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Procédé de fabrication de briquettes par agglomeration à chaud.
L'invention se rapporte ä un procédé de fabrication de briquettes par agglomération à chaud d'un mélange ä grains fins constitué d'une substance ramollissant à la température de pressage, par exemple, le charbon gras, ainsi que d'une substance ne ramollissant pas ou ne ramollissant guère à la temperature de pressage, par exemple, le charbon maigre, le charbon d'anthracite, le coke de pétrole, le poussier de coke, le sable, les minerais métalliques, les phosphates, lea oxydes métalliques & grains fins, etc., procédé dans lequel :
a) on chauffe les substances ne ramollissant pas ou ne ramollissant guère, ä une température de 550 ä 700 C, au moyen de gaz de fumée chauffes à 1.200-1.600 C, b) après séparation des substances ne ramollissant pas ou ne ramollissant guere, les gaz sont utilisés pour le séchage et le préchauffage, à 300 ! 80oC, des substances qui ramollissent et, après séparation de ces dernieres, on les utilise dans une chambre de post-combustion pour la production de vapeur, c) on mélange les deux substances séparées,
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d) à une temperature de mélangeur de 400 ä 550 C, avant le processus de pressage, on retire un gaz riche (gaz de mélangeur) chargé de poussières et de goudron, et e) avant une utilisation ultérieure,
on 1ibère le gaz de mélangeur du goudron et des poussiers dans un laveur de goudron. Ce procedb est surtout connu sous le nom de "procédé ancit" dans lequel, en particulier, deux composants de charbon sont soumis à une agglomeration à chaud (formation de briquettes).
Un procédé de ce type est connu, par exemple, d'après "Stahl und Eisen"100, 1980, page 805, les gaz contenant des poussières et se formant dans le mélangeur avant l'agglomeration à chaud étant amenés, via un réclpient de calmage, dans un refrigerant de lavage.
11 convient d'acheminer ensuite le gaz riche purifié ainsi forme ä une chambre de combustion. En l'occurrence, aucun renseignement n'est donné au sujet de l'utilisation ultérieure du goudron contenant des poussières qui est précipité dans le refrigerant de lavage.
Selon DE-OS-22 36 338 qui se rapporteégale- ment à un procédé de fabrication de briquettes suivant
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le procédé ancit, il est prévu que le gaz chargé de goudron et de poussières, qui s'échappe du mélangeur au cours du processus de roé1ange, est asplré dlrectement, via une conduite, dans la premier chambre de combustion où il subit une combustion avec apport d'air frais.
Etant donné que/dans l'Installation habituellement utilisée actuellement, les gaz de fumée doivent être chauffés dans la premibre chambre de combustion ä une température de 1. 200 à 1. 600oC, 11 s'est avéré que l'addition directe du gaz contenant des poussières dans la première chambre de combustion entait, par conséquent, problématique, car la fraction
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de cendres des poussières se trouvant dans le goudron ramollirait et rendrait pratiquement impossible une mise en service de l'Installation ancit. Des lors, on ne peut utiliser qu'un gaz purifie ou un goudron exempt de poussières comme combustible dans la première chambre de combustion.
A présent, l'objet de l'invention est d'élever, dans le procédé du type indiqué ci-dessus, la quantité de combustible utilisable dans l'instal- lation et de réduire ainsi davantage l'apport d'énergie étrangère ä la premibre chambre de combustion.
Selon l'invention, la réalisation de cet objet réside dans le fait que le goudron chargé de poussières et séparé lorsqu'on soumet le gaz de mélangeur A un lavage de goudron, est libéré des matières solides dans une centrifugeuse et/ou un filtre en forme de bougie, pour être ensuite utilise entièrement ou partiellement en vue du chauffage des gaz de fumée. De façon etonnante, on a constaté qu'après un traitement dans une centrifugeuse et/ou un filtre en forme de bougie, le goudron contenant des poussières était obtenu en étant pratiquement débarrassé de ces dernières et qu'il pouvait être ensuite soumis à une combustion sans problème dans la première chambre de combustion.
Comme on le confirmera dans un exemple ci-après, lors du recyclage du gaz de mélangeur purifié et du goudron exempt de poussières, on introduit jusqu'a 90% de l'energie requise dans la première chambre de combustion.
