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Cette invention concerne de manière générale un procédé pour traiter des particules calibrées de charbon avant leur utilisation pour préparer du charbon activé et/au des gaz de synthèse.
La houille a traditionnellement été considérée pour sa
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accrue en raison de son intérêt comme matière première pour des produits comme le charbon active décolorant et adaorbant. De plus, on tend à remplacer le gas naturel par du gaz de synthèse en utilisant la houille comme matière première. Dans les applications industrielles susmentionnées ou les produits pour
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ralement nécessaire de préparer d'abord le charbon en le traitant par des techniques classiques de lavage, broyage et calibrage. Ensuite, on chauffe les particules de charbon en atmosphère oxydante à une température élevée, par exemple, quand le produit final est du charbon activé, on a proposé divers modes opératoires utilisant diverses conditions qui permettent de distiller les matières volatiles contenueo dans le charbon et de les récupérer <EMI ID=4.1>
utilisant de la vapeur d'eau ou l'un quelconque des autres agents d'activation bien connus.
On sait déjà que les particules de charbon bitumineux devien-
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ou au voisinage, selon le type de charbon utilisé et la taille des particules. Cet effet "agglomérant" est provoqué.en grande partie par la présence de goudrons et autres matières volatiles présents, dans le charbon brut. La température à laquelle les particules de charbon s'agglomèrent est la "température de fusion*. Cette caractéristique indésirable est particulièrement gênante quand on utilise des réacteurs à lit fluidisé. Lorsque les particules s'agglomèrent et deviennent plus importantes, le réac-
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plus, lorsque les particules deviennent plus grosses, il devient plus difficile de maintenir les particules dans un état fluidisé qui est nécessaire pour une réaction efficace.
Jusqu'à présent diverses suggestions ont été faites pour traiter le charbon à teneur élevée en matière; volatile* par exemple le brevet E.U.A. N[deg.] 3.047.472 de Gorin décrit un procédé de carbonisation de la houille dans lequel on effectue un traitement de pré-oxydaticn du charbon broyé à une température
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température supérieure à 455[deg.]C.
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procédé en deux étapes de carbonisation et de récupération des matières volatiles de la houille. Cependant dans ce procédé on note que l'on utilise un gaz inerte dans un premier réacteur à lit fluidisé, maintenu à une température qui peut être aussi
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Eddinger et al décrivent des procédés à plusieurs étapes en lit fluidisé destinés à pyrolyser les charbons bitumineux pour obtenir des rendements accrus en huiles et goudrons. Comme dans
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milieu de fluidisation tant dans le prétraitement initial que dans la pyrolyse à température plus élevée. On n'utilise pas de milieu fluidisant oxydant avant d'avoir atteint une gazéification
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et les produits améliorés résultants de la présente invention. Aucun des procédés suggérés par la technique antérieure ne reconnaît non plus les avantages qui découlent de la pratique de cette invention.
Selon l'invention, il est fourni un procédé de production d'un produit charbonneux non agglomérant dans lequel on chauffe d'abord un lit fluidisé de particules de charbon dans une atmosphère oxydante pendant un temps non suffisant pour rendre les particules non agglomérantes à une température de l'ordre de
275[deg.]C au-dessous de la température de fusion du charbon, une pulvérisation d'eau étant dirigée sur le lit de manière à contrôler la température, puis on chauffe ensuite les particules dans une atmosphère non oxydante à une température de 400.à 540[deg.]C pour les rendre non agglomérantes.
Il est en outre fourni un produit charbonneux non agglomérant sous forme de particules et dérivé de charbon cokéfiant à teneur élevée en matière:volatiles,où lesdites particules ont une forme irrégulière, ont une masse volumique apparente de 560 à 720 Tcg/m ,
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celle du charbon brut.
Le procédé ainsi brièvement décrit concerne le traitement
de particules calibrées de charbon à des températures relativement basses avant leur utilisation comme substance de départ pour la fabrication de charbon activé, noir de charbon et gaz de synthèse. En particulier, le procédé comprend un mode opératoire en deux étapes dans lequel on soumet d'abord les particules calibrées de charbon à un gaz fluidisant oxydant à une température de
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température de fusion du charbon, de préférence inférieure à 4OO[deg.]C, puis immédiatement après à un traitement thermique dans un gaz fluidisant inerte (non oxydant) à une température plus élevée,
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Un autre aspect essentiel de cette invention est l'utilisation d'eau pulvérisée pour contrôler de manière plus précise la
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la chaleur.
