Brevet FR3125817A1 — publié le 20230203

L’invention concerne un procédé de formation d’un produit final à partir de carbonate de calcium et d’une autre espèce. En particulier, le procédé selon la présente invention propose de calciner du calcaire dans une chambre de calcination dans laquelle l’atmosphère gazeuse est préalablement pompée. Par ailleurs, l’énergie thermique nécessaire à la calcination du calcaire est apportée par une source radiative, notamment un rayonnement lumineux, à travers une fenêtre transparente ménagée dans la chambre de calcination. En d’autres de termes, le chauffage lors de la calcination du calcaire se fait sans apport de matière. Figur e 3 Procédé de formation d’un produit final à partir de carbonate de calcium et d’une autre espèce DOMAINE DE L’INVENTION L’invention concerne un procédé de formation d’un produit final à partir de carbonate d’alcalin ou d’alcalino-terreux et d’une autre espèce. En particulier, le procédé selon la présente invention propose de calciner du carbonate d’alcalin ou d’alcalino-terreux dans une chambre de calcination dans laquelle l’atmosphère gazeuse est préalablement établie à une pression faible et notamment inférieure à 1 Atm, voir inférieure à 0,1 Atm. Par ailleurs, la calcination est exécutée au moyen d’un chauffage radiatif de manière à limiter les apports de matière et ainsi former du dioxyde de carbone relativement exempt d’impuretés. Ces différents aspects ouvrent la voie à une valorisation du CO 2 et permettent ainsi d’en limiter les impacts environnementaux. Le procédé selon la présente invention est avantageusement mis en œuvre pour la formation d’un clinker de ciment ou la formation d’un verre. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Un procédé de formation de ciment connu de l’état de la technique implique le chauffage d’un mélange composé de calcaire (CaCO 3 ) et d’argile. En particulier, lors de l’exécution du procédé de formation de ciment, le mélange est introduit dans un four rotatif et est porté à une température supérieure à 1450°C, et plus particulièrement comprise entre 1500°C et 1600°C, afin de former un clinker de ciment. Toutefois, ce procédé de formation, du fait des réactions mises en œuvre, génère des quantités de dioxyde de carbone (CO 2 ) relativement importantes et incompatibles avec la tendance générale visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre. Notamment, la décarbonatation du calcaire (calcination), qui intervient dans le four rotatif dès lors que la température est supérieure à 800°C, est la principale source d’émissions de CO 2 des procédés de formation de ciment. Afin de pallier ce problème, et ainsi limiter les émissions de CO 2 lors de la formation de ciment, il a été proposé dans le document FR2961505 de considérer un mélange qui par sa composition émet moins de CO 2 . En particulier, ce mélange considéré dans ce document présente une quantité de calcaire réduite. Néanmoins, lors de la mise en œuvre de ce procédé, les émissions de CO 2 restent conséquentes, et ne peuvent répondre de manière durable aux exigences en termes de réduction des émissions de gaz à effet de serre. De manière alternative, et tel que décrit dans le document EP3656750, il est possible de séquestrer le dioxyde de carbone susceptible d’être formé lors de la calcination du calcaire. Toutefois, le procédé proposé dans ce document conduit également à la formation de quantités importantes de CO 2 . Par ailleurs, et du fait des impuretés présentes, la valorisation de CO 2 formé reste compliquée et coûteuse à mettre en œuvre. Toujours de manière alternative, et tel que divulgué dans le document EP1879693, il est possible de faire recirculer le dioxyde de carbone produit lors de la calcination du calcaire. L’énergie thermique de dioxyde de carbone, formé à haute température, peut notamment être utilisée pour sécher le carburant, notamment le carburant solide, nécessaire au chauffage du four rotatif, et ainsi améliorer le rendement énergétique du procédé de formation du ciment. Toutefois, les quantités CO 2 produites dans le cadre de ce procédé restent encore trop importantes. Un but de la présente invention est donc de proposer un procédé de formation d’un produit final