FR2502635A1 - Procede d'extinction du coke a sec et dispositif pour le realiser - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES PROCEDES DE FABRICATION DE COMBUSTIBLES METALLURGIQUES DE HAUTE QUALITE, ET NOTAMMENT LES PROCEDES D'EXTINCTION DU COKE A SEC ET LES DISPOSITIFS POUR LES REALISER. LE PROCEDE FAISANT L'OBJET DE L'INVENTION CONSISTE EN CE QUE LE COKE CHAUFFE JUSQU'A UNE TEMPERATURE DE 1200 A 1300C EST D'ABORD REFROIDI PAR UN MELANGE DE GAZ CONTENANT DES HYDROCARBURES ET DE LA VAPEUR D'EAU PRECHAUFFE JUSQU'A UNE TEMPERATURE DE 90 A 100C, DE FACON A OBTENIR UN GAZ CONTENANT DE L'HYDROGENE ET DE L'OXYDE DE CARBONE, PUIS LE REFROIDISSEMENT EST CONTINUE A LA VAPEUR D'EAU, JUSQU'A UNE TEMPERATURE DE 200 A 250C.

Description

La présente invention concerne la fabrication de combustibles métallurgiques de haute qualité (coke et gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone), et se rapporte notamment à l'extinction du coke à sec ainsi qu'aux dispositifs pour la réaliser. L'invention est destinée à être mise en oeuvre avec une efficacité maximale en cokerie.

L'augmentation de la production de fonte et d'acier dans les pays en voie de développement et dans les pays développés, ainsi que l'augmentation de la consommation de coke qui en résulte, rendent nécessaire la découverte de nouvelles ressources en charbons cokéfiants. Les réserves limitées de charbons cokéfiants de'haute qualité et leur prix élevé sur le marche international impliquent la recherche de procédés permettant une utilisation aussi complète que possible de la matière organique dont sont formés les charbons cokéfiants pour les besoins du traitement dans les hauts fourneaux.

A l'heure actuelle, les méthodes employées pour la production du coke, ne permettent l'emploi dans les hauts fourneaux que de 70% de la matière organique contenue dans les charbons cokéfiants, les 30% restants étant utilisés à d'autres fins, quelquefois même dans d'autres branches de l'industrie, sous forme de produits solides, liquides et gazeux. En outre, avec les méthodes existant actuellement, le coke retiré des fours à coke porte une grande quantité de chaleur qui, auparavant, n'était pas utilisée et s'échappait dans l'atmosphère avec la vapeur se formant lors de l'extinction humide du coke.

A la première étape de perfectionnement du traitement en vue de la production du coke, on a mis au point un procédé d'extinction du coke à sec, dans lequel la chaleur physique du coke était récupérée pour produire, d'abord de la vapeur utilisée à des fins techniques, puis de la vapeur utilisée pour la production d'énergie.

On connait un procédé d'extinction du coke à sec, dans lequel le coke chauffé jusqu'à une température de 900 à 1000"C est éteint par admission de gaz inertes (azote ou produits de combustion du gaz de cokerie ou du gaz de haut fourneau) à une chambre d'extinction du coke à sec (Leibovich R.E. et autres, "Technologie de la cokerie", 1974, éditions "Metallurgia", pages 196 à 199).

On connait aussi un dispositif pour réaliser ce procédé (certificat d'auteur d'invention d'URSS nO 217 239). Ce dispositif comprend une chambre avec des moyens de chargement et de déchargement du coke, un moyen pour l'admission à la partie inférieure de cette chambre de l'agent de refroidissement (gaz inerte ou produits de combustion du gaz de cokerie ou du gaz de haut fourneau), une chaudière de récupération pour le refroidissement de l'agent de refroidissement en circulation et la production de vapeur destinée à être employée pour la production d'énergie. Dans ce dispositif, le diamètre de la partie supérieure de la chambre est augmenté et cette partie est utilisée en tant qu'accumulateur pour le coke, chauffé à une température de 900 à 1000"C, provenant des fours à coke.La chambre d'extinction du coke à sec est formee de briques refractaires, et presente la forme d'une cuve cylindrique comportant un ciel conique; au bas de cette chambre se trouve le moyen d'admission de l'agent de refroidissement, réalisé sous la forme d'une grille conique à barreaux métalliques. Dans la partie mediane de la chambre d'extinction se trouve le dispositif pour l'évacuation à partir de la chambre d'extinction de l'agent de refroidissement rechauffé jusqu'à une température de 700 à 800"C; ce dispositif est réalisé sous la forme d'un canal annulaire qui est relié d'un côté à la chambre par des fentes, et de l'autre, à la chaudière de récu pération par un carneau d'évacuation.

