit ou du coke de four à ruches pour des applications industrielles et/ou métallurgiques. Le produit peut être mis à des dimensions voulues pour répondre aux demandes des industries du ferrochrome, du ferrosilicium, du ferromanganèse, notamment. On utilise des liants comme l'asphalte de qualité 80/100 et le goudron basse température traité qui sont d'accès facile et qui minimisent ainsi les coûts de préparation du liant. Le procédé selon l'invention n'exige aucune étape de carbonisation pour rendre le produit sans fumée, dur et résistant à l'eau, de sorte que ce procédé est moins exigeant en énergie. Le coke de pétrole calciné obtenu dans les raffineries est tamisé à 3 mm. Le refus au tamis de 3 mm est broyé à une taille de particule inférieure à 3 mm puis mélangé avec le passant au tamis de 3 mm obtenu précédemment, pour obtenir une masse volumique apparente de 760 à 800 kg/m3. L'utilisation du coke de pétrole calciné à raison de 10 à 50 % en masse, en mélange avec des fines de coke (3 mm), permet d'obtenir une plus grande résistance mécanique en termes de résistance à l'écrasement par points et d'indice Micum. La teneur en cendre du produit est réduite également dans une mesure qui est utile pour maintenir la viscosité des scories dans le four. Le coke de pétrole calciné avec ou sans fines de coke est ensuite prétrempé avec 5-10 % d'eau par rapport à la masse des solides secs. Puis, il est mélangé avec de l'asphalte de qualité 80/100 à titre de liant. Le rapport solides : liant est maintenu à 93 : 7 par rapport à la masse des solides secs. Le liant peut être constitué par de l'asphalte de qualité 80/100 ayant un point de ramollissement de 45-52OC ou par une fraction de coupe de goudron de houille supérieure à 3000C ayant un point de ramollissement de 45-52OC obtenue par carbonisation du charbon à basse température ou à température moyenne. Le mélange est ensuite mélangé et malaxé soigneusement dans un malaxeur en présence de vapeur vive à une pression manométrique de 5,9 x 10-7, 4 x 105 Pa (6, 0 kg/cm2-8, 0 kg/cm2) tandis que la température du mélange atteint 70-90 C. Le mélange chaud provenant du malaxeur est ensuite introduit dans un mélangeur à deux pales pour refroidir le mélange à 50-60 C. Le mélange provenant de l'étape précédente est ensuite introduit dans une presse à briquettes à deux rouleaux par le biais d'un alimentateur à vis/alimentateur à pelle. Le mélange est mis sous forme de briquettes au moyen de la presse à deux rouleaux à une pression de 196 x lOs-294 x 105 Pa (200-300 kg/cm2). Les briquettes crues ainsi obtenues ont une masse de 25 à 380 g en fonction des dimensions des briquettes. Les briquettes crues sont cuites dans un four, de manière discontinue. Le chauffage du four et le contrôle de la température au niveau voulu sont réalisés par production d'un gaz de fumée chaud par combustion du charbon dans une atmosphère oxydante contrôlée. La température du lit de cuisson est augmentée par introduction du gaz de fumée chaud au travers des briquettes placées en couches dans des conditions contrôlées. La température finale du lit de cuisson est portée à 250-3000C et la température est maintenue dans ce domaine pendant environ 2,5-5, 5 h en fonction des dimensions des briquettes. Les briquettes cuites sont ensuite retirées du four et refroidies à l'atmosphère. La présente invention sera mieux comprise à la lecture des exemples non limitatifs suivants. EXEMPLE 1 Du coke de pétrole calciné (CPC) a été tamisé initialement sur un tamis de 3 mm et le refus a été broyé dans un concasseur à mâchoires puis dans un concasseur à deux rouleaux pour obtenir un produit passant à 100 % au travers du tamis de 3 mm. Le CPC tamisé et broyé a été mélangé intimement puis il a été mélangé avec des fines de coke (3 mm) à raison de 10 : 90 en masse. Ce mélange a ensuite été prétrempé avec 10 % d'eau et mélangé avec 7 % d'asphalte de qualité 80/100 en masse. Le mélange obtenu a ensuite été introduit dans un