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(11) | EP 0 037 782 A1 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Procédé de modification des propriétés d'un charbon gonflant, installation pour la mise en oeuvre du procédé et enceinte de traitement par fluidisation et broyage |
| (57) L'invention concerne un procédé de modification des propriétés d'un charbon gonflant,
une installation pour la mise en oeuvre du procédé et une enceinte de traitement par
fluidisation et broyage. Dans une enceinte defluidisation 1, un mobile de broyage
par impact 14 est installé à environ 1 mètre au-dessus de la zone de raccordement
entre une conduite 2 d'amenée de charbon par transport pneumatique et l'enceinte 1.
La chambre de combustion 8 produit des fumées de transport et de fluidisation à au
moins 10% d'oxygène. |
[0001] Procédé de modification des propriétés d'un charbon gonflant, installation pour la mise en oeuvre du procédé et enceinte de traitement par fluidisation et broyage.
[0002] L'invention a pour objet un procédé de modification par oxydation ménagée des propriétés de gonflement d'un charbon gonflant d'indice de gonflement AFNOR compris entre 2,5 et 6, tel qu'un flambant gras, ainsi qu'une installation pour la mise en oeuvre du procédé et une enceinte de traitement par fluidisation et broyage.
[0003] La fabrication de semi-coke en four tournant ou en lit fluidisé à partir de fines impose l'utilisation de charbons peu gonflants de manière à éviter le collage et l'agglomération des fines. De même, pour la fabrication de coke moulé il peut être souhaitable de disposer de charbons à faible indice de gonflement.
[0004] On a déjà proposé, par le brevet FR 1 332 711, d'oxyder des fines de charbon par fluidisation, avec un fort recyclage des plus fins, dans un lit dont la température est supérieure à 300°C et inférieure à la température de fusion du charbon, au moyen d'un gaz contenant de l'oxygène, par exemple par des fumées à 450°C contenant 18% d'oxygène. Le fait que les fines de charbon soient préalablement broyées oblige pratiquement à limiter la température des fumées aux environs de 450°C pour éviter une perte de matières volatiles, une trop forte dégradation ainsi qu'un début de ramollissement et donc de collage des particules les plus fines.
[0005] Le but de l'invention est de proposer un nouveau procédé, une nouvelle installation et une nouvelle enceinte permettant de modifier les propriétés de gonflement des charbons gonflants tout en conservant sensiblement leur teneur en matières volatiles, et par conséquent de permettre l'utilisation de tels charbons pour la fabrication du coke moulé ou du semi-coke en four tournant ou en lit fluidisé. Un autre but est d'éviter la dégradation des charbons traités tout en utilisant des fumées plus chaudes, et donc à effet plus rapide.
[0006] Ce but est atteint, selon l'invention, par un procédé dans lequel on soumet dans une enceinte de fluidisation comportant une zone supérieure rétrécie d'entraînement des fines dudit charbon à un traitement en lit fluidisé, dans lequel on règle la température à au moins 300°C au moyen de fumées chaudes de combustion ayant une teneur en oxygène supérieure à 10%, par le fait qu'on introduit dans l'enceinte de fluidisation le charbon à une granulométrie plus grossière que la granulométrie des fines désirée et on le soumet dans l'enceinte de fluidisation à un traitement de broyage.
[0007] On a montré précédemment les inconvénients du procédé connu par le brevet FR 1 332 711. On voit que l'invention permet d'éviter ces inconvénients, du fait qu'on peut, comme on le verra plus loin, travailler jusqu'à des températures de fumées de 800°C environ, auxquelles on peut exposer sans dommage le charbon en assez gros grains, pour le broyer dans l'enceinte de fluidisation, où les particules maintenant plus fines du fait du broyage dans les fumées sont soumises à des gaz moins chauds, puisque ces gaz ont servi à sécher et/ou chauffer le charbon jusqu'à la température désirée avant son fractionnement à la granulométrie finale.