Un inconvénient de ce procédé connu et du dispositif pour le réaliser réside dans la faible efficacité du traitement de refroidissement du coke, ce qui implique une augmentation des dimensions et, en conséquence, du prix des installations d'extinction du coke à sec.

En outre, dans le cas d'extinction du coke à sec par des gaz inertes, le taux d'utilisation de la matière organique des charbons cokéfiants pour les besoins du traitement au haut fourneau, ainsi que la qualité du coke en ce qui concerne sa résistance à l'usure et le taux de soufre, restent au même niveau.

On connaît un procédé d'extinction du coke à sec, destiné à amélio- rer la qualite du coke par abaissement de sa teneur en soufre (brevet de
R.F.A. n" 1 085 495, C.I.B. C10 B, H. cl. 10a, 17/04). Suivant ce procédé, l'extinction du coke à sec s'effectue à l'aide d'un mélange de gaz contenant des hydrocarbures, de la vapeur d'eau et de l'oxygène ou de l'air.

L'extinction du coke chauffé jusqu'à une température de 900 à 1000 C, par ce procédé, s'effectue dans une trémie à fond incliné, dans laquelle arrive le coke provenant de plusieurs fours à coke. On admet par le bas, à travers un fond à grille, un gaz de cokerie et un mélange de vapeur d'eau et d'oxygène ou de vapeur d'eau et d'air. L'action des hydrocarbures, de l'oxygène et de la vapeur d'eau à la surface du coke ardent forme l'hydrogène nécessaire à la désulfuration du coke et dégage la quantité de chaleur supplémentaire nécessaire à la mise en oeuvre du procédé. On obtient ainsi un abaissement du taux de soufre dans le coke.

Le gaz chaud sortant de la trémie, contenant de l'hydrogène et des composés sulfureux est amené à une chaudière de récupération, puis à une tour de désulfuration. Ensuite, refroidi et débarrassé des composés sulfureux, le gaz est réadmis à la trémie en commun avec le mélange initial de gaz contenant des hydrocarbures, de la vapeur d'eau et de l'oxygène ou de l'air.

Un inconvénient de ce procédé est la faible efficacité du traitement de refroidissement du coke, due au dégagement de chaleur supplémentaire lors de la réaction de l'oxygène avec les hydrocarbures du mélange gazeux et le carbone du coke. L'utilisation du gaz ainsi obtenu pour les besoins du traitement au haut fourneau est irrationnelle, par suite de sa basse teneur en constituants réducteurs utiles: hydrogène et oxyde de carbone, et de sa forte teneur en gaz formant ballast: azote, gaz carbonique et vapeur d'eau. La qualité du coke quant à sa résistance mécanique et le taux d'utilisation de ma tière organique des charbons cokéfiants pour les besoins du traitement au haut fourneau restent au niveau précédent.L'installation pour réaliser ce procédé n'est pas perfectionnée et sa réalisation technologique est encombrante, ce qui pose des difficultés pour son implantation dans les halles modernes des cokeries à fours de grande capacité.

La première tentative aux fins d'élever le taux d'utilisation de la matière organique des charbons cokéfiants pour les besoins du traitement au haut fourneau, dans la production du coke métallurgique, est le procédé faisant l'objet du brevet français nO 1 380 290. Suivant ce procédé, l'extinction à sec du coke chauffé jusqu'à une température de 900 à 1000 C s'effectue non pas avec des gaz inertes, mais avec un mélange de gaz contenant des hydrocarbures, de la vapeur d'eau et de l'oxygène ou de l'air. Le gaz contenant des hydrocarbures employé dans le mélange de refroidissement est le gaz de cokerie.

Le dispositif pour réaliser ce procédé est analogue à celui faisant l'objet du certificat d'auteur d'invention soviétique n" 217 239.

La réaction de la vapeur et de l'oxygène avec les hydrocarbures du mélange gazeux et le carbone du coke produit un gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone. L'utilisation de ce gaz, contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone (gaz réducteur), dans le haut fourneau se traduit par un abaissement de la consommation de coke et un accroissement de la production du haut fourneau. De la sorte, le taux d'utilisation de la matiere organique des charbons cokefiants pour les besoins du traitement au haut fourneau se trouve quelque peu accru.

