Brevet FR2921059A1 — publié le 20090320

La présente invention concerne un procédé et une installation de production de clinker. On a représenté, de manière schématique sur la figure 1 une installation de production de clinker selon l'état de 5 la technique. Cette installation comprend un four tournant 2 dans lequel on introduit la farine qui par cuisson à haute température formera le clinker. Cette farine se compose principalement de quatre matériaux : une source de CaO, par 10 exemple de la calcite, de l'aragonite ou de la dolomite; une source de SiO2, par exemple du quartz, du feldspath, de l'opale, de l'argile ou des micas ; une source d'Al2O3, par exemple de l'argile, du feldspath ou de la gibbsite ; et une source de Fe2O3, par exemple de l'hématite, de la 15 magnétite, de la goethite, de la limonite ou de la sidérite. Pour la cuisson à une température de l'ordre de 1350°C à 1450°C, on introduit également dans le four tournant de :L'air et du combustible. En sortie du four tournant 2, on trouve d'une part le clinker et d'autre part 20 les fumées de combustion qui comprennent des gaz tels que CO2, N2, 02, CO, H2O, etc. Une préoccupation de plus en plus importante est d'éviter de rejeter du CO2. Pour cela, l'installation peut comprendre également un moyen de capture 4 du CO2 présent 25 dans les fumées de combustion. Les techniques principales pour effectuer cette capture comprennent l'adsorption par des solvants organiques, l'adsorption physique sur des solides, des systèmes à membrane, la distillation cryogénique et l'utilisation d'une boucle de 30 carbonatation/décarbonatation L'invention a pour but d'améliorer l'efficacité des installations de production de clinker. A cette fin, l'invention a pour objet un procédé de production de clinker dans lequel on mélange des matériaux, dont du CaO, destinés à former du clinker, ledit procédé produisant des fumées de combustion, caractérisé en ce qu'on utilise lesdites fumées de combustion pour chauffer, au moins en partie, directement ou indirectement, un réacteur de décarbonatation de CaCC3 pour fournir ledit CaO. De manière avantageuse, on capte le CO2 issu de la décarbonatation. Le flux gazeux so=rtant du réacteur de décarbonatation est du CO2 quasiment pur, de sorte qu'il peut être facilement mis sous haute pression pour le transport et le stockage géologique ultérieur. Selon un mode de réalisation préféré, on recycle au 15 moins une partie du CO2 produit par le réacteur de décarbonatation dans ledit réacteur de décarbonatation. De manière avantageuse, on chauffe ledit CO2 recyclé par lesdites fumées de combustion, avant de le réinjecter dans le réacteur de décarbonatation. 20 L'invention a également pour objet une installation de production de clinker comprenant: - un four tournant comportant une entrée pour recevoir les matériaux, dont du CaO, destinés à former du clinker, une première sortie pour le clinker et une deuxième sortie pour 25 les fumées de combustion, - un réacteur de décarbonatation pour recevoir du CaCO3 et fournir du CaO et du CO2, - un moyen de chauffage dudit réacteur de décarbonatation, cette installation étant remarquable en ce que ledit moyen 30 de chauffage est, au moins en partie, alimenté, directement ou indirectement, par la chaleur des fumées de combustion. De manière avantageuse, l'installation comprend en outre un moyen de capture du CO2 issu du réacteur de décarbonatation. Selon un mode de réalisation préféré, l'installation comprend également un moyen de recyclage d'au moins une partie du CO2 produit par le réacteur de décarbonatation dans ce réacteur de décarbonatation. De manière avantageuse, le moyen de recyclage de l'installation. comprend un échangeur de chaleur pour transférer au moins une partie de la chaleur des fumées de combustion au CO2 produit par le réacteur de décarbonatation. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui va suivre, faite à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1, déjà décrite, illustre schématiquement une installation de production de clinker selon l'état de la technique, la figure 2 illustre schématiquement un premier 20 mode de réalisation d'une installation de production de clinker selon l'invention, - la figure 3 illustre schématiquement un deuxième mode de réalisation d'une installation de production de clinker selon l'invention, et 25 - la figure 4 illustre schématiquement un troisième mode de réalisation d'une installation de production de clinker selon l'invention. Une installation selon un premier mode de réalisation de l'invention est représentée sur la figure 2. 30 Cette installation comprend un four tournant 2 classique qui comprend les mêmes entrées et sorties que le four tournant de l'installation selon l'art antérieur décrit en référence à la figure 1. L'installation selon l'invention se distingue en ce qu'il comprend un réacteur de décarbonatation 6 pour produire du CaO à partir d'une source contenant CaCO3 et en ce que ce réacteur de décarbonatation est chauffé en utilisant la chaleur (l'enthalpie) des fumées de combustion sortant du four tournant 2. Dans le mode de réalisation représenté, ce réacteur de décarbonatation 6 est de type échangeur thermique. Il comprend un moyen de chauffage 8 du réacteur 6 qui permet la calcination de CaCO3 par chauffage direct du réacteur de décarbonatation 6 mais sans contact entre les fumées de combustion et CaCO3. La température de fonctionnement de cet échangeur de chaleur est de l'ordre de 900°C à 950°C. Bien entendu, si la chaleur apportée par les fumées de combustion est insuffisante pour atteindre la température