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Procédé de cokéfaction ou de distillation à basse température.
L'invention a pour objet un procédé de cokéfaction ou de distillation à basse température dans lequel la nouveauté consiste à cokéfier ou à distiller des solutions de charbons dans¯des produits de pyrolyse de combustibles solides ou liqui- des. La houille et le lignite, mais non l'anthracite, peuvent se dissoudre sans difficulté dans des agents de cette nature.
Lorsqu'on cokéfie ces solutions isolément, on obtient un résidu similaire à un coke de brai. En outre, on peut cokéfier
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ou distiller ces solutions en mélange avec des combustibles solides tels que le menu coke, l'anthracite ou d'autres houil- les, lignites,de la tourbe, du bois, etc.. De cette façon, même à partir de combustibles solides qui ne donnent pas par eux-mêmes un coke utilisable, on peut obtenir des cokes de haut qualité ou améliorer notablement les propriétés de cokéfaction de combustibles, notamment de houilles, qui fournissent seulement des cokes de qualité inférieure.
D'une façon générale: on peut dire qu'en ajoutant à des combustibles solides le charbon défini plus précisément ci-dessus, on améliore tou- jours notablement la qualité des cokes qui en sont tirés, de sorte que dans la cokéfaction de houilles qui conviennent bien par elles-mêmes à ce procédé, il est encore possible d'a- méliorer la qualité par une légère addition de solutions de charbon dans des produits de pyrolyse de combustibles soli- des ou liquides. Il est apparu particulièrement avantageux d'agglomérer au préalable la matière destinée à être cokéfiée ou distillée à basse température, parce que cela permet de diminuer la quantité de solutions charbon-goudron qui est nécessaire en principe.
Un point important à ce point de vue est que les solutions charbon-goudron jouent simultanément le rôle du brai d'agglomération qui est nécessaire dans les pro- cessus usuels d'agglomération, de sorte qu'il est superflu d'ajouter des liants spéciaux.
On peut adopter comme solvant du goudron, du brai ou des huiles de charbon fin. isolément ou en mélange entre eux. En outre, il est possible aussi d'utiliser comme solvants des produits de pyrolyse liquides, moyens ou lourds du pétrole ou de produits moyens ou lourds de distillation du pétrole. Enfin, on peut aussi utiliser comme solvants du goudron, du brai ou de l'huile de lignite, éventuellement en mélange entre eux.
Les produits de pyrolyse de lignite qui conviennent sont sur- tout ceux qui ont subi ultérieurement ou au cours de leur for-
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mation une température supérieure à 600 C. Les produits de pyrolyse de houille, de lignite et de pétrole cités plus haut peuvent être utilisés isolément ou en mélange entre eux. La vitesse de dissolution du charbon dans les solvants est diffé- rente suivant la température. En pratique, les températures auxquelles on opère la dissolution ne sont pas inférieures à 250 C.
Dans la cokéfaction d'un mélange des solutions défi- nies ci-dessus et de combustibles solides, il est apparu avantageux, lorsqu'on utilise par exemple du charbon de forge, de cokéfier un mélange de 10 parties de charbon de forge et de
1 à 3 parties de solutions charbon-goudron contenant moins de
5% d'eau.
Une autre caractéristique importante de l'invention réside dans le fait que les produits de pyrolyse liquides, :formes dans la cokéfaction ou la distillation à basse température de la solution ou du mélange de solution et de combustibles solides sont utilisés pour la préparation d'autres solutions de charbon et sont ramenés - éventuellement recyclés - dans le processus de cokéfaction ou de distillation, et servent donc par exemple à la préparation d'autres solutions de charbon. Par suite, l'addition de goudron frais qui est nécessaire est rame- née à de très faibles quantités. Eventuellement, on peut même supprimer tout à fait l'addition de goudron frais et, au lieu de cela, ajouter du pétrole ou des produits pétroliers lourds au charbon mis en oeuvre.
Un autre point important est que, suivant une autre caractéristique de l'invention, on peut abaisser la teneur en cendres ou en substances génératrices de cendres des solutions utilisées pour la cokéfaction en séparant mécaniquement, par exemple par sédimentation, centrifugation, filtration, etc.., les solides insolubles qui sont en suspension dans la solution après le processus de dissolution. Cette propo- sition repose sur 1(idée que les solvants cités ne dissolvent
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pas les constituants du charbon qui sont particulièrement riches en cendres, donc surtout le fusain et le schiste charbonneux, ni les impuretés à prépondérance minérale.
Comme on le voit facilement, l'application de ce procédé permet d'obtenir un charbon ou préparer des solutions présentant une teneur en cendres inférieure à 1 %. Il n'est pas nécessaire de souligner davantage que ces faibles teneurs en cendres ne peuvent pas être atteintes avec le procédé usuel de traitement.