On a noté que dans les références antérieures concernant les traitements du charbon, une terminologie identique a été utilisée pour décrire des modes opératoires ou traitements totalement différents. Pour éviter une confusion non nécessaire quant à la signification de cette invention, on mettra l'accent sur son application à la production de charbon activé et/ou de gaz de : synthèse, il est cependant entendu que la procédé convient également parfaitement à d'autres produits provenant de charbon calibré.
Dans une technique préférée de fabrication de charbon
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b. oxydation et traitement thermique pour empêcher l'agglomération ;
c. carbonisation (facultative), activation ; et
d. lavage acide, si nécessaire, pour éliminer les cendres.
En considérant l'état de la technique, on verra maintenant que c'est grâce au procédé de l'invention, c'est-à-dire l'oxydation et le traitement thermique (étape b),que l'on élimine les tendances à l'agglomération du charbon calibré et que l'on obtient .la qualité et le rendement améliorés du produit.
On observe habituellement mais de façon inattendue au moins quatre avantages importants quand on conditionne les particules calibrées de charbon selon le traitement en deux étapes oxydation et traitement thermique :
(1) les particules résultantes sont rendues non agglomérantes et peuvent être facilement utilisées comme matière première de fabrication de,charbon activé, de gaz de synthèse, dans des réacteurs à lit fluidisé à des températures élevées, de l'ordre de 980 à 1090[deg.]C, sans arrêt fréquent des réacteurs à lit fluidisé
(2) il y a une amélioration importante de la qualité des particules résultantes. par exemple, les particules ainsi traitées gardent leur formo irrégulière initiale et sont plus dures que les produits arrondis, mous et beaucoup moins denses obtenus jusqu'à présent. ces qualités sont importantes pour la résistance à l'abrasion dans un état fluidisé
(3) on obtient une augmentation importante du rendement en produit solide. Ainsi, alors que l'on obtenait des rendements en produit de 70 - 75 % par le procédé en une étape, on obtient
<EMI ID=20.1> étapes de la présente invention. On pense que l'augmentation de rendement est due essentiellement à une diminution de la vitesse de combustion du carbone fixe, par exemple 1,45 - 2,45 kg par
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bien qu'à un degré moindre que le premier est l'aptitude des particules à résister à l'abrasion et donc à la dégradation par attrition dans les conditions de fluidisation* et
(4) une augmentation de la quantité de matières volatiles recueillies.
On verra donc que les avantages précédents offrent de manière générale un intérêt. significatif technique ainsi qu'économique par rapport aux procédés classiques destinés à fabriquer du charbon activé et/ou des gaz de synthèse et destinés à récupérer des matières organiques à partir du charbon.
Après avoir brièvement décrit la présente invention, on se réfère maintenant aux dessins et à la description plus
<EMI ID=22.1> la figure 1 est un diagramme schématique illustrant deux procédés qui utilisent le procédé de conditionnement en deux étapes et qui donnent un produit selon la présente invention ; et la figure 2 est une illustration schématique agrandie du traitement en deux étapes oxydation-traitement thermique en lit fluidisé.
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incorporer le procédé en deux étapes dans au moins deux applications industrielles différentes. La route particulière prise dépend évidemment du produit final désiré, c'est-à-dire charbon activé, gaz da synthèse, ou une combinaison des deux.
Quand le produit recherché est le charbon activé, on broie et on calibre du charbon de préférence bitumineux en utilisant un équipement classique avec une ou plusieurs étapes de lavage entre les opérations de manière à obtenir une granulométrie généralement inférieure à 3,36 mm permettant la fluidisation. Les particules calibrées sont fluidisées dans un réacteur
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à la température de fusion du charbon, de préférence à environ
315[deg.]C, pour amorcer la volatilisation des substances organiques du charbon. Les particules sont ensuite soumises à un deuxième <EMI ID=25.1>
traitement thermique de fluidisation sous atmosphère inerte, de préférence à une température d'environ 425[deg.]C, où les particules calibrées sont rendues non agglomérantes. On recueille généralement la substance volatilisée.
