<Desc/Clms Page number 1>
PROCEDE DE CONDITIONNEMENT DE LA HOUILLE.
La présente invention se rapporte à un procédé de conditionne- ment de la houille destinée à la fabrication de produits chimiques, par exem- ple de la houille destinée à un procédé d'hydrogénation. Elle se rapporte plus particulièrement à un procédé de chauffage de la houille à des tempéra- tures dépassant 200 C. sans nuire à ses propriétés chimiques ou physiques.
Dans certains processus chimiques comportant l'usage de char- bon finement divisé, il est avantageux de préchauffer la houille avant de la mélanger avec les autres réactifs. Le problème du préchauffage de la houille à des températures dépassant 200 C. est compliqué par la tendance de la houille,à ces températures,, 'à perdre ses constituant volatils et à se cokéfier et se ramollir. Les constituants volatils organiques sont d'une grande importance dans les réactions chimiques qui doivent suivre le préchauf- fage et l'on doit éviter toute perte de matières de ce typeo De plus, la co- kéfaction ou le ramollissement diminuent la réactivité chimique de la houille ou provoquent l'agglomération du charbon qui devient difficile ou impossible à manipuler.
On a déjà proposé de sécher et de cokéfier la houille finement divisée Dans l'opération de séchage, ,la houille est chauffée à une tempé- rature insuffisamment élevée pour que se pose sérieusement le problème de la perte de matières volatiles ou de la cokéfaction et du ramollissement.
Dans la préparation de la houille en vue de la cokéfaction conformément aux anciennes techniques, on ne se préoccupe pas de la perte des constituants volatils ou de la perte de réactivité chimique de la houille. On a égale- ment proposé de préchauffer la bouille finement divisée avant la cokéfaction par oxydation, partielle de la surf$.ce des particules de houille. L'oxydation partielle des particules empêche leur ramollissement et leur agglomération dans les conditions de chauffage qui suivent. Un procédé de ce type diminue beaucoup la valeur du charbon dans certaines réactions chimiques.
<Desc/Clms Page number 2>
Suivant l'invention, la demanderesse fournit un procédé de chauffage rapide du charbon pulvérisé de grosseur particulaire 'variable à une température comprise entre 200 et 500 C. sans nuire à ses-propriétés chi- miques ou physiques, ce procédé comprenant le mélange de la houille pulvéri- sée avec un gaz inerte porté une- température de 400 à 1200 C., et de pré- férence de 550 à 800 C., et le réglage de la durée du chauffage et-de la répartition particulaire de manière à chauffer la totalité de la houille a- vant que se produise le ramollissaient ou la cokéfaction des particules les plus fines.
Quand on mélange un échantillon de houille pulvérisée avec un gaz inerte d'une température supérieure à celle du charbon, la vitesse à laquelle la température centrale de chaque particule se rapproche de la tem- pérature du gaz dépend principalement de la dimension de la particule. 'La vitesse d'augmentation de la température centrale d'une particule de bouille en contact avec le gaz chaud varie en raison inverse de la dimension de la particule; en d'autres termes la température augmente d'autant plus rapide- ment que la particule est plus petite.
Quand on mélange de la houille pulvérisée de la manière habi- tuelle avec un gaz inerte d'une température supérieure à celle du charbon,' les particules les plus petites sont chauffées avant les particules les plus grosses. La température du gaz diminue à mesure que' sa chaleur passe dans les particules de charbon. Gomme on le verra dans les dessins annexés ; la température des particules plus fines de charbon se rapproche de la tempéra- ture en voie de diminution du gaz plus rapidement que celle des particules plus grossières. Quand la température des particules plus fines de houille atteint la température inférieure du gaz inerte, il se produit un refroidis- sement simultané des particules plus fines de houille et du gaz inerte peu- dant que les particules plus grosses se chauffent.
Une corrélation convena- ble des températures et de la répartition des dimensions particulaires per- met un chauffage de la houille finement divisée avant qu'il se produise un ramollissement notable des particules plus fines. La perte de constituants volatils de la houille est négligeable quand on la chauffe dans des condi-,- tions telles qu'elle ne se ramollit ni ne se cokéfie.