impliquant la calcination d’un carbonate d’alcalin ou d’alcalino-terreux et pour lequel les émissions de CO 2 sont réduites au regard des procédés connus de l’état de la technique. Un autre but de la présente invention est également de proposer un procédé de formation d’un produit final impliquant la calcination d’un carbonate d’alcalin ou d’alcalino-terreux et pour lequel le CO 2 produit lors de la calcination est aisément récupéré sans procédé de séparation à des fins de valorisation. BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION Les buts de la présente invention sont, au moins en partie, atteints par un procédé de formation d’un produit final à partir de carbonate d’alcalin ou d’alcalino-terreux, dit carbonate, et d’une autre espèce, le procédé comprenant les étapes suivantes : b) un traitement thermique du carbonate, dans une chambre de calcination, destiné à calciner ledit carbonate en oxyde d’alcalin ou d’alcalino terreux, dit espèce intermédiaire, et en dioxyde de carbone ; c) une étape d’extraction du dioxyde de carbone produit lors de l’exécution de l’étape b) ; d) une étape finale qui comprend le mélange de l’espèce intermédiaire et de l’autre espèce afin de former le produit final ; le procédé étant remarquable en ce que le traitement thermique est précédé d’une étape a) de pompage de l’atmosphère gazeuse dans la chambre de calcination de manière à maintenir la pression gazeuse dans ladite chambre de calcination à une pression inférieure à 1 atmosphère, avantageusement inférieure à 0,1 atmosphère, encore plus avantageusement inférieure à 0,05 atmosphère, et en ce que l’énergie nécessaire à l’exécution de l’étape b) est apportée par une source radiative à travers une fenêtre de la chambre de calcination. Selon un mode de mise en œuvre, l’étape a) est poursuivie après le démarrage de l’étape b) et tant que la température dans la chambre de calcination reste inférieure à une température prédéterminée, avantageusement la température prédéterminée est comprise entre 200°C et 600°C, encore plus avantageusement la température prédéterminée est comprise entre 300°C et 500°C. Selon un mode de mise en œuvre, l’étape a) prend fin dès lors que la température dans la chambre de calcination est supérieure à la température prédéterminée. Selon un mode de mise en œuvre, l’étape c) débute lors de l’exécution de l’étape b) et dès que la température dans la chambre de calcination est supérieure à la température prédéterminée. Selon un mode de mise en œuvre, le dioxyde de carbone extrait lors de l’étape c) est stocké ou transformé en un produit de valorisation. Selon un mode de mise en œuvre, l’apport d’énergie par la source radiative comprend la concentration, par au moins un miroir réfléchissant et à concentration, d’un rayonnement lumineux, notamment un rayonnement solaire, en direction de la chambre de calcination. Selon un mode de mise en œuvre, la calcination du carbonate de calcium au cours de l’étape b) est exécutée à une température comprise entre 400°C et 1000°C, avantageusement entre 800°C et 1000°C. Selon un mode de mise en œuvre, le carbonate comprend du carbonate de calcium de sorte que l’espèce intermédiaire comprenne de l’oxyde de calcium et avantageusement le produit final comprend un clinker de ciment. Selon un mode de mise en œuvre, l’autre espèce comprend de l’argile. Selon un mode de mise en œuvre, l’étape d) est suivie d’une étape e) de traitement thermique final du mélange, le traitement thermique final étant exécuté à une température comprise entre 1000°C et 1600°C. Selon un mode de mise en œuvre, le dioxyde de carbone extrait de la chambre de calcination est injecté, avant son stockage, dans un échangeur de chaleur afin de chauffer, par échange de chaleur, un fluide d’échange. Selon un mode de mise en œuvre, le fluide d’échange chauffé est injecté dans un module de préchauffage destiné à préchauffer l’espèce intermédiaire formée dans la chambre de calcination et l’autre espèce. L’invention concerne également une installation pour la formation d’un produit final à partir d’un carbonate d’alcalin ou d’alcalino-terreux, dit carbonate, et d’une autre espèce, l’installation comprenant : - une chambre de calcination, pour la calcination