de travail, une source de chaleur auxilliaire peut être prévue. Dans le mode de réalisation représentée, les oxydes SiO2, Al203, Fe203 et la calcite CaCO3 sont introduits dans le réacteur de décarbonatation 6. La chaux aérienne CaO produite ainsi que les oxydes sont introduits dans le four tournant. On comprend que la calcite seule peut être introduite dans le réacteur de décarbonatation 6 et que la chaux produite soit ensuite mélangée aux autres oxydes. On comprend également que l'un, ou plusieurs oxydes sélectionnés pourraient être introduits dans le réacteur de décarbonatation. L'utilisation de la chaleur des fumées de combustion présente l'avantage de réduire le coût de production du CaO. Par ailleurs, le CO2 libéré par la décarbonatation est pratiquement pur (il peut comprendre une petite quantité de vapeur d'eau, facilement séparable du CO2 par refroidissement, condensation et séparation gaz-liquide), ce qui facilite son traitement ultérieur, notamment la possibilité de le stocker sous haute pression. On a représenté sur la figure 3 un deuxième mode de réalisation d'une installation selon l'invention. Elle comprend les mêmes éléments que celle de la figure 2, mais en outre un réacteur de carbonatation à la chaux aérienne 12 pour produire du CaCO3 à partir d'une fraction de CaO produite par le réacteur de décarbonatation 6 et d'une fraction du CO2 contenu dans les fumées de combustion. Les réacteurs 6 et 12 forment ainsi une boucle de carbonatation-décarbonatation de Cao-CaCO3. Cette boucle est différente de celles utilisées dans l'art antérieur qui fonctionnent en circuit fermé, telle que la boucle décrite dans le document EP-1495794. Dans cette technique connue, le couple Cao/CaCO3 est un média de capture régénérable. Un problème de cette technologie est que les fines particules de CaO perdent rapidement de leur pouvoir de capture au cours des cycles successifs de capture/régénération. Par suite, selon la technique connue, des quantités de CaO très importantes en regard des flux de CO2 à capturer doivent être utilisées et une étape énergétiquement très coûteuse de régénération à la vapeur d'eau de la chaux CaO est indispensable. La boucle de carbonation-décarbonatation de l'installation selon l'invention s'affranchit des inconvénients des boucles selon l'art antérieur puisque CaCO3 est apporté en continu dans l'installation conduisant à une production en continu de chaux CaO neuve directement utilisable pour capturer CO2. L'installation permet donc de capturer au moins une partie du CO2 contenu dans les fumées de combustion, ce qui réduit l'impact de l'installation sur l'environnement. L'installation représentée sur la figure 3 diffère également de celle de la figure 2 en ce qu'elle comprend un moyen de recyclage 14 pour recycler une partie du CO2 produit par le réacteur de décarbonatation 6 dans ce même réacteur, servant ainsi de gaz de fluidisation pour la mise en suspension ou le transport pneumatique de CaCO3. Dans les deux premiers modes de réalisation de l'invention, les fumées de combustion chauffent le réacteur de décarbonatation 6 par contact indirect. Il est également possible de chauffer ce réacteur de décarbonatation de manière détournée. Comme représenté sur la figure 4, on peut modifier le moyen de recyclage de l'installation de la figure 3 en utilisant un échangeur de chaleur gaz-gaz 16 pour réchauffer par les fumées de combustion le CO2 recyclé, le réacteur de décarbonatation étant ainsi réchauffé indirectement par les fumées de combustion.15 REVENDICATIONS 1.- Procédé de production de clinker dans lequel on mélange des matériaux, dont du CaO, destinés à former du clinker, ledit procédé produisant des fumées de combustion, caractérisé en ce qu'on utilise lesdites fumées de combustion pour chauffer, au moins en partie, directement ou indirectement, un réacteur de décarbonatation (6) de CaCO3 pour fournir ledit CaO. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on capte le CO2 issu du réacteur de décarbonatation (6). 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on recycle au mcins une partie du CO2 produit par le réacteur de décarbonatation (6) dans ledit réacteur de décarbonatation. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on chauffe ledit CO2 recyclé par les fumées de combustion avant de le réinjecter dans le réacteur de décarbonatation (6). 5.- Installation de production de clinker comprenant: - un four tournant (2) comportant une entrée pour recevoir des matériaux, dont du CaO, destinés à former le clinker, une première sortie pour le clinker et une deuxième sortie pour les fumées de combustion, - un réacteur de décarbonatation (6) pour recevoir du CaCO3 et fournir du CaO et du CO2, -un moyen de chauffage (8) dudit réacteur de 30 décarbonatation,ladite installation étant caractérisée en ce ledit moyen de chauffage est alimenté, au moins en partie, directement ou indirectement, par la chaleur des fumées de combustion. 6.- Installation selon la revendication 6, 5 caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un moyen de capture du CO2 issu du réacteur de décarbonatation. 7.- Installation selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'elle comprend un moyen de recyclage (14) d'au moins une partie du CO2 produit par le réacteur 10 de décarbonatation (6) dans ce réacteur de décarbonatation. 8.- Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le moyen de recyclage (14) comprend un échangeur de chaleur (16) pour transférer au moins une partie de la chaleur des fumées de combustion au CO2 15 produit par le réacteur de décarbonatation. 20