Une carbonisation est éventuellement effectuée après le
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températures dépassant 540[deg.]C pour éliminer tout ou partie de la substance organique restant de la structure carbonée et pour rendre la structure mieux adaptée à l'activation.
L'étape d'activation, comme indiqué précédemment, peut suivre immédiatement le traitement thermique ou la carbonisation si on l'effectue. En général, on effectua l'activation à
930 - 980[deg.]C à l'aide de vapeur d'eau ou d'un gaz oxygéné approprié comme agent d'activation. Bien que l'on ne connaisse pas complètement le mécanisme précis de l'activation, le résultat d'un tel mode opératoire est d'augmenter de façon importante la porosité et la surface spécifique du charbon rendant la structure très adsorbante.
Comme indiqué précédemment, le produit final recherché indique laquelle des routes particulières présentées sur la figure 1 doit être utilisée. Quand le produit recherché est essentiellement du gaz de synthèse avec des quantités moindres de charbon activé, on utilise la route représentée à droite de la figure 1. Quand.les particules non agglomérantes sont soumises à une réaction de gazéification en présence de vapeur d'eau à environ 980[deg.]C, les réactions de gazéification intéressantes sont <EMI ID=27.1>
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Il est entendu que l'on peut effectuer une gazéification intégrale du matériau carboné introduit ou une gazéification partielle du matériau introduit, la partie non gazéifiée étant éventuellement récupérée coassa charbon activé. Les rapports particuliers des solides aux gaz recueillis dépendront des facteurs économiques coasse la valeur sur le marché des produits recueillis.
Les produits gazeux récupérés après la gazéification sont ensuite soumis à une série d'opérations prévues pour augmenter
la teneur en méthane du gaz. Ainsi, dans la réaction de conversion catalytique, on fait réagir l'oxyde de carbone avec la vapeur d'eau en présence d'un catalyseur approprié pour former du gaz carbonique et de l'hydrogène supplémentaire. On effectue l'élimination des composés soufrés et du gaz carbonique dans l'étape de purification avant la méthanation où l'oxyde de carbone restant est transformé en méthane en présence d'hydrogène et
d'un catalyseur approprié. ce mode opératoire fournit un produit gazeux comprenant essentiellement du méthane, cependant, on peut également obtenir des gaz de synthèse avec des pourcentages en méthane inférieurs en omettant et/ou en modifiant une ou plusieurs des étapes susmentionnées.
Le charbon qui se révèle le plus indiqué pour fabriquer
du charbon activé est désigné sous le nom de charbon bitumineux
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désignés par les types A, B, C qui,selon la classification A.S.T.M., contiennent moins d'environ 70 %, en poids, de carbone fixe
sec et plus d'environ 30 %, en poids, de matières volatiles
sèches. Les charbons à teneur élevée en matières volatiles que
l'on peut avantageusement utiliser sont largement répartis en particulier aux Etats-Unis. On se réfère à la publication
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and Sons, N. Y., U.S.A, 1945) pour une description plus complète des systèmes de classification des diverses houilles. Le charbon calibré utilisé a un$ granulométrie qui est comprise entre environ
44 microns et environ 3, 36 mm, une granulométrie de 420 microns
à 1,68 mm étant préférée.
La figure 2 représente schématiquement en plus grand détail que sur la figure 1 le procédé de conditionnement en deux étapes selon la présente invention. Le charbon calibré est introduit dans le réacteur à lit fluidisé A équipé d'une plaque perforée 10 servant de support au charbon et le charbon calibré est maintenu dans un état fluidisé par le gaz oxygéné dirigé vers le haut 12. Le pourcentage d'oxygène dans le gaz de fluidisation n'est pas déterminant et peut largement varier. On obtient de bons résultats avec des gas contenant jusqu'à 21 % d'oxygène en volume. pour des raisons économiques, on utilise de l'air (20,8 % d'oxygène bien que l'on puisse également utiliser des mélanges à base d'azcte avec des concentrations inférieure ou supérieures eh oxygène.
La température du lit du réacteur A est avantageusement <EMI ID=31.1>
température (non représente) offre une façon très efficace de régler l'addition d'eau de refroidissement pour éliminer la
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actionner une vanne 15, par exemple fonctionnant de manière
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directe d'eau liquide dans le mélange solide/gaz du réacteur A est extrêmement efficace pour régler la température de la.