Un inconvénient de ce procédé est la basse efficacité du procédé d'extinction du coke à sec. Le melange de refroidissement contient de l'oxygène qui réagit avec les hydrocarbures et le carbone du coke; il s'ensuit un dégagement supplémentaire de chaleur et un abaissement de la vitesse de refroidissement du coke, d'ou une augmentation des dimensions et, en conséquence, du prix de l'installation d'extinction du coke à sec, ainsi qu'une diminution de la production spécifique de gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone. En outre, la qualite du coke en résistance à l'usure et taux de soufre reste au niveau precédent, et le rendement en coke diminue de 1,6 à 2,0% par suite de sa gazeification.

D'autre part, on connaît un procédé d'extinction du coke à sec, suivant lequel le-refroidissement du coke s'effectue en faisant circuler à travers une couche de coke un mélange de gaz contenant des hydrocarbures et de la vapeur d'eau, la proportion vapeur d'eau/hydrocarbures étant de 1,05 à 1,10 en volume (brevet britannique nO 1 570 048).Le coke, à une température de 900 à 1000"C, provenant des fours à coke, est d'abord chauffé dans la partie supérieure d'une chambre jusqu'à une température de 1200 à 1300"C, puis refroidi, d'abord jusqu'à une température non inférieure à 7000C par circulation dans sa masse du melange indiqué, ce qui produit un gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone, puis jusqu'à une température de 200 à 2500C par circulation dans sa masse d'un gaz inerte: azote ou produit de la combustion du gaz de cokerie ou du gaz de haut fourneau.

Le chauffage préliminaire du coke s'effectue dans la partie supérieure de la chambre, par la chaleur rayonnante d'une flamme obtenue en faisant brûler un gaz combustible injecté dans un jet d'air préchauffé jusqu'à une température d'au moins 1100 C. Le coke, porté à une température d'au moins 1200"C, descend en continu, par gravite, dans la partie médiane de réaction de la chambre, Les produits de combustion, refroidis jusqu'à'une température non inférieure à 1200"C par suite de la chaleur cédée au coke, sont évacués à travers des fentes ménagées dans la seconde moitié d'un canal annulaire supérieur, vers la partie correspondante d'un régénérateur, dans lequel ils cèdent leur chaleur à un ruchage, après quoi les produits refroidis jusqu'à une température non inférieure à 5000C sont amenés vers la chaudière de récupération de la zone de refroidissement final du coke.

L'air nécessaire au chauffage du coke est réchauffé jusqu'à une température d'au moins 11000C dans la partie correspondante du régénérateur, par echange thermique convectif entre le ruchage réchauffé par les produits de combustion et l'air admis au régénérateur par le bas.

Suivant ce procédé, avant d'être admis au refroidissement du coke, le mélange de gaz contenant des hydrocarbures et de la.vapeur d'eau est réchauf jusqu'à une température d'au moins 7000C dans un échangeur thermique tubulaire gaz-gaz, de la façon suivante. Le gaz contenant des hydrocarbures, refroidi jusqu'à une température de 40"C, est mélangé à la valeur d'eau chauffée jusqu'à 150-160"C, puis le mélange obtenu est admis dans l'échangeur thermique tubulaire, où il est réchauffé jusqu'à une température d'au moins 7000C, par échange thermique à travers la paroi métallique avec le gaz contenant de l'hydrogene et de l'oxyde de carbone, ayant une température non inférieure à P000C et circulant dans l'espace intertubulaire dddit échangeur thermique, auquel il est admis pour son refroidissement.Le melange gazeux réchauffé est ensuite admis à la partie médiane de réaction de la chambre, dans laquelle, sous l'action de la chaleur du coke ardent à température de 1200 à 1300 C, les hydrocarbures réagissent avec la vapeur d'eau et se transforment en gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone. Le gaz ainsi obtenu, contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone et ayant une température d'au moins 900"C est évacué de la partie médiane de réaction de la chambre d'extinction, d'abord vers l'échangeur thermique tubulaire gaz-gaz où il est refroidi jusqu'à une température de 250 à 2800C, puisdansunréfrigérateur deiazà ruissellement jusqu'à 400C après quoi il est admis dans un électrofiltre qui en sépare les poussières et la vapeur d'eau sous forme de brouillard. Le qaz sortant de l'electrofiltre est ensuite envoyé à l'utilisation à l'aide d'une soufflante.