A ce point de vue, un autre fait important est que, dans le procédé suivant l'invention, le mode d'association entre le charbon et les impuretés génératrices de cendres n'a pas d'im- portance, car le processus de dissolution a pratiquement pour effet d'éliminer parfaitement et nsttement de la substance du charbon jusqu'aux plus petites particules de cendre.
Les cokes particulièrement pauvres en cendres que l'on obtient par le procédé suivant l'invention peuvent servir tels quels comme matière première pour la fabrication d'élec- trodes en charbon. A l'occasion de la production de l'aluminium, pour laquelle on a besoin d'électrodes en charbon dans une mesure importante, les cokea obtenus par le procédé suivant l'invention présentent l'avantage décisif d'avoir une teneur en zinc notablement inférieure à celle du brai sec. Moyennant un traitement suffisamment soigné, on peut même ramener la teneur en cendres des cokes fabriqués suivant l'invention à un niveau qui correspond à la teneur en cendres des cokes de brai avec lesquels on fabrique généralement les électrodes en charbon.
'Un autre point important est que dans la fabrication d'électrodes en charbon à partir de cokes dits "verts" ou à partir des cokes obtenus par le procédé suivant l'invention, on utilise comme liants des solutions charbon-goudron qui se cokéfient lors de la cuisson des électrodes. Les solutions charbon- goudron sont donc en mesure de remplacer, comme cela a déjà été exposé pour l'agglomération, le brai qui est partiquement uti-
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lisé exclusivement, comme liant. De préférence, avant d'utiliser les solutions charbon-goudron pour la cuisson des électrodes, on les traite de la façon déjà décrite pour diminuer leur te- neur en cendres.
Lorsqu'on cuit les électrodes en charbon pré- formées en un processus que l'on peut également considérer comme une cokéfaction, il se produit une consolidation qui corres- pond à peu près à celle que l'on peut obtenir en utilisant la même quantité de brai.
Les cokes, notamment solides, que l'on obtient en cokéfiant une solution charbon-goudron mélangée à des com- bustibles solides conviennent particulièrement aux usages métallurgiques, par exemple comme coke de fonderie de qua- lité spéciale.
Enfin, les cokes obtenus par le procédé suivant l'invention peuvent aussi servir à fabriquer du carbure de calcium.
On décrit ci-après deux exemples de réalisation qui permettent de voir des détails des procédés suivant l'invention.
EXEMPLE. 1.
Préparation d'un coke pauve en cendres à partir d'une solution de houille dans le goudron de houille.
Comme matière première de la première opération, on prépare une solution comprenant environ 5 parties de gou- dron de houille qui est distillé jusqu'à 300 C et 3 à 5 par- ties de houille. On utilise de préférence les fragments les mieux traités qui présentent donc à l'avance une teneur en cendres relativement faible. Bien entendu, ce n'est pas là une condition essentielle. Le choix des fragments utilisés à cet effet peut aussi se faire d'après un autre critère; par exemple en fonction du fait qu'ils ne conviennent guère ou conviennent mal à d'autres usages. On débarrasse soigneusement le charbon de l'eau adhérente et ensuite on le broie jusqu'à ce que 9 ou davantage soient inférieurs à 1 mm. puis on
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l'incorpore avec agitation au goudron chauffé à 290-300 C.
La durée du processus de dissolution dépend de la finesse du charbon et de l'intensité du mouvement donné au solvant par des agitateurs, par pompages, etc.. Cette durée est normale- ment de 2 à 5 heures. Après la fin du processus de dissolu- tion, on peut commencer par laisser se déposer la substance non dissoute, donc les substances génératrices de cendres.
Le mieux pour cela est d'utiliser un récipient calorifugé; si l'isolement est suffisamment bon, on peut se passer de sur- chauffer davantage pendant le processus de sédimentation* Ensuite, on retire la solution de façon appropriée au des- sus des particules solides déposées et, pour éliminer enco- re les particules non dissoutes particulièrement fines qui sont encore en suspension, on met le tout dans une centrifu- geuse. Il faut veiller à ce que la solution contenue dans la centrifugeuse ne se refroidisse pas trop. En partant d'un charbon de 3 à 6 % de cendres, les mesures décrites permet- tent d'abaisser la teneur en cendres de la solution à moins de 0,4% et même à moins de 0,1% dans les cas favorables.
Pour la cokéfaction proprement dite, on peut appli- quer la même technique que dans la cokéfaction des brais secs. La teneur en cendres du coke obtenu, dont la nature est analogue à celle du coke de brai, est inférieure à 0,8 % et même inférieure à 0,3 % dans les cas favorables.
Dans la préparation d'autres solutions que l'on trai- te de la façon décrite, on utilise, de préférences le goudron épais formé dans la cokéfaction. De cette façon, l'addition de goudron frais peut être limitée à uns fraction du charbon à gaz que l'on transforme et, dans des cas particulièrement fa- vorables, si le charbon à gaz à un fort rudement de goudron ou si la solution a une plus forte teneur en charbon à gaz, on peut supprimer complètement cette addition.