malaxeur-mélangeur dans lequel il a été malaxé soigneusement en présence de vapeur vive à une pression de 5,9 x 105 Pa (6 kg/cm2). Le produit malaxé chaud a ensuite été introduit dans un mélangeur refroidisseur de type à deux pales pour refroidir le mélange à une température de 55-60oc. Le produit refroidi a ensuite été introduit en continu dans une presse à briquettes à deux rouleaux par l'intermédiaire d'un alimentateur à vis et a été mis sous forme de briquettes à une pression de 216 x 105-235 x 105 Pa (220- 240 kg/cm2). Enfin, les briquettes crues ont été cuites dans un four à une température de 250 10 C pendant 3 h par production de gaz de fumée chaud dans des conditions contrôlées. PROPRIETES DES BRIQUETTES CUITES (i) Masse des briquettes, g : 72, 9 (ii) Masse vol. apparente, kg/m : 672 (iii) Résistance à l'écrasement par points, kg : 299 (iv) Indice Micum : M4o : 95, 0 Mio : 5, 0 (v) Porosité, % : 40, 1 (vi) Analyse approximative, % M 1, 7 Cendre 19, 7 V. M : 5, 1 F. C 73, 5 (vii) C. V. kJ/kg (kcal/kg) 22509 (5385) (viii) Réactivité à l'égard de C02 142 (ix) Phosphore, % 0, 035 (x) Soufre, % 0, 72 (xi) Azote, % 0, 95 (xii) Carbone, % 75, 70 (xiii) Hydrogène, % 0, 80 EXEMPLE II Du coke de pétrole calciné (CPC) a été initialement tamisé sur un tamis de 3 mm, et le refus a été broyé dans un concasseur à mâchoires puis un concasseur à deux rouleaux de manière à obtenir 100 % de produit passant au travers du tamis de 3 mm. Le CPC tamisé et broyé a été mélangé soigneusement et intimement. Puis, le CPC (3 mm) a été mélangé avec des fines de coke (3 mm) dans un rapport de 20 : 80 en masse. Le mélange a été prétrempé avec 10 % d'eau et mélangé avec 7 % d'asphalte de qualité 80/100 en masse. Le mélange a ensuite été introduit dans un malaxeur-mélangeur où il a été malaxé soigneusement en présence de vapeur vive à une pression de 5,9 x 105 Pa (6 kg/cm2). Le produit malaxé chaud a ensuite été introduit dans un mélangeurrefroidisseur de type à deux pales pour refroidir le mélange à une température de 55-60 C. Le produit refroidi a ensuite été introduit en continu dans une presse à briquettes à deux rouleaux par le biais d'un alimentateur à vis et a été mis sous forme de briquettes à une pression de 216 x 105-235 x 105 Pa (220-240 kg/cm2). Enfin, les briquettes crues ont été cuites dans un four à une température de 250 10 C pendant 3 h par production de gaz de fumée chaud dans des conditions contrôlées. PROPRIETES DES BRIQUETTES CUITES (i) Masse des briquettes, g : 74, 1 (ii) Masse vol. apparente, kg/m3 : 672 (iii) Résistance à l'écrasement par points, kg : 323 (iv) Indice Micum M4o : 92, 5 Mio : 7, 5 (v) Porosité, % : 38, 0 (vi) Analyse approximative, % M 1, 6 Cendre 18, 5 V. M 4, 5 F. C 75, 4 (vii) C. V. kJ/kg (kcal/kg) 23094 (5525) (viii) Réactivité à l'égard de C02 146 (ix) Phosphore, % 0, 037 (x) Soufre, % 0, 75 (xi) Azote, % 1, 12 (xii) Carbone, % 75, 93 (xiii) Hydrogène, % 1, 01 EXEMPLE III Du coke de pétrole calciné (CPC) a été initialement tamisé sur un tamis de 3 mm et le refus a été broyé dans un concasseur à mâchoires puis un concasseur à deux rouleaux de manière à obtenir 100 % de produit traversant le tamis de 3 mm. Le CPC tamisé et broyé a été mélangé soigneusement et intimement. Le CPC (3 mm) a ensuite été mélangé avec des fines de coke (3 mm) dans un rapport de 30 : 70 en masse. Le mélange a ensuite été prétrempé avec 10 % d'eau puis mélangé avec 7 % d'asphalte de qualité 80/100 en masse. Le mélange a ensuite été introduit dans un malaxeur-mélangeur ou il a été malaxé soigneusement en présence de vapeur vive à une pression de 5,9 x 105 Pa (6 kg/cm2). Le produit malaxé chaud a ensuite été introduit dans un mélangeur-refroidisseur de type à deux pales pour refroidir le mélange à une température de 55-60 C. Le produit refroidi a ensuite été introduit en continu dans une presse à briquettes à deux rouleaux par le biais d'un alimentateur à vis et a été mis sous forme de briquettes à une pression de 216 x 