Le coke, refroidi dans la partie mediane de réaction de la chambre jusqu'à une température non inférieure à 7000C, descend par gravite dans la partie inférieure -zone de refroidissement final- où il est refroidi jusqu'à une température de 200 à 250"C par échange thermique convectif avec le gaz inerte de refroidissement en circulation, admis dans la chambre par le bas.

Le coke refroidi est ensuite déchargé de la chambre d'extinction par un moyen approprié. Le gaz inerte admis à une température de 160 à 1700C se réchauffe jusqu'à 500"C, puis il va a la chaudière de récupération, s'y refroidit jusqu'à une température de 160 à 1700C et revient de nouveau à la zone de refroidissement final du coke. La chaudière de récupération utilise la chaleur extraite pour produire de la vapeur destinée à la production d'énergie.

Le procédé décrit est caractérisé par une consommation d'énergie thermique quelque peu accrue pour le réchauffage du mélange de refroidissement constitué par le gaz contenant des hydrocarbures et la vapeur d'eau, car ce mélange est réchauffé jusqu'à une température d'au moins 7000C dans l'echan- geur thermique tubulaire, à travers la paroi métallique; or, il est connu que l'échange thermique entre deux gaz à travers une cloison est moins efficace que l'échange thermique, par exemple, entre un gaz et la surface du coke ardent. En outre, pour réchauffer ce mélange jusqu'à une température élevée (d'au moins 700"C), il faut un échangeur thermique de conception plus compli quée, ce qui entraîne des pertes thermiques supplémentaires.De plus, le gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone est évacué de l'échangeur thermique gaz-gaz, à une température élevée (250 à 28û"C), ce qui entraîne des pertes supplémentaires d'énergie thermique et des consommations supplé- mentaires d'eau de refroidissement dans le réfrigérant de gaz à ruissellement.

D'autre part, la vapeur d'eau nécessaire à la réaction de conversion des hydrocarbures provient, dans ce procédé, d'une source tierce, et la production de cette vapeur implique une consommation supplémentaire d'énergie thermique.

On s'est proposé de créer un procédé d'extinction du coke à sec et un dispositif pour le réaliser qui assureraient un refroidissement efficace du coke, avec production simultanée d'un gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone, utilisé pour les besoins du traitement au haut fourneau.

La solution consiste en un procédé d'extinction du coke à sec, suivant lequel le coke est chauffé jusqu'à une température de 1200 à 13Q0 C, puis refroidi par circulation à travers une couche de coke d'un mélange de gaz contenant des hydrocarbures et de la vapeur -d'eau, la proportion vapeur d'eau/hydrocarbures étant de 1,05/1,10 en volume, de façon à obtenir un gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone, le refroidissement étant ensuite continué jusqu'à une température de 200 à 250"C par circulation d'un agent de refroidissement à travers la couche de coke, procédé dans lequel, d'après l'invention, le mélange de gaz contenant des hydrocarbures et de la vapeur d'eau est préchauffé jusqu'à une température de 90 à 1000C, et l'agent de refroidissement utilisé est la vapeur d'eau.

Le procédé conforme à l'invention permet d'intensifier le refroidissement du coke, grâce à l'augmentation de la quantité de chaleur extraite par unité de volume utile de la chambre, et d'accroître en consequence le débit du dispositif.

Un mode de réalisation consiste aussi en un dispositif pour l'extinction du coke à sec, comprenant une chambre avec des systèmes pour y charger et en décharger le coke, un système pour l'admission et l'évacuation d'un caloporteur à la partie supérieure de ladite chambre afin d'y chauffer le coke, un collecteur pour l'évacuation du gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone, un système pour l'admission à ladite chambre du mélange préchauffé de gaz contenant des hydrocarbures et de la vapeur d'eau destiné à refroidir le coke, des systèmes pour l'admission et l'évacuation de l'agent de refroidissement, situés à la partie inférieure de ladite chambre, dans ce dispositif, le système pour l'admission du mélange préchauffé de gaz contenant des hydrocarbures et de la vapeur d'eau est réalisé sous la forme d'un tube et d'une coiffe avec un évasement disposés coaxialement suivant l'axe vertical de la chambre, la coiffe encerclant le tube dans la zone de sa section de sortie, située plus haut que le collecteur mentionné, et l'orifice de sortie de ladite coiffe étant situé plus haut que le système mentionné pour l'admission et l'évacuation de l'agent de refroidissement.