Voici maintenant une deseription détaillée de l'invention, fai- te en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est un graphique semi-logarithmique dans lequel les températures des composants d'un mélange d'un gaz inerte et de particu- les de houille de diverses dimensions particulaires sont rapportées à la durée de contact entre le charbon et le gaz.
Les figures 2, 3 et 4 sont des graphiques similaires à celui de la figure 1, et
La figure 5 est un schéma de circulation d'un mode de mise en oeuvre préféré du procédé suivant l'invention.
Dans la figure 1, la température d'un gaz inerte et les tem- pératures des particules de bouille de dimensions particulaires variées sont rapportées à la durée de contact entre la houille et le gaz. La température initiale du gaz inerte est de 600 C. et la bouille., préalablement séchée, est à une température de 12000. au moment de son mélange avec le gaz.
La répartition particulaire de la bouille est la suivante :
EMI2.1
<tb> 5 <SEP> microns <SEP> ou <SEP> moins <SEP> 5%
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> à <SEP> 22, <SEP> 5 <SEP> microns <SEP> 35%
<tb>
<tb>
<tb> 22, <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 58 <SEP> microns <SEP> 35%
<tb>
<tb>
<tb> 58 <SEP> à <SEP> 105 <SEP> microns <SEP> 24%
<tb>
<tb>
<tb> 105 <SEP> à <SEP> 350 <SEP> microns <SEP> 1%
<tb>
Comme on le voit dans la figure 1, les températures des parti- cules plus fines se rapprochent de la température descendante,du gaz plus . rapidement que ne le font les températures des particules plus grosses.
Les températures du gaz, et des particules d'une dimension de 5 microns on moins
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
atteignent 5205C au bout de 09dE?3 seconde et les deux températures diminuent au cours du chauffage des particules plus grosses,, On atteint une tempéra- ture d-léquilibre de 370C en une secondée Il ne se produit pas de cokéfac- tion ou de ramollissement appréciables et pas d'autres pertes de ratières
EMI3.2
volatiles que de la vapeur deea-a.
La figure 2 montre l'effet exercé par le mélange d'une cer- taine quantité de houille ayant la même répartition particulaire que celle
EMI3.3
du charbon de la figure 1 avec un gaz d'une température de 8'OCC. Dans ce cas, les particules d'une dimension de 5 microns ou moins et le gaz passérxt z, la température de 650Go en o, m2 seconde, On atteint en 0,8 seconde une température d'équilibre du mélange de 37CPC.
A la température de 6500C. les particules les plus fines se cokéfient ou se ramollissent en un temps excessivement court, et il est essentiel que le poids des particules plus grosses soit suffisant pour provoquer le refroidissement du gaz et des parti- cules les plus fines avant un temps suffisant pour que se produise la coké- faction ou le ramollissement de ces particules les plus fines,, Dans ce cas, le chauffage des particules-plus grosses entraîne une diminution de la tem-
EMI3.4
péràture des particules les plus fines à 39poCo en environ C9i seconde, de sorte que ces particules ne souffrent pas du chauffage,,'
Dans la figure 3, les conditions sont les mêmes que dans la figure 1,
sauf en ce qui concerne la répartition particulaire. Le rapport du gaz à la houille est ici de 140/100 en poids. La houille, dans l'opéra-
EMI3.5
tin de chauffage suivant la figure 3, est plus grossière que dans l'opéra tion de chauffage suivant la figure 1.
La répartition particulaire de la houille dans l'opération suivant la figure 3 est la suivante :
EMI3.6
<tb> 44 <SEP> microns <SEP> 5%
<tb>
<tb> 44 <SEP> à <SEP> 320 <SEP> microns <SEP> 30%
<tb>
<tb> 320 <SEP> à <SEP> 730 <SEP> microns <SEP> 30%
<tb>
EMI3.7
730 microns à z68 mm. 30% 1,68 mIna à 2 mm. 5%
Gomme on peut le voir dans la figure 3, les particules les plus fines (44 microns ou moins) et le gaz atteignent la température de 525 C. en 0,06 seconder On obtient un équilibre de température de 375 C, dans le mélange en environ 5 secondes auprès le mélange de la houille et du gaz.