de carbonate en oxyde d’alcalin ou d’alcalino-terreux, dit espèce intermédiaire, et en dioxyde de carbone, faite de brique réfractaire et pourvue d’une fenêtre transparente ; - un moyen de pompage configuré pour pomper l’atmosphère gazeuse dans la chambre de calcination de manière à maintenir la pression gazeuse dans ladite chambre de calcination à une pression inférieure à 1 atmosphère, avantageusement inférieure à 0,1 atmosphère, encore plus avantageusement inférieure à 0,05 atmosphère ; - un moyen de chauffage radiatif configuré pour apporter l’énergie nécessaire à la calcination du carbonate à travers la fenêtre transparente ; - un moyen d’extraction configuré pour extraire le dioxyde de carbone formé lors de la calcination du calcaire dans la chambre de calcination. - un moyen de stockage destiné à stocker le dioxyde de carbone formé dans la chambre de calcination et extrait par le moyen d’extraction ; - un moyen de mélange de l’autre espèce avec l’espèce intermédiaire formé dans la chambre de calcination. Selon un mode de mise en œuvre, le moyen de chauffage radiatif comprend au moins un miroir réfléchissant parabolique configuré pour concentrer des rayonnements lumineux, notamment des rayonnements solaires, dans la chambre de calcination à travers la fenêtre transparente. Selon un mode de mise en œuvre, le moyen d’extraction comprend une vanne d’extraction, un conduit d’extraction sur lequel est disposé une pompe d’extraction, le conduit d’extraction reliant la chambre de calcination et le moyen de stockage. Selon un mode de mise en œuvre, un échangeur de chaleur est intercalé entre la pompe d’extraction et le moyen de stockage, l’échangeur de chaleur étant configuré pour chauffer un fluide d’échange par échange de chaleur avec le dioxyde de carbone extrait de la chambre de calcination. Selon un mode de mise en œuvre, ladite installation comprend également un module de préchauffage destiné à préchauffer, à partir du fluide d’échange chauffé dans l’échangeur de chaleur, l’espèce intermédiaire formée dans la chambre de calcination et l’autre espèce. Selon un mode de mise en œuvre, le moyen de pompage comprend une pompe reliée à la chambre de calcination par un conduit de pompage, ledit conduit de pompage étant pourvu d’une vanne de pompage. Selon un mode de mise en œuvre, ladite installation comprend en outre une unité de valorisation du dioxyde de carbone extrait lors de la calcination carbonate, l’unité de valorisation étant configurée pour transformer le dioxyde de carbone en un produit intermédiaire. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée d’un procédé de formation d’un produit final à partir de carbonate d’alcalin ou d’alcalino-terreux et d’une autre espèce selon la présente invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquelles : La est une représentation schématique d’une installation susceptible d’être mise en œuvre pour la formation d’un produit final à partir de carbonate d’alcalin ou d’alcalino-terreux et d’une autre espèce selon la présente invention ; La est une représentation schématique de l’étape a) du procédé de formation d’un produit final selon la présente invention ; La est une représentation schématique des étapes a), b), et c) du procédé de formation d’un produit final selon la présente invention. Procédé de formation d’un produit final à partir de carbonate d’alcalin ou d’alcalino-terreux, dit carbonate, et d’une autre espèce, le procédé comprenant les étapes suivantes : b) un traitement thermique du carbonate, dans une chambre de calcination (11), destiné à calciner ledit carbonate en oxyde d’alcalin ou d’alcalino terreux, dit espèce intermédiaire, et en dioxyde de carbone ; c) une étape d’extraction du dioxyde de carbone produit lors de l’exécution de l’étape b) ; d) une étape finale qui comprend le mélange de l’espèce intermédiaire et de l’autre espèce afin de former le produit final ; le procédé étant caractérisé en ce que le traitement thermique est précédé d’une étape a) de pompage de l’atmosphère gazeuse dans la chambre de calcination (11) de manière à maintenir la pression gazeuse dans ladite chambre de calcination (11) à une pression inférieure à 1 atmosphère, avantageusement inférieure à 0,1 atmosphère, encore plus avantageusement inférieure à 0,05 atmosphère, et en ce que l’énergie nécessaire à l’exécution de l’étape b) est apportée par une source radiative à travers une fenêtre de la chambre de calcination (11). Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape a) est poursuivie après le démarrage de l’étape b) et tant que la température dans la chambre de calcination (11) reste inférieure à une température prédéterminée, avantageusement la température prédéterminée est comprise entre 200°C et 600°C, encore plus avantageusement la température prédéterminée est comprise entre 300°C et 500°C. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l’étape a) prend fin dès lors que la température dans la chambre de calcination (11) est supérieure à la température prédéterminée. Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel l’étape c) débute lors de l’exécution de l’étape b) et dès que la température dans la chambre de calcination (11) est supérieure à la température prédéterminée. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le dioxyde de carbone extrait lors de l’étape c) est stocké ou transformé en un produit de valorisation. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’apport d’énergie par la source radiative comprend la concentration, par au moins un miroir réfléchissant (26) et à concentration, d’un rayonnement lumineux, notamment un rayonnement solaire, en direction de la chambre de calcination (11). Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel la calcination du carbonate au cours de l’étape b) est exécutée à une température comprise entre 400°C et 1000°C, avantageusement entre 800°C et 1000°C. Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le carbonate comprend du carbonate de calcium de sorte que l’espèce intermédiaire comprend de l’oxyde de calcium et l’autre espèce comprend de l’argile, avantageusement le produit final comprend un clinker de ciment. Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel l’étape d) est suivie d’une étape e) de traitement thermique final du mélange, le traitement thermique final étant exécuté à une température comprise entre 1000°C et 1600°C. Procédé selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel le dioxyde de carbone extrait de la chambre de calcination (11) est injecté, avant son stockage, dans un échangeur de chaleur afin de chauffer, par échange de chaleur, un fluide d’échange, avantageusement, le fluide d’échange chauffé est injecté dans un module de préchauffage destiné à préchauffer l’oxyde de calcium formé dans la chambre de calcination (11) et l’autre espèce. Installation pour la formation d’un produit final à partir d’un carbonate d’alcalin ou d’alcalino-terreux, dit carbonate, et d’une autre espèce, l’installation comprenant : - une chambre de calcination (11), pour la calcination de carbonate en oxyde d’alcalin ou d’alcalino-terreux, dit espèce intermédiaire, et en dioxyde de carbone, faite de brique réfractaire et pourvue d’une fenêtre transparente ; - un moyen de pompage (14) configuré pour pomper l’atmosphère gazeuse dans la chambre de calcination (11) de manière à maintenir la pression gazeuse dans ladite chambre de calcination (11) à une pression inférieure à 1 atmosphère, avantageusement inférieure à 0,1 atmosphère, encore plus avantageusement inférieure à 0,05 atmosphère ; - un moyen de chauffage radiatif (25) configuré pour apporter l’énergie nécessaire à la calcination du carbonate à travers la fenêtre transparente ; - un moyen d’extraction (17) configuré pour extraire le dioxyde de carbone formé lors de la calcination du carbonate dans la chambre de calcination (11). - un moyen de stockage (22) destiné à stocker le dioxyde de carbone formé dans la chambre de calcination (11) et extrait par le moyen d’extraction ; - un moyen de mélange (24) de l’autre espèce avec l’espèce intermédiaire formé dans la chambre de calcination (11). Installation selon la revendication 13, dans laquelle le moyen de chauffage radiatif (26) comprend au moins un miroir réfléchissant (26) parabolique configuré pour concentrer des rayonnements lumineux, notamment des rayonnements solaires, dans la chambre de calcination (11) à travers la fenêtre transparente.