L'admission à la chambre d'un mélange de gaz contenant des hydrocarbures et de la vapeur d'eau préchauffé jusqu'à une température de 90 à 100 C, permet d'utiliser pour le chauffage des échangeurs thermiques de conception simplifiee, de réaliser ces échangeurs avec des matériaux ordinaires (aciers non alliés), ainsi que d'utiliser, pour le réchauffage du gaz susindiqué, de la vapeur d'eau obtenue directement dans la zone de refroidissement final du coke.

D'autres buts et avantayes de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemples de réalisation et de la figure jointe qui représente une coupe verticale d'un dispositif conforme à l'invention pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention.

Ce dispositif comprend une chambre 1 pour l'extinction du coke à sec, réalisée sous la forme d'une cuve cylindrique verticale avec une enveloppe métallique extérieure, garnie à l'intérieur de plusieurs couches de briques réfractaires. La chambre 1 est équipée d'un système 2 pour le chargement du coke à refroidir, et d'un système 3 pour le déchargement du coke refroidi. Le système 2 peut être d'une conception connue quelconque, par exemple une trémie de section rectangulaire à fond conique avec un obturateur (non représenté sur le dessin). Le système 3 peut aussi être d'une conception connue quelconque, par exemple une écluse (non représentée sur le dessin).

Suivant l'axe vertical de la chambre 1 est monté un système pour l'admission du mélange préchauffé de gaz contenant des hydrocarbures et de vapeur d'eau, réalisé sous la forme d'un tube 4 et d'une coiffe 5 avec un évasement 6, disposés coaxialement suivant l'axe de la chambre 1, la coiffe 5 encerclant le tube dans la zone de sa section de sortie, située plus haut que le collecteur 7 pour l'évacuation du gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone de la chambre 1. L'orifice de sortie de ladite coiffe 5 est situé plus haut que le système 8 pour l'évacuation de l'agent de refroidissement. Dans sa partie inférieure, l'évasement 6 comporte, aupres de sa section de sortie, des directrices (non représentées sur le dessin) assurant une distribution uniforme du mélange gazeux dans la section.

Plus bas que la section de sortie du tube 4 se trouve le collecteur 7 pour l'évacuation du gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone, réalisé sous la forme d'un canal annulaire, situé dans la partie médiane du garnissage réfractaire de la chambre 1 et relié d'une part à l'enceinte de la chambre 1 par des fentes 9, et, d'autre part, à une chaudière 10 de récupération par un carneau d'évacuation (non représenté sur le dessin). La chaudière 10 est reliée à un réfrigérant 11 de gaz à ruissellement, qui est lui-meme relié à une soufflante 12. Au-dessus du collecteur 7 est monté un système pour l'admission et l'évacuation du caloporteur, réalisé sous la forme d'un canal annulaire 13, situé dans le garnissage réfractaire de la partie supérieure de la chambre 1.Des cloisons transversales, placées dans le canal annulaire 13, le partagent essentiellement en deux parties égales. Chaque partie du canal 13 est reliée à l'enceinte de la chambre 1 par des fentes 14, ainsi qu'à un régénérateur 15 de conception connue, réalisé, par exemple, sous la forme d'une cuve de section rectangulaire remplie par un ruchage et partagée par une cloison verticale en deux parties égales. Chaque partie du régénérateur 15 n'est reliée qu'à une seule partie du canal annulaire 13.

Le régénérateur 15 et son ruchage sont réalisés en un matériau réfractaire.

A la partie inférieure de la chambre 1 est monté un système pour l'admission a la chambre 1 de la-vapeur d'eau, réalisé sous la forme d'une chambre cylindrique 16, fermée à sa partie supérieure par une grille conique 17 à barreaux.

Dans la partie médiane de la chambre 1, plus bas que la section de sortie de la coiffe 5 (plus bas que les directrices de l'évasement 6), est monté le système 8 pour l'évacuation de la vapeur d'eau de refroidissement en circulation. Ce système 8 se présente sous la forme d'un canal annulaire, constitue par deux troncs de cône 18 et 19 disposés coaxialement. Le système 8 est relié d'un coté à la chambre 1 par des fentes (non représentées sur le dessin), et de l'autre côté, à un réfrigérant 20 à ruissellement, par un carneau de liaison (non représenté sur le dessin). Le réfrigérant 20 est relis à un surpresseur 21 de vapeur. Les réfrigérants 11 et 20 à ruissellement ont la forme d'une chambre cylindrique verticale avec des claies transversales horizontales, ou bien consistent en des buses montées à la partie supérieure pour la pulvérisation de l'eau de refroidissement.