[0008] Selon une caractéristique, on règle la température dans le lit fluidisé entre 300 et 360°C, de préférence au voisinage de 340°C et on soumet les fines à un traitement de broyage par impact dans une zone de l'enceinte comprise entre le lit fluidisé et la zone rétrécie d'entraînement.
[0009] Selon un mode de réalisation avantageux, on sèche les fines avant de les introduire dans l'enceinte de fluidisation, de préférence en les introduisant dans un courant à vitesse d'entraînement des fumées chaudes de fluidisation.
[0010] Selon une caractéristique avantageuse, on règle la température des fumées chaudes de combustion à une valeur supérieure à 500°C et de préférence comprise entre 500 et 800°C. Le procédé permet en effet d'introduire le charbon humide dans l'installation sous forme de grains de l'ordre de 1 à quelques millimètres de diamètre qui peuvent supporter sans dommage le contact avec des gaz à température élevée. Il en résulte une augmentation importante de la capacité de production de l'installation.
[0011] Selon un mode de réalisation particulier, on amène les fines traitées à un récipient de stockage et on établit dans ce récipient de stockage une atmosphère appauvrie en oxygène, et pour obtenir une atmosphère appauvrie en oxygène, on introduit dans ledit récipient de stockage une partie des fumées ayant entraîné les fines traitées.
[0012] Le but de l'invention est également atteint par une installation comprenant :
- une enceinte de traitement par fluidisation,à la base de laquelle débouche un conduit d'un agent gazeux de fluidisation et d'entraînement et munie d'un mobile de broyage par impact,
- des moyens d'introduction dans ladite enceinte et/ou ledit conduit de fines de charbon à traiter,
- une conduite d'entraînement des fines traitées par l'agent gazeux se raccordant à la partie supérieure de l'enceinte de traitement par fluidisation,
- une chambre de combustion pour la prcducticn de l'agent gazeux de fluidisation et d'entraînement dirigé vers le conduit débouchant dans l'enceinte de traitement par fluidisation, ladite chambre de combustion comportant au moins un brûleur,
- des moyens de régulation d'un combustible liquide ou gazeux amené au brûleur asservis à des moyens de mesure de température dans ladite enceinte et des moyens de réglage du taux d'air de combustion, grâce au fait que le mobile de broyage par impact est disposé dans une zone intermédiaire de l'enceinte de traitement et son point le plus bas est à au moins 1 mètre au-dessus de la zone de raccord entre la conduite de séchage des fines à traiter et l'enceinte de traitement,et les moyens de réglage du taux d'air de combustion assurent un excès d'air.
[0013] Une telle installation présente donc des modifications, appropriées à la mise en oeuvre du procédé, par rapport à des installations de séchage et de préchauffage du charbon dans lesquelles le charbon humide préalablement broyé est mis en contact avec des fumées chaudes neutres, puis le charbon et les fumées sont introduits dans une enceinte de fluidisation à la base de laquelle tourne un mobile de broyage. De telles installations sont par exemple décrites dans le brevet français N° 1 555 546 du demandeur.
[0014] Il est avantageux, pour une installation comprenant une enceinte de stockage des fines traitées, que cette enceinte soit balayée par une partie des fumées de fluidisation et d'entraînement ayant entraîné les fines traitées hors de l'enceinte et les ayant transportées dans ladite enceinte de stockage.
[0015] L'invention concerne également une enceinte de traitement par fluidisation et broyage à la base de laquelle débouche un conduit d'un agent gazeux de fluidisation et d'entraînement et munie d'un mobile de broyage par inpact, comportant des moyens d'introduction dans ladite enceinte et/ou ledit conduit de matériaux granuleux et/ou pulvérulents et comportant une conduite d'entraînement des matériaux traités par l'agent gazeux se raccordant à la partie supérieure de l'enceinte de traitement par fluidisation et broyage, dans laquelle le mobile de broyage par impact est disposé dans une zone intermédiaire de l'enceinte de traitement, et son point le plus bas est à au moins 1 mètre au-dessus de la zone de raccordement entre la conduite de séchage des fines à traiter et l'enceinte de traitement.