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Domme on l'a déjà dit, l'addition de goudron frais peut être remplacée totalement ou partiellement par le fait que l'on ajoute au mélange de cokéfaction du pétrole ou des produits pétroliers lourds, par exemple du mazout ou du bitu- me, en quantités telles que le goudron gras formé dans la py- rolyse du pétrole ou des produits pétroliers remplace dans la mesure voulue l'absence de goudron frais.
EXEMPLE 2
Préparation d'un coke de haute qualité, par exemple à usages métallurgiques, à partir de charbon de forge et de solutions de charbon.
Pour préparer la solution de charbon utilisée pour la cokéfaction du charbon de forge ,on prend environ 6 parties de charbon gras et environ 5 parties de goudron de houille pré- alablement distillé jusque 300 C environ. On prépare la so- lution de charbon de la façon décrite à l'exemple 1. Toutefois il est ici superflu d'éliminer les particules non dissoutes à forte teneur en cendres. On refroidit plutôt immédiatement la solution liquide chaude. Elle se solidifie en une masse qui présente à la température ambiante l'aspect d'un brai sec.
Cette masse devant ensuite être broyée, on peut faciliter l'opération en appliquant l'un des procédés connus de granula- tion du brai. On peut broyer finement à la. température ambian- te une solution de charbon contenant environ 50 % de charbon sans qu'il y ait de risque d'agglomération ultérieure de la matière broyée.
On divise convenablement le charbon de forge qui sert à la cokéfaction pour l'amener à une granulométrie inférieure à 2 mm. dans une proportion de 80%. Dans cet exemple, il est particulièrement avantageux d'ajuster à 2% au maximum la te- neur en eau des charbons de forge. Grâce à cette faible te- neur en eau, on obtient avec la granulométrie indiquée un poids spécifique apparent de 810 -830 kg/m3.
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Pour agglomérer les poussières, on.ajoute, de préfé- rence du mazout au charbon de forge. POur cela, 0,2-0,4% de mazout léger suffisent.
Comme charbon de remplissage, on ajoute à 10 parties de charbon de forge, 1 à 3 parties de la solution de charbon finement broyée que l'on a décrite et on mélange intimement.
On introduit de façon usuelle ce charbon de remplissage dans des fours à coke normaux et on le cokéfie. Etant donné le faible retrait du coke formé, il est avantageux, avant le tassement, d'en introduire un excès approprié aux circonstances (conicité du four, hauteur de remplissage, etc..). Etant donné la forte formation de goudron lors de la cokéfaction, qui doit être attribuée au fait que l'on a ajouté au charbon d'alimentation la solution charbon-goudron, il est particu- lièrement avantageux de disposer un deuxième appareil du cô- té du coke.
Le coke fabriqué suivant cet exemple de réalisation présente les propriétés suivantes
1 - il est en morceaux particulièrement gros.
2 - dans le cas normal, sa résistance à l'usure est supérieure à celle d'un coke normal de haut fourneau.
3 - avec un poids spécifique apparent et réel plus élevé, il a un volume de pores un peu inférieur à celui d'un coke normal de haut fourneau.
Grâce à ces propriétés, le coke fabriqué suivant cet exemple est un coke de fonderie de haute qualité.
Pour obtenir sans effort spécial et sans difficultés la faible teneur en eau du charbon de forge, il apparat parti- culièrement avantageux d'utiliser un charbon de forge en grains.
Par suite de sa teneur en cendres qui est normalement très inférieure . celle du charbon de forge fin, ce charbon donne aussi au coke une teneur en cendres d'autant plus faible.
Bien entendu, on peut aussi obtenir la teneur en cendres désirée grâce à un traitement approprié ; on pense ici surtout aux
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procédés usuels de traitement.
Comme dans l'exemple 1, le goudron épais liquide obtenu dans la cokéfaction peut servir ensuite à la préparation de solutions de charbon. Ainsi, l'addition de goudron frais qui est nécessaire dans le procédé suivant l'exemple 2 est ramenée à environ 1,5 à 2,5% du charbon de forge à cokéfier. On peut également diminuer ou rendre superflue l'addition de goudron frais en ajoutant au charbon du pétrole ou des produits pétroliers lourds, ainsi qu'on l'a déjà indiqué. La pyrolyse que subissent ces produits en même temps que la cokéfaction ¯aboutit comme dans l'exemple 1 à un goudron gras qui est contenu après la cokéfaction dans le mélange homogène de goudron. La quantité de ce goudron gras est fonction de la nature et du taux d'addition du pétrole ou produit pétro- lier et des conditions de cokéfaction.
Dans la préparation de solutions charbon-goudron, le goudron gras est ensuite capable de remplacer une proportion corexpondante du goudron frais qui est nécessaire autrement.
Pour ramener le goudron épais qui se forme, on règle, de préférence, le balayage des appareils de façon que le gou- dron soit obtenu dans l'appareil à une température d'au moins 100 C. Grâce à cette mesure, ce goudron reste anhyd re et suffisamment fluide.