L'échangeur thermique 22 se présentesous la forme d'un appareil métallique vertical ordinaire, à faisceau tubulaire, les tubes étant parcourus par la vapeur d'eau de préchauffage, et l'espace intertubulaire étant parcouru par le gaz contenant des hydrocarbures.

Le dispositif faisant l'objet de l'invention fonctionne de la façon suivante.

Le coke déchargé d'un four à coke, à température de 1000 à 11000C, est admis dans la partie supérieure de la chambre 1 à travers le système 2, il y est chauffé jusqu'à une température de 1200 à 13000C, par un mélange de gaz combustible, par exemple de cokerie, et d'air réchauffé jusqu'à une température de 1100 C dans la partie correspondante du régénérateur 15. L'air réchauf venant du régénérateur 15 est admis dans l'enceinte de la chambre 1 via la par tie correspondante du canal annulaire 13, à travers les fentes 14, et le gaz combustible venant d'un collecteur extérieur de gaz est injecté par des tubulures (non représentées sur le dessin).

Le coke est chauffé par la chaleur rayonnante de la flamme. Les produits de combustion, refroidis jusqu'à une température non inférieure à 12000C par suite de la chaleur cédée au coke, sortent par les fentes 14 de la seconde moitié du canal annulaire 13 et vont à la partie correspondante du régénerateu 15, où ils cèdent leur chaleur au ruchage, puis, refroidis jusqu'à une température non inférieure à 500"C, ils sont rejetés dans l'atmosphère par une cheminée (non représentée sur le dessin). Périodiquement, toutes les 20 à 30, mi- nutes, les sens des flux de produits de combustion et d'air sont inversés dans les parties du régénérateur 15 et dans les parties correspondantes du canal annulaire 13.

Le coke chauffé jusqu'à une température de 1200 à 1300au descend dans la partie médiane de la chambre 1, dans laquelle le mélange de gaz contenant des hydrocarbures et de la vapeur d'eau, (la proportion vapeur d'eau/ hydrocarbures étant de 1,05/1,10 en volume), préchauffé jusqu'à une température de 90 à 100"C, arrive à contre-courant par le tube 4, à travers les directrices (non montrées sur le dessin) de la coiffe 6.

Le gaz contenant des hydrocarbures, qui est, par exemple, un gaz de cokerie, un gaz naturel, un gaz de cokerie enrichi en méthane, est préchauffé jusqu'à une température de 80 à 90"C dans l'échangeur thermique 22, par de la vapeur d'eau, puis, à la sortie de l'échangeur thermique 22, avant son entrée dans le tube 4, il est mélangé à la vapeur d'eau refroidie jusqu'à une température de 130 à 1500C dans le réfrigérant 20 à ruissellement. La quantité de cette vapeur s'élève à 85% de la quantité de vapeur d'eau utilisée pour la conversion des hydrocarbures.

A la sorti e de l'évasement 6s le mélange de gaz contenant des hydrocarbures etde la vapeur d'eau semélange à l'autre partie de vapeur d'eau, réchauffée jusqu'à une température de300à3500C, s'élevantàî5%de la quantité de vapeur d'eau nécessaire àla conversion des hydrocarbures et venant de la zone de refroidissement final du coke. Le mélange, ainsi obtenu dans la partie médiane de la chambre 1, se réchauffe à la surface du coke ardent jusqu'à une température d'au moins 700 C. Les hydrocarbures réagissent avec la vapeur d'eau en se transformant en gaz contenant de l'hydrogene et de l'oxyde de carbone.Le gaz réchauffé jusqu a une température d'au moins 900"C passe à travers les fentes 9 du collecteur 7 et va à la chaudière 10 de récupération, où il se refroidit jusqu'à une température de 160 à 1800C, puis il traverse le refrigerant 11 à ruissellement, ou il se refroidit jusqu'à une température ne dépassant pas 400C, après quoi la soufflante 12 le dirige vers l'utilisation. La chaleur extraite du gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone est utilisée par la chaudière 10 de récupération pour produire de la vapeur allant à la production d'énergie.