105-235 x 105 Pa (220-240 kg/cm2). Enfin, les briquettes crues ont été cuites dans un four à une température de 250 10 C pendant 3 h par production de gaz de fumée chaud dans des conditions contrôlées. PROPRIETES DES BRIQUETTES CUITES (i) Masse des briquettes, g : 77, 0 (ii) Masse vol. apparente, kg/m3 : 640 (iii) Résistance à l'écrasement par points, kg : 329 (iv) Indice de Micum M40 : 90,00 Mio : 10, 0 (v) Porosité, % : 29,9 (vi) Analyse approximative, % M 1, 3 Cendre 15, 4 V. M : 415 F. C 78, 8 (vii) C. V. kJ/kg (kcal/kg) 24641 (5895) (viii) Réactivité à l'égard de C02 154 (ix) Phosphore, % 0, 026 (x) Soufre, % : 0, 74 (xi) Azote, % : 0, 94 (xii) Carbone, % : 79, 79 (xiii) Hydrogène, % : 1, 08 EXEMPLE IV Du coke de pétrole calciné (CPC) a été initialement tamisé sur un tamis de 3 mm et le refus au tamis a été broyé dans un concasseur à mâchoires puis dans un concasseur à deux rouleaux pour obtenir 100 % de produit traversant le tamis de 3 mm. Le CPC tamisé et broyé a été mélangé soigneusement et intimement. Le CPC (3 mm) a ensuite été mélangé avec des fines de coke (3 mm) dans un rapport de 40 : 60 en masse. Le mélange a été prétrempé avec 10 % d'eau puis mélangé avec 7 % d'asphalte de qualité 80/100 en masse. Le mélange a ensuite été introduit dans un malaxeur-mélangeur où il a été malaxé soigneusement en présence de vapeur vive à une pression de 5,9 x 105 Pa (6 kg/cm2). Le produit malaxé chaud a ensuite été introduit dans un mélangeurrefroidisseur de type à deux pales pour refroidir le mélange à une température de 55-600C. Puis le produit refroidi a été introduit en continu dans une presse à briquettes à deux rouleaux par le biais d'un alimentateur à vis et a été mis sous forme de briquettes à une pression de 216 x 105-235 x 105 Pa (220-240 kg/cm2). Enfin, les briquettes crues ont été cuites dans un four à une température de 250 10 C pendant 3 h par production de gaz de fumée chaud dans des conditions contrôlées. PROPRIETES DES BRIQUETTES CUITES (i) Masse des briquettes, g : 80, 00 (ii) Masse vol. apparente, kg/m3 : 672 (iii) Résistance à l'écrasement par points, kg : 385 (iv) Indice Micum M40 : 91,2 Mio : 8, 8 (v) Porosité, % : 31,6 (vi) Analyse approximative, % M : 0,6 Cendre 14, 4 V. M 4, 5 F. C 80, 5 (vii) C. V. kJ/kg (kcal/kg) 28048 (6710) (viii) Réactivitéà l'égard deCO2 : 156 (ix) Phosphore, % 0, 017 (x) Soufre, % 0, 75 (xi) Azote, % 0, 68 (xii) Carbone, % 81, 49 (xiii) Hydrogène, % 0, 80 EXEMPLE V Du coke de pétrole calciné (CPC) a été initialement tamisé sur un tamis de 3 mm, et le refus au tamis a été broyé dans un concasseur à mâchoires puis dans un concasseur à deux rouleaux de manière à obtenir 100 % de produit traversant le tamis de 3 mm. Le CPC tamisé et broyé a été mélangé soigneusement et intimement. Le CPC (3 mm) a ensuite été mélangé avec des fines de coke (3 mm) dans un rapport de 50 : 50 en masse. Le mélange a ensuite été prétrempé avec 10 % d'eau puis mélangé avec 7 % d'asphalte de qualité 80/100 en masse. Le mélange a ensuite été introduit dans un malaxeur-mélangeur où il a été malaxé soigneusement en présence de vapeur vive à une pression de 5,9 x 105 Pa (6 kg/cm2). Le produit malaxé chaud a ensuite été introduit dans un mélangeur-refroidisseur de type à deux pales pour refroidir le mélange à une température de 55-60 C. Le produit refroidi a été introduit en continu dans une presse à briquettes à deux rouleaux par le biais d'un alimentateur à vis et a été mis sous forme de briquettes à une pression de 216 x 105-235 x 105 Pa (220-240 kg/cm2). Enfin, les briquettes crues ont été cuites dans un four à une température de 250 10 C pendant 3 h par production de gaz de fumée chaud dans des conditions contrôlées. PROPRIETES DES BRIQUETTES CUITES (i) Masse des briquettes, g : 77, 7 (ii) Masse vol. apparente, kg/m3 : 688 (iii) Résistance à l'écrasement par points, kg : 425 (iv) Indice Micum M40 : 92, 5 Mio : 7, 5 (v) Porosité, % : 37,0 (vi) Analyse approximative, % M : 1, 1 Cendre 12, 3 V. M 