Bien qu'il faille plus de temps pour chauffer le charbon plus grossier, la
EMI3.8
température des particules les plus fines est réduite à 3900Co moins d'une seconde après qu'on a atteint la température maximum. A cette température
EMI3.9
de 3900C,. la houille ne perd pas de constituants organiques volatils et ne se cokéfie ni ne se ramollit pendant le temps nécessaire pour chauffer les
EMI3.10
particules grossières à 375 Co
Dans la figure 4,
la température initiale de la houille et la répartition particulaire sont les mêmes que dans la figure 3. La températu-
EMI3.11
re initiale du gaz est de 8aPCo et le rapport du gaz à la boaille est de 74/100 en poids Le gaz et les particules d'une dimension de 44 microns ou
EMI3.12
moins atteignent une température de 66CPC. en 0,04 seconde après le mélange du gaz et du charbon La température maximum du mélange est réduite à 40000. en une seconde et on atteint en 3 secondes un équilibre de température du
EMI3.13
mélange de 375 0" Il ne se produit pas de cokéfaction, ramollissement ou perte de matière organique volatile appréciables.
La répartition partieulaire, la température initiale du gaz et la durée de contact entre la houille et le gaz sont en relation mutuelle.
Un changement dans l'une de ces variables affecte les autres. Par exemple, une augmentation de la température initiale du gaz diminue le temps nécessai- re au chauffage d'un échantillon particulaire de houille possédant une répar- tition particulaire donnée à une température donnée. Un changement dans la
EMI3.14
distribution particulaire e8nt une augmentation de la grosseur de la houil- le nécessite l'usage d'un gaz plus chaud pour chauffer la houille à une tem- pérature donnée .en un temps donne.
La répartition parti"t7.,aire peut -varier entre de{3 limites éloi-
<Desc/Clms Page number 4>
gnées à la condition que l'on tienne compte, comme on l'a dit, dés antres' variables. Les particules très fines de houille seront pendant un certain '
EMI4.1
temps à une température très supérieure à la- température de la masse'du" char- bon, de sorte que le rapport pondéral dea fines particules à la masse tàtâle de charbon ne doit pas etre trop grand.
Il est bon qu'il n'y ait pas plus de 10% des particules de charbon qui aient un diamètre inférieur à -m3.aren$, ¯ Une prépondérance de particules grossières tend à prolonger la période- de chauffage et à provoquer le ramollissement ou la cokéfaction du-charbon,
EMI4.2
Il ne doit donc pas y avoir plus de 10 % de particulee de charbon-qui sois supérieures à 2 mm. environ. Il est préférable qu'il y ait environ bzz de particules de houille d'une dimension de 420 microns.
La température initiale du gaz chauffant doit être assez élevée pour chauffer la houille à la température désirée en un temps relativement court, afin d'empêcher le ramollissement ou la cokéfaction des particules les plus fines et d'entretenir un rapport raisonnable gaz/charbon. D'autre part, si la température initiale du gaz est trop élevée, les particules les
EMI4.3
plus fines se ramollissent ou se cokéfient avant que les particules grwisié- res soient suffisamment chaudes. Il faut une température initiale minimal
EMI4.4
du gaz chauffant de 4tf3 C, environ et la température maximum pratique est de 72af,C, environ.
Une gamme comprise entre 55et 80000. est préférable pour la température initiale du gaz chauffant.
EMI4.5
La température finale de la bauillo dépend en grande partie de l'usage auquel elle est destinée. Le problème du ramollissement, de la cokéfaction et des pertes en constituants volatils ne se pose ordinairemaob
EMI4.6
pas tant que le charbon n'est pas chauffé au-dessus de 20oeC. On doit se rendre compte que la houille chauffée ne peut être maintenue indéfinimeut à des températures dépassant 2000e" sans se ramollir, se cokéfier et perdre des constituants volatils ou subir d'autres changements pyrolytiques. La durée pendant laquelle une bouille peut être maintenue sans s'altérer est d'autant plus courte que la température est plus élevée.