Le coke, refroidi jusqu'à une température de 400 à 450"C dans la partie médiane de la chambre 1, descend par gravite dans la partie inférieure de la chambre 1, ou il est traversé à contre-courant par la vapeur d'eau refroidie jusqu'à une température de 130 à 150"C, venant du réfrigérant 20.à ruissellement et pulsée par le surpresseur 21. Le coke se refroidit alors jusqu'à une température de 200 à 2502C, puis il est déchargé de la chambre d'extinction à l'aide du système 3 de déchargement. La vapeur est réchauffée par le coke jusqu'à une température de 300 à 3500C, et près de 90 h de sa quantité totale passent par le canal annulaire (système 8) pour aller au réfrigérant 20 de vapeur à ruissellement, où il se refroidit, puis, à une température de 130 à 1500C, il est renvoyé à la zone de refroidissement final; 10% de la quantite totale de vapeur d'eau en circulation sont dépensés pour la réaction de conversion des hydrocarbures. La quantité de vapeur d'eau nécessaire à la réaction de conversion des hydrocarbures se forme dans le réfrigérant 20 à ruissellement, lors du refroidissement dans ce réfrigérant de la vapeur d'eau chauffée jusqu'à une température de 300 à 3500C dans la zone de refroidissement final du coke.Le prélèvement de la vapeur d'eau nécessaire à la conversion des hydrocarbures est réglé par variation du régime d'écoulement dans la zone de refroidissement final du coke.

De la sorte la partie principale de la vapeur d'eau sortant du réfrigérant 20 à ruissellement et s'élevant à 90%, va au refroidissement du coke puis revient à ce même réfrigérant, en circulant ainsi en circuit fermé.

L'autre partie de la vapeur d'eau (soit 10%) sortant du réfrigérant 20 à ruissellement, va à la conversion des hydrocarbures par deux flux, comme décrit plus haut.

Le refroidissement initial du coke jusqu'à une température non supérieure à 400-450"C permet d'utiliser d'une manière plus complète la chaleur du coke ardent pour la production du gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone, ainsi que d'utiliser pour le refroidissement intensif du coke, le gaz contenant des hydrocarbures et la vapeur d'eau réchauffée séparément, le premier jusqu'à une température ne dépassant pas 80 à 90"C et la seconde jusqu'à une température ne dépassant pas 300 à 350"C. En outre, le refroidissement initial du coke jusqu'à une température ne dépassant pas 400 à 4500C permet d'utiliser la vapeur d'eau en tant qu'agent de refroidissement dans la zone de refroidissement final et de supprimer dans le dispositif réalisant le procédé un appareil coûteux (une chaudière de récupération), en lui substituant un réfrigérant à ruissellement, plus simple et moins cher, pour le refroidissement de la vapeur d'eau circulant dans la zone de refroidissement final.

L'emploi de la vapeur d'eau en tant qu'agent de refroidissement dans la zone de refroidissement final du coke supprime la formation d'un melange explosif et toxique auprès du système de déchargement, et permet de plus d'utiliser la vapeur obtenue dans le réfrigérant à ruissellement pour la réaction de conversion des hydrocarbures dans la zone de réaction. La mise en oeuvre des perfectionnements décrits ci-dessus de la méthode d'extinction du coke à sec, allège la répartition des flux gazeux aux zones constitutives de la chambre et diminue les fuites de gaz d'une zone à l'autre, ce qui contribue à la production d'un gaz réducteur, contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone, pur (sans ballast).

On donne ci-dessousla description d'un exemple concret de réalisation du procédé conforme à l'invention.

Dans la chambre 1 pour l'extinction du coke à sec, on refroidit un coke de houille ayant les caractéristiques suivantes:
Température initiale: 10500C
Indice de résistance à l'usure M10: 5,8 à 6,2% en poids
Taux de soufre dans le coke: 1,78 à 1,82% en poids
Le coke de houille à température de 1050"C est chauffé dans la partie supérieure de la chambre 1 en faisant brûler au-dessus de la couche de coke un gaz de cokerie de composition volumique suivante:
CH , =25%
H2 =60% CmHn =2%
CO2 =2%
CO =7%
N2 =4%
La consommation spécifique de gaz de cokerie s'élève à 0,035 m3/kg de coke et la consommation d'air-rechauffe jusqu'à une température de 1100 C, pour la combustion du gaz de cokerie, s'élève à 0,17 m3/kg de coke.

Les produits de combustion à la température de 12000C sont évacués vers le régénérateur 15, où ils sont refroidis jusqu'à une température ne dépassant pas 5000C, après quoi ils sont rejetés à l'atmosphère par une cheminée.