4, 8 F. C 81, 8 (vii) C. V. k3/kg (kcal/kg) 27191 (6505) (viii) Réactivité à l'égard de C02 138 (ix) Phosphore, % 0, 010 (x) Soufre, % 0, 86 (xi) Azote, % 0, 80 (xii) Carbone, % 83, 08 (xiii) Hydrogène, % 1, 03 EXEMPLE VI Du coke de pétrole calciné (CPC) a été initialement tamisé sur un tamis de 3 mm, et le refus au tamis a été broyé dans un concasseur à deux mâchoires puis dans un concasseur à deux rouleaux de manière à obtenir 100 % de produit traversant le tamis de 3 mm. Le CPC tamisé et broyé a été mélangé soigneusement et intimement. Le mélange a ensuite été prétrempé avec 10 % d'eau puis mélangé avec 7 % d'asphalte de qualité 80/100 en masse. Le mélange a ensuite été introduit dans un malaxeur-mélangeur où il a été malaxé soigneusement puis il a été introduit dans un mélangeur-refroidisseur de type à deux pales où il a été refroidi à une température de 55-60 C. Le produit a ensuite été introduit en continu dans une presse à briquettes à deux rouleaux par le biais d'un alimentateur à vis et a été mis sous forme de briquettes à une pression de 216 x 105-235 x 105 Pa (220-240 kg/cm2). Enfin, les briquettes crues ont été cuites dans un four à une température de 250 10 C pendant 3 h par production de gaz de fumée chaud dans des conditions contrôlées. Le procédé selon la présente invention est simple et peu coûteux, il donne un combustible dur, mis en forme et dimensionné, sans cendre, résistant à l'eau et aux intempéries à partir du coke de pétrole calciné produit dans les raffineries de pétrole. Le produit obtenu à partir du coke de pétrole calciné a une très faible teneur en cendre, une faible teneur en phosphore et peut être mis en forme et dimensionné de manière appropriée pour répondre aux demandes des industries du ferrochrome, du ferrosilicium, du ferromanganèse, notamment. Le procédé selon l'invention utilise comme liant de l'asphalte de qualité 80/100 d'accès facile sur le marché, ce qui réduit les coûts de production. Le procédé est relativement peu coûteux car il consomme un plus faible pourcentage de liant et car il ne nécessite un broyage que pour une fraction du coke de pétrole calciné et des fines de coke. Le procédé n'exige aucune étape de carbonisation pour rendre le produit sans cendre. Enfin, ce procédé est relativement moins coûteux pour la production d'un combustible à faible teneur en cendre et en phosphore, et à haute valeur calorifique destiné à être utilisé comme combustible pour des applications industrielles/métallurgiques à la place du coke conventionnel. Les investissements nécessaires pour une installation d'une capacité de 40 tonnes par jour restent tout à fait dans les limites admises pour le secteur industriel à petite échelle. REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'un combustible à faible teneur en cendre au moyen de coke de pétrole calciné, caractérisé en ce qu'il comprend le broyage et le tamisage du coke de pétrole calciné à une taille inférieure à 3 mm, le mélange du produit broyé et tamisé pour obtenir une masse volumique apparente dans le domaine de 760 à 800 kg/m3, le mélange de 10 à 100 % du coke de pétrole calciné résultant avec 0 à 50 % de fines de coke, le prétrempage du mélange ainsi obtenu avec 5-10 % d'eau, le mélange avec un liant puis le malaxage en présence de vapeur vive, puis la mise sous forme de briquettes et la cuisson des briquettes crues dans un four dans une atmosphère oxydante contrôlée pour obtenir un combustible à faible teneur en cendre. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que de l'asphalte ou du goudron basse température traité est utilisé comme liant. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le liant est utilisé à raison de 6 à 7 %. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cuisson des briquettes est réalisée à une température située dans le domaine de 250 à 3000C pendant une durée de 2,5 à 5,5 h. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre en l'absence d'étape de carbonisation.