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de la chaleur relativement élevée de vaporisation de l'aau
(environ 560 kcal/kg) . En outre, en utilisant un procédé de re-
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Ceci comprend des coûta d'investissement et de fonctionnement plus faibles. On peut éliminer lea dispositifs d'échange de chaleur coûteux. En injectant directement de l'eau, on peut garder la température de réaction à quelques degrés de la température désirée. Le refroidissement par pulvérisation est la technique préférée en raison de l'effet plus rapide, du meilleur contrôle qu'un moyen de refroidissement indirect, par exemple serpentins de refroidissement.
Le temps moyen de séjour des particules de charbon dans
le réacteur peut varier largement selon des facteurs comme le type de charbon utilisé, le pourcentage d'oxygène dans le milieu de fluidisation, la teneur en humidité, etc... En général, un temps moyen de séjour allant jusqu'à une heure est suffisant pour obtenir les résultats désirés. Ainsi, par exemple les particules
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d'oxygène comprise entre environ 0,1 et environ 0,25 kg d'oxygène par kg de charbon. Cette prise d'oxygène représente la quantité d'oxygène consommée par la réaction et l'absorption. Bien que la
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important de noter que les particules de charbon quittant le réacteur A à lit fluidisé gardent encore leur caractéristique
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améliorées par rapport aux substances produites par d'autres procédas. Ainai, la produit de la présenta invention est également
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Après avoir décrit l'invention en termes généraux, on donne l'exemple suivant avec référence aux dessina pour illustrer de manière plus particulière l'invention.
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élevée on matières volatiles ayant une dureté CWS (Chemical Warfare Service) de 63,selon l'étape 1 de la présente invention. dans un réacteur à lit fluidisé en acier de 45 cm de diamètre
(figure 2, réacteur A) équipé d'un pulvérisateur d'eau, dans les conditions suivantes de fonctionnement
Granulométrie des particules de charbon s 380 microns - 1,4 mm
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Temps de séjour s 30 minutes
On trouve que les particules de charbon ainsi traitées possèdent de bonnes caractéristiques physiques mais gardent encore leur tendance à l'agglomération, comme indiqué ci-après
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Le charbon calibré traité selon le mode opératoire indiqué précédemment est ensuite traité selon l'étape 2 de la présente
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diamètre (figure 2, réacteur B) dans les conditions de fonction-
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Gaz da fluidisation : azote (dépourvu d'oxygène)
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On trouve que les particules ainsi traitées que l'on recueille ont des caractéristiques physiques et de non agglomération
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Essai comparatif
Dans cet essai, on soumet un charbon bitumineux de type C calibré à teneur élevée en matières volatiles identique à celui
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étape pour comparer les résultats de cet essai aux résultats du procédé en deux étapes de la présente invention. Les conditions <EMI ID=54.1>
Gaz de fluidisation s azote avec 10 % d'oxygène Température du lit s 425'C
Temps de séjour t,30 minutes
On trouve que les particules que l'on recueille sont non
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dessous, les rendements et la qualité du produit ne sont pas aussi bons que ceux obtenus dans l'Exemple.
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RESULTATS COMPARATIFS APRES UTILISATION DE DEUX PROCEDES
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BITUMINEUX A TENEUR ELEVEE EN MATIERES VOLATILS EN VUE
. DE LA FABRICATION DE CHARBON ACTIVE
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à un indice de gonflement de zéro selon la norme
A.S.T.M. D-720-46
La duret6 CWS (Chemical Warfare service) est une indi- cation de la résistance des particules de charbon à
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machine Ro-Tap (marque de fabrique) comme indiqué dans le document Military Spécification DocumentMIL-C-13724A, daté du 4 Mai 1960.
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clair que la présente invention est supérieure aux procédés de la technique antérieure et constitue une amélioration de la méthode d'oxydation en une étape en ce qui concerne les considérations économiques comme le rendement et l'amélioration de qualité des caractéristiques physiques des particules.
REVENDICATIONS
1. Produit charbonneux non agglomérant sous forme de particules
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720 kg/m , un indice d'oxydation d'au moins 90 et une dureté comparable à celle du charbon brut.