[0016] Ainsi l'installation et particulièrement l'enceinte de traitement utilisées pour la mise en oeuvre de l'invention diffèrent essentiellement de celles qui sont utilisées pour le séchage et le préchauffage du charbon conformément à l'enseignement du brevet français N° 1 555 546, par le fait que le mobile de broyage se trouve placé, non à la base de la zone fluidisée, mais à la partie supérieure ou médiane de celle-ci, ce qui a pour effet d'augmenter le temps de séjour du charbon au sein du lit fluidisé.
[0017] D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description, qui sera donné ci-après uniquement à titre d'exemple, d'un mode de réalisation de l'invention. On se reportera, à cet effet, au dessin annexé dont la figure unique représente schématiquement une installation selon l'invention avec une enceinte de traitement de fluidisation selon l'invention, pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention.
[0018] L'installation représentée comporte une enceinte 1 de traitement par fluidisation comportant une section droite rectangulaire constante sur une hauteur H, raccordée progressivement à sa base à une conduite 2 pour un agent gazeux de fluidisation et progressivement, par une zone de raccordement en rétrécissement 3, pour augmentation de vitesse, à une conduite 4 d'entraînement des fines traitées. Du charbon à l'état de fines est amené par un convoyeur 5 sur un crible 6 où le passant est repris par un dispositif chargeur à vis 7 d'introduction des fines de charbon dans la conduite 2. Pour créer un mouvement ascendant de l'agent gazeux de fluidisation et d'entraînement, il est prévu une chambre de combustion 8 alimentée en gaz et en air respectivement par les conduites 9 et 10, l'air étant pulsé par un ventilateur 11. Un dispositif de régulation 12 asservit les débits de gaz et d'air à une température de consigne mesurée par une sonde thermométrique 13 disposée dans l'enceinte 1 et régule la propor- tion de gaz et d'air avec un excès d'air tel que les fumées produites dans la chambre de combustion 6 aient une teneur en oxygène supérieure à 10%.
[0019] La hauteur H de la section constante de la partie parallélépipédique de l'enceinte 1 est de 3 m. Cette partie de l'enceinte, dont la section transversale est de 0,56 m x 0,18 m comprend un mobile tournant 14 d'axe horizontal 15 du type broyeur à impact, tel qu'un broyeur à barreaux ou à marteaux d'un diamètre de 0,4 m, mais, contrairement à ce qui se fait habituellement, l'axe de ce mobile 14 est à une hauteur telle qu'il subsiste 1 m environ entre son point le plus bas et la partie inférieure de la partie parallélépipédique de l'enceinte. Selon l'observation du demandeur, le mobile disposé conformément à l'invention joue un rôle de dispersion ou et de régulation plus que de broyage, le charbon étant introduit déjà fin. Le mobile étant en position plus haute que d'usage, le lit fluidisé est plus dense et le temps de séjour est donc plus long, ce qui est favorable à un traitement plus poussé.
[0020] La conduite 4 d'entraînement du charbon oxydé débouche dans une batterie de cyclones 16, au vortex desquels on évacue les fumées et à la pointe desquelles on recueille directement le charbon oxydé dans une trémie 17 étanche, à l'exception d'un évent de dégazage 18, à la base de laquelle est disposée une vis humidificatrice de reprise 19 vers une utilisation 20. On voit que les fumées oxydantes, mais ayant perdu une partie de leur pouvoir oxydant, servant de fluide de transport pneumatique, l'atmosphère dans la trémie est constituée par ces fumées qui sont alors relativement pauvres en oxygène, et en tout cas plus pauvre que l'air. La trémie 17 peut être montée sur pesons, en vue de tout usage possible, tel que déclenchement de vidage de charge vers l'utilisation 20 ou tel qu'arrêt de l'alimentation par la vis 7.