Cette quantité est partlcullèrement élevée lorsqu'on utilise un charbon agglutiné comme composant qui ramollit, avec une importante quantité de constituants volatils lors de l'agglomération d chaud. Etant donne que la chambre de combustion des gaz résiduaires en vue de la post-combustion des gaz de fumée qui ont
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de ja servi ä chauffer les substances, est mise en service à des températures beaucoup plus basses, selon l'invention, en variante, on propose d'utiliser entièrement ou partiellement, dans la chambre de post-combustion pour la production de vapeur, le goudron contenant des poussières et formé après lavage.
Des lors, dans l'ensemble, la production de vapeur peut etre réglée quantitativement dans la chaudière de recuperation en fonction des conditions requises.
Afin que le gaz de mélangeur purifie utilis dans la première chambre de combustion et obtenu après le lavage du goudron contienne le moins possible d'humidité, selon l'invention, on propose de refroidir le gaz de mélangeur à une température d'environ 300C dans un refrigerant final après le lavage du goudron, puls de l'utiliser entièrement ou partiellement pour le chauffage des gaz de fumée dans 1a chambre de combustion.
En ce qui concerne le mode de fonctionnement de la chambre de combustion des gaz résiduaires, on propose de brûler, dans la chambre de post-combus- tion et conjointement avec le gaz reaiduaire chaud, le condensat aqueux se formant lors du refroidissement final indirect avec les constituants huileux restants, par exemple, le benzène, le toluene, etc.
Le condensat aqueux se formant dans le refrigerant final est constitué, pour 10 à 15%, des constituants huileux indiqués qui ne peuvent etre aepares de la phase aqueuse résiduelle que d'une manibre extrêmement coûteuse dans un récipient de séparation. En outre, dans la phase aqueuse, sont dissous du phenol, de l'ammoniac, du H2S'eta. rendant impossible l'évacuation des eaux résiduaires dans la canalisation sans traitement complémentaire.
Par conséquent,
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du point de vue de la reduction des emissions, la méthode proposée est particulièrement économique, cette méthode consistant ä brüler, dans la chambre de combustion des gaz résiduaires, la faible quan- titä de condensat conjointement avec le reste des gaz résiduaires contenant des poussières et du goudron (gaz pauvre).
Pour couvrir les besoins en énergie de la chambre de post-combustion, 11 peut également être favorable de brûler, dans cette chambre de post-combustion, le gaz de mélangeur purifié et . refroidi ä 30 C. En outre, la boue de goudron contenant des poussières et obtenue après la centrifu- geuse peut également être brûlée dans la chambre de post-combustion.
Cette façon de procéder est particulièrement économique et elle permet d'éliminer aisément le residu de la centrifugeuse. indépendamment des caractères locaux, on a constaté que, par exemple, pendant les fins de semaines et les jours fériés, la quantité de vapeur produite dans la chaudière de récupération ne pouvait etre utilisée par des consommateurs déterminées, bien que l'on doive mettre en service l'lnstallation ancit proprement dite par suite du produit ancit.
Afin d'éviter, pendant ce laps de temps, le traitement de la quantite totale d'eau d'alimentation, on propose la méthode suivante : - séparation des gaz résiduaires contenant du goudron et des poussibres par combustion (avec ou sans gaz de mélangeur) à une température d'environ
950 ä 1. 000oC dans la chambre de combustion des gaz résiduaires.
- Derivation des gaz de fumée chauffés à une tempéra- ture d'environ 1. 000oC devant la chaudière de recru- p6ration. Dans la conduite de dérivation, les
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gaz de fumee chauds sont refroidis à une température d'environ 2500C par injection d'eau, après
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quoi ils sont dépoussiérés dans un électrofiltre avant d'etre envoyés dans l'atmosphère par la cheminée.
- Selon l'invention, une petite partie des gaz de fumée (2 ä 10%) est envoyee à travers la chaudière de recuperation afin que cette dernière reste chaude et qu'elle soit toujours prate au démarrage.