La température maxi- mum à laquelle la houille peut être maintenue pendant un temps suffisant peur permettre sa séparation du gaz chauffant et antres manipulations éventuelles
EMI4.7
est d'environ 5C0 Co
On doit faire intervenir dans le temps minimum de chauffage de la houille à la température désirée la réduction des dimensions des par-
EMI4.8
ticules et la température initiale extremememb élevée du gaz exigée pour c chauffer la houille dans un minimum de temps On a constaté qu'il'n'était pas pratique de chauffer la totalité de la houille pulvérisée en moins de 0,01 seconde. Une période prolongée de chauffage augmente la possibilité' d'altération des particules les plus fines de charbon. Le chauffage ne doit pas demander plus d'une minute et une durée de 0,10 à 10 secondes est pré- férable.
Il est préférable de sécher la houille avant de la mélanger avec le gaz inerte. Dans le cas des charbons très humides, il est nécessaire
EMI4.9
de les sécher avant de les pulvirisêr ou en même temps, cette pratique sup- primant l'encrassage de l'appareil de pulvérisation par la houille humide
EMI4.10
et facilitant la manipulation de 9 e-ci. On peut ajouter au gaz chauffai une certaine quantité de houille ed. sèches, mais ce procédé n'est pas d'un rendement thermique aussi bon dans le processus de chauffage. Si l'on sèche la houille avant de la chauffer, la chaleur retenue dans la houille et qui provient de l'opération de séchage peut être mise à profit en mélangeant la ' houille ainsi portée à la température de séchage avec le gaz chauffant.
La température du charbon au moment de son mélange avec le gaz ehauffant est
EMI4.11
de préférence voisine . lisl 10000.
Le gaz chauffant inerte doit avoir un volume suffisant et être
EMI4.12
animé d'une vitesse suffisante pour entraîner d-,une- manière complète le charbon à chauffer. On entend ici par gaz inerte un gaz ne se combinant pas avec les constituants de la houille au cours de la-période de ehaaffage peur en réduire ainsi sa réactivité chimique-. Le gaz chauffant préféré est un mélange d'azote, de vapeur d'eau et d'anhydride carbonique, mais en peut é-
<Desc/Clms Page number 5>
gaiement utiliser de l'azote, de l'anhydride carbonique ou un mélange de ces 'deux gaz, ou d'autres gaz possédant les propriétés voulues.
Le schéma de circulatiom de la figure 5 illustre le procédé , préféré de chauffage de la houille conformément à l'invention.
La houille broyée est disposée dans la trémie 1 d'où elle est transférée dans l'appareil de pulvérisation 1,, après avoir séparé dans le tamis 2 de la masse de la houille:.les particules les plus fines, de préféren- ce celles allant jusqu'à 2 mmo de diamètre,, La masse de charbon est envoyée dans l'appareil de pulvérisation 3 et la houille pulvérisée provenant detcet appareil et celle passant à travers le tamis ?, sont introduites dans un cou- rant de gaz desséchant A, suffisamment chaud pour que la température moyenne du gaz et de la bouille sèche soit d'environ 125 C., la température'du gaz desséchant étant de 200 C. environ.
L'humidité est chassée de la houille tandis que la houille est véhiculée par le gaz desséchant dans un sépara- teur cyclone à où s'effectue la séparation du gaz et de la majeure partie du charbon sec. Ge charbon est transféré dans la trémie 5 après avoir éliminé les particules grossières, supérieures à 2 mm. environ, au moyen du tamis 6, d'où on les renvoie au pulvérisateur 3. La circulation du gaz desséchant est entretenue sous la forme du courant A au moyen de la pompe 8.
On enlève l'eau du gaz desséchant en retirant une partie du courant d'une manière continue et n la faisant passer dans un autre sépara- teur cyclone 1 d'où l'on recueille les particules extrêmement fines de houil- leo Une partie du gaz ainsi débarrassé de charbon est évacuée en V et le reste est chauffé dans un four 11, puis renvoyé dans le courant gazeux B.