[0021] Le réglage de l'installation se fera en fait de la façon suivante :
- l'opérateur choisit un débit de charbon,
- le débit d'air au brûleur est maintenu constant,
- la température dans la zone de réaction est maintenue constante par action sur le débit de gaz. Si la tempéra-. ture du lit chute (humidité du charbon augmentant, par exemple, le débit de gaz est augmenté, la température des fumées d'attaque augmente alors, tandis que l'excès d'air diminue, ce qui entraîne une remontée de la température dans la zone de réaction. Si, au contraire, la température monte, le débit de gaz doit être réduit et la température des fumées d'attaque va diminuer. Toutefois, l'excès d'air augmentant, il peut y avoir emballement de la réaction. Aussi convient-il d'avoir en sécurité une injection d'eau dans la zone de réaction, comme il est connu en soi.
- EXEMPLE -
[0022] L'installation décrite a été utilisée pour traiter un charbon flambant gras ayant les caractéristiques suivantes :
Indice de gonflement 5 selon norme AFNOR NF M 11 COL de novembre 1968 Teneur en matières volatiles sur sec : 37%
Taux de cendres : 5%
Humidité 6,1%
Granulométrie : 98% <5mn, 86,4% < 3,15 mm 71,1% < 2 mm, 22,2%<0,5 mm
[0024] Les conditions de marche de l'installation étaient les suivantes :
- Débit de charbon : 700 kg/h sur sec (soit environ 7000 kg/h par m2 de section de la zone de traitement)
- Température des gaz à la sortie de la chambre de combustion : 780°C
- Teneur en oxygène des gaz à la sortie de la chambre de combustion.: 15%
- Température de traitement (zone de broyage et d'oxydation) : 340°C.
- Vitesse à vide des fumées (zone de broyage et d'oxydation): 3,5 m/s
- Perte de charge (zone de broyage et d'oxydation): 425 mm CE.
[0025] Le charbon oxydé obtenu dans ces conditions avait les caractéristiques suivantes :
Indice de gonflement : 1 à 1,5 selon norme AFNOR Matières volatiles : 33,5 à 35,5%
Humidité (après vis humidificatrice ) : 9% Taux de cendres : 4,9%
Granulométrie : 91 à 96% < 2 mm 38 à 46% <0,5 mm
[0026] On voit que l'invention a permis de réduire substantiellement l'indice de gonflement, sans réduction notable de la teneur en matières volatiles et que le charbon ainsi traité peut servir de matière première pour faire un semi-coke, ce qui était impossible avec le charbon de départ.. On peut même, sans passer par une vis humidificatrice, utiliser directement le charbon oxydé pour le carboniser immédiatement en four tournant ou en fluidiseur.
- une enceinte de traitement par fluidisation à la base de laquelle débouche un conduit d'un agent gazeux de fluidisation et d'entraînement et munie d'un mobile de broyage par impact,
- des moyens d'introduction dans ladite enceinte et/ou ledit conduit de fines de charbon à traiter,
- une conduite d'entraînement des fines traitées par l'agent gazeux se raccordant à la partie supérieure de l'enceinte de traitement par fluidisation,
- une chambre de combustion pour la production de l'agent gazeux de fluidisation et d'entraînement dirigé vers le conduit débouchant dans l'enceinte de traitement par fluidisation, ladite chambre de combustion comportant au moins un brûleur,
- des moyens de régulation d'un combustible liquide ou gazeux amené au brûleur asservis à des moyens de mesure de température dans ladite enceinte et des moyens de réglage du taux d'air de combustion, caractérisée en ce que le mobile de broyage par impact (14) est disposé dans une zone intermédiaire de l'enceinte (1) de traitement et son point le plus bas est à au moins 1 mètre au-dessus de la zone de raccordement entre la conduite (2) de séchage des fines à traiter et l'enceinte de traitement (1), et les moyens de réglage du taux d'air de combustion sont réglables pour assurer un excès d'air.