Enfin, on a constaté qu'il était favorable de produire, dans la chaudiere de récupération, de . la vapeur sous haute tension moyennant une genera- tion de courant qui est utilisée pour couvrir les besoins en courant dans l'installation ou qui est utilisée directement pour actionner des turbines à vapeur dans l'installation.
L'invention sera décrite ci-area plus en détail à titre d'exemple en se référant aux flgures schématiques 1 A 3 annexées dans lesquelles : la figure 1 illustre un mode op6ratoire connu du procédé ancit, dans lequel les gaz resi- duaires formés & la suite des cyclones et le gaz de mélangeur obtenu sont brûlés ensemble dans la chambre de post-combustion et sont utilises pour la production de vapeur ; la figure 2 illustre le traitement du gaz de mélangeur et du goudron chargé de poussiers conformément ä l'invention ; la figure 3 illustre une circulation particuliere des gaz de fumée après la chambre de combustion des gaz résiduaires.
Dans le procédé ancit connu pour l'agglo- mération ä chaud, on brûle le combustible (6) et l'air (5) dans une chambre de combustion (4), tandis que les gaz de fumee chauffés ä environ 1.400 C
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sont utilisés pour chauffer les substances qui ne ramollissent pas (2), (3) (par exemple, les charbons inertes) à environ 620 C dans le tube (7) du réacteur.
La substance qui ramollit (1) (charbon agglutine) est chauffée ä environ 3200C avec les gaz chauds formes après le cyclone (8) et portés ä. une température d'environ 800 C. La substance qui ne ramollit pas et la substance qui ramollit sont chargées'dans le rapport de 70 : 30, via les conduites (11) et (12), dans le mélangeur (13). Dans ce dernier, 11 s'établit une temperature de mé1ange d'environ 480 ä 500 C, les composants inertes étant fusionnés intensivement par le charbon agglutiné qui ramollit. Le mélange final de formation de briquettes est agg10mêré à chaud à cette température (environ 480 à 500 C) dans une presse à deux cylindres (14).
Ensuite, via la dé. charge (15), les briquettes dites "vertes" sont acheminées ä une installation de durcissement dans laquelle la résistance des arides mou1és est con- siderablement accrue. Après le refroidissement des briquettes, celles-ci sont disponibles comme combustible sans fumée. Dans ce procédé d'agglomération ä chaud, on obtient les còurants suivants de gaz résiduaires : - Le chauffage du charbon agglutlné à environ 500 C dans le mélangeur (13) donne lieu à la liberation d'un gaz de mélangeur comme gaz riche d'une valeur calorifique Hu ä peu près égale à 6. 000 kcal/m3 dans des conditions normales, ce gaz contenant, en outre, une importante quantité de goudron sous forme de vapeur et de poussières entra ! nées.
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- Apres le deuxieme cyclone (9) dans lequel le charbon agglutiné chauffe est séparé, on obtient, dans la décharge (16), une grande quantité de gaz pauvre d'une valeur calorifique Hu à peu pres égale ä
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500-800 kcal/m3 dans des conditions normales.
Cette quantité de gaz se compose des gaz de fumée produits dans la chambre de combustion (4), y compris les constituants volatils libérés des composants inertes, ainsi que de l'eau évaporée de ces produits utilises, y compris les particules de poussieres non précipitées dans le cyclone.
Les deux courants de gaz résiduaires (16) et (17) sont réunis et brQlés dans une chambre de combustion de gaz résiduaires (20). Les gaz de fumée chauffes ä environ 1. 000oC et provenant de . la chambre de combustion des gaz résiduaires sont ensuite refroidis a environ 2500C dans une chaudière de recuperation (21), la chaleur dissipée étant utilisée pour la production de vapeur. Cette façon de procéder pose les problèmes suivants : - Une haute production de vapeur qui ne peut pas toujours etre localisée ä différents endroits, et - l'apport d'énergie étrangère à la chambre de com- bustion (4) dans l'ordre de grandeur d'environ
0, 5 x 106 kcal/t de produit.
Cet apport d'energie étrangère pèse, dans une mesure croissante, sur le caractere économique du processus. Par exemple, pour la production d'environ 13 t/h d'un produit vendable (combustibles sans fumée), i1 faut environ 800 m3/g de gaz naturel dans la chambre de combustion (4), environ 16 t/h de vapeur (15 bars, 280 C) étant produites dans la chaudière de récupération (21).