Le charbon sec pulvérisé présent dans la trémie 5 est envoyé dans le courant de gaz chauffant B, dont la température convenable est de 600 C. environ, et véhiculé par ce gaz dans un séparateur cyclone .2 ou s'effectue la séparation du gaz et du charbon. La houille chaude est dé- chargée du cyclone en vue du traitement ultérieur. Une partie des gaz chauds sortant du séparateur 9 est remise en circulation par une pompe 10 et passe dans le four 11 pour être de nouveau utilisée au chauffage de la bouille. On utilise une autre partie du gaz chaud C provenant du séparateur pour chauffer le gaz destiné au léchage du charbon. Une partie du gaz D peut être détournée par la pompe 12 vers le four 11 pour être chauffée et servir au chauffage du charbon.
Le tableau I ci-dessous donne des indications numériques four- nies par plusieurs opérations effectuées conformément au procédé représenté dans la figure 5. Le charbon utilisé dans ces opérations présente la compo- sition suivante, après séchage.
EMI5.1
<tb>
Cendres <SEP> 8,56% <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb> Humidité <SEP> 0,47% <SEP> "
<tb>
<tb> Produits <SEP> volatils <SEP> 40,90% <SEP> "
<tb>
La répartition particulaire de la houille chauffée est la sui- vante :
EMI5.2
<tb> Passant <SEP> au <SEP> tamis <SEP> à <SEP> mailles <SEP> de <SEP> 0,84 <SEP> mm. <SEP> 99,92 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> d <SEP> 0,25 <SEP> mm. <SEP> 91,08 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> d <SEP> 0,149 <SEP> mm. <SEP> 76,64 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> d <SEP> 0,074 <SEP> mm,, <SEP> 48,04%
<tb>
<tb>
<tb> d <SEP> 0,053 <SEP> mm. <SEP> 44,00 <SEP> %
<tb>
Cette houille pulvérisée, après séchage et au mpment où elle est mélangée avec le gaz chauffante possède une température d'environ 120 C.
Le gaz utiliséest l'anhydride carbonique.
<Desc/Clms Page number 6>
TABLEAU I
EMI6.1
<tb> Opération <SEP> n <SEP> I <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> initiale <SEP> : <SEP> 550-590 <SEP> : <SEP> 600-610 <SEP> 605-615 <SEP> 595-620 <SEP> 590-620
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> du <SEP> gaz <SEP> chauffant., <SEP> 100. <SEP> :
<SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Débit <SEP> du <SEP> gaz <SEP> en. <SEP> litres
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> par <SEP> minute <SEP> dans <SEP> les
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> conditions <SEP> normales <SEP> 538 <SEP> 623 <SEP> 623 <SEP> 679 <SEP> 538
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Débit <SEP> de <SEP> la <SEP> houille
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> en <SEP> kg./h. <SEP> 16,8 <SEP> 26,8 <SEP> 25,4 <SEP> 25,4 <SEP> 25,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Durée <SEP> de <SEP> l'opération:
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (en <SEP> heures) <SEP> 10 <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> : <SEP> 3,5 <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Durée <SEP> de <SEP> contact <SEP> en-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> tre <SEP> la <SEP> Rouille <SEP> et <SEP> le <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> gaz <SEP> (en <SEP> secondes) <SEP> 0,4 <SEP> 0,35 <SEP> : <SEP> 0,35 <SEP> :
<SEP> 0,3 <SEP> 0,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Temp. <SEP> finale <SEP> de <SEP> la, <SEP> : <SEP> . <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Temp. <SEP> finale <SEP> de <SEP> la <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> bouille, <SEP> C. <SEP> 375-390 <SEP> 380-395 <SEP> 385-390 <SEP> 375-400 <SEP> 365-375
<tb>
Le procédé solvant l'invention s'est montré particulièrement applicable au chauffage des houilles én général et en particulier des houil- les bitumineuses qui sont plus susceptibles de se ramollir et de se cokéfier quand on les chauffe que les houilles anthraciteuses.
Etant donné que la tendance des houilles au ramollissement et à la cokéfaction est assez varia- ble, il est recommandé de procéder à un traitement spécial, tel par'exemple qu'une contraction de la gamme de répartition particulaire et unecourte,du- rée de chauffage, dans le cas des houilles se ramollissant et se cokéfiant facilement.