Le procédé selon l'invention, qui est illustré schématiquement en figure 2,'prévoit à présent le traitement du gaz évacué du mélangeur (30) via la conduite (27) à une température d'environ 500 C de la manibre suivante : 11 est refroidi à environ 120oC dans le laveur de goudron (41), conden-
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sant ainsi la fraction de goudron ä point d'ebulli- tion supérieur, une grande partie des poussières étant également précipitée. Comme excédent, on évacue la fraction de goudron contenant des poussieres via la conduite (43).
Le gaz de mélangeur est alors achemine, via la conduite (50), au réfrig6rant final (49) où il est refroidi indirectement à environ 300C à l'Intervention du circuit d'eau de refroidissement (57)/ (58). Après precipitation des dernières particules de poussières et des aerosols de goudron dans l'electroflltre (63), un gaz riche refroidi et purifie après la soufflerie (68) est disponible pour une utilisation ultérieure.
Selon l'invention, le goudron contenant des poussières et évacué par la conduite (43) est libéré des matières solides dans une centrifugeuse (44), si bien que le goudron exempt de poussières et évacué via les dispositifs (46) à (49) peut être brûlé sans problèmes dans la chambre de combustion (4). En conséquence, lors du recyclage aussi bien du goudron exempt de poussières que du gaz de merlan- geur purifié, si l'on utilise, par exemple, un charbon agglutine contenant environ 25% (waf = with all faults = avec toutes les erreurs possibles) de constituants volatils, on peut introduire 70% de l'éner- gie nécessaire pour la chambre de combustion (4).
Cette quantité peut etre portée 80-90% lorsquton utilise un charbon agglutiné contenant une importante fraction de constituants volatils (par exemple, 28 ä 32% waf) lors de l'agglomération a chaud. C'est ainsi que, par exemple, la quantité de goudron libérée dans le gaz de mélangeur augmente d'environ 50% en poids dans le cas d'un charbon agglutiné contenant 32% de produits volatils (waf) comparativement un charbon agglutine contenant 25% de produits
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volatils (waf).
En variante au système comprenant la centrifugeuse (44), on peut également incorporer, dans le circuit du laveur de goudron, une centrifugeuse et/ou un filtre en forme de bougie, (54) comme représenté en traits discontinus, les matières solides précipitées et le goudron exempt de poussières étant évacués en conséquence.
La chambre de combustion des gaz résiduaires (30) devrait, de préférence, être mise en service avec des gaz résiduaires ä une température -de 950 à 1.000 C afin d'éviter une liquefaction de la fraction de cendres des poussiers, qui est introduite dans le gaz pauvre. Dans le mode opératoire proposé avec recyclage du gaz de melangeur à la chambre de combustion (4), une quantité de 10 à 15% d'énergie doit encore être fournie à la chambre de post-combustion (30), afin d'elever la temperature de la chambre de combustion ä la valeur désirée de 950 ä 1. 000oC. Cette quantité peut etre couverte complètement avec la boue de goudron contenant des poussières et formée en (45) après la centrifugeuse, ainsi qu'avec le condensat aqueux se formant dans la pompe (66) avec les constituants huileux.
Dans le présent exemple (dans le cas de 13 t/h de produit vendable), en adoptant le mode opératoire propose, la quantité de vapeur produite dans la chaudière de récupération serait réduite
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ä environ 8 t/h (ä 15 bars et à 2800C) comparativement aux 16 t/h de vapeur dans le proceed adopté jusqu'a present.'-'
En figure 3, on represente la dérivation précitée des gaz de fumée chauds devant la chaudière de récupération. En l'occurrence, les gaz de fumée chauffés à une temperature d'environ. l.
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évacués après 1a chambre de combustion (30) et ils sont refroidis à environ 2500C dans 1e réfrigérant (40) par injection d'eau (37), pour être ensuite envoyés dans l'atmosphère via l'lectrofiltre (34) et la cheminée (35). Afin de maintenir constamment la chaudière de récupération en état de fonctionnement et afin d'éviter la condensation, on fait, en outre, passer en même temps une petite partie des gaz de fumée ä travers la chaudière de récupération (31).