Le coke, chauffé dans la partie supérieure de la chambre 1 jusqu'à une température de 12500C, descend dans la partie mediane de la chambre 1, ou il est traversé à contre-courant par un mélange de gaz contenant des hydrocarbures et de la vapeur d'eau, en une proportion vapeur d'eau/hydrocarbures de 1,05/1,10 en volume, prechauffé jusqu'a une température de 950C et admis par le tube 4 et l'évasement 6.

Le gaz contenant des hydrocarbures, qui est en l'occurence un gaz de cokerie, est réchauffe jusqu'à 850C dans l'échangeur thermique 22 à faisceau tubulaire, par la vapeur d'eau, le gaz à réchauffer étant admis dans l'espace entre les tubes et la vapeur étant amenee dans les tubes de l'échan- geur 22. Ensuite, à la sortie de l'échangeur 22, avant son entrée dans le tube 4, ledit gaz est mélangé à la vapeur d'eau, refroidie dans le réfrigérant 20 de vapeur à ruissellement jusqu'à une température de 1400C. La quantité de cette vapeur s'elève à 85% de la quantité totale de vapeur d'eau nécessaire à la conversion des hydrocarbures.

A la sortie-de l'évasement 6, le mélange de refroidissement constitué par le gaz contenant des hydrocarbures et de la vapeur d'eau, se mélange à l'autre partie de la vapeur venant de la zone de refroidissement final du coke, réchauffée jusqu'à 300C et constituant les 15% complémentaires de la quantité totale de vapeur d'eau nécessaire à la conversion du coke.

Dans la partie médiane de réaction de la chambre 1, le mélange de refroidissement est réchauffe à la surface du coke ardent jusqu'à une tempe- rature d'au moins 700"C; les hydrocarbures réagissent avec la vapeur d'eau en se transformant en gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone, et le coke se refroidit de la température de 12500C à la température de 4000C.

La consommation de mélange de refroidissement, constitué par le gaz contenant des hydrocarbures et la vapeur d'eau, pour la conversion et le refroidissement s'élève à 0,6 m3kg de coke, et le rendement en gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone s'élève à 0,7 m3/kg de coke éteint.

Le coke à température de 4000C descend par gravité de la partie médiane de réaction de la chambre 1 et arrive dans la partie inferieure de la chambre 1, où il est refroidi jusqu'à 200"C par la vapeur d'eau venant du réfrigérant 20 de vapeur à ruissellement, après y avoir été refroidie jusqu'à 140"C. La vapeur de refroidissement se réchauffe alors jusqu'à 300"C, puis elle est de nouveau refroidie dans le réfrigérant 20 à ruissellement jusqu'à 140"C, par mélange avec l'eau de refroidissement.

La consommation de vapeur d'eau pour le refroidissement final du coke s'élève à 1,14 m3/kg de coke, et la consommation de vapeur d'eau pour le préchauffage du gaz contenant des hydrocarbures dans l'échangeur 22 s'élève à 0,09 kg/kg de coke éteint.

La consommation d'eau dans l'échangeur thermique 20 à ruissellement s'élève à 0,105 1/kg de coke éteint.

La quantité de vapeur pour la production d'énergie débitée par la chaudière de récupération s'éleve à 0,21 kg/kg de coke éteint.

Le chauffage préliminaire du coke de la température de 1050"C à la température de 12500C permet d'améliorer la résistance mécanique du coke -d'abaisser l'indice de résistance à l'usure (M1o) de 5,8-6,2 à 4,8-5,0% en poids-, d'abaisser le taux de soufre de 1,72-1,82 à 1,50-1,55% en poids.

Le préchauffage jusqu'à 95"C du mélange de refroidissement, constitué par un gaz contenant des hydrocarbures et de la vapeur d'eau, permet, toul en conservant le rendement spécifique en gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone, la teneur de ce gaz en constituants réducteurs utiles (hydrogène et oxyde de carbone) et le débit de l'installation en coke éteint, d'abaisser les investissements spécifiques pour la construction de l'installation d'extinction du coke à sec et d'abaisser son prix de revient.

L'abaissement des investissements spécifiques pour la production du gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone et l'abaissement de son prix de revient, procurés par le procédé faisant l'objet de l'invention, résultent du fait que la chaleur du gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyd de carbone porté à haute température est entièrement récupérée pour produire de la vapeur allant à la production d'énergie, et, vu que l'échange thermique entre un gaz et un liquide à travers une cloison est de 1,5 à 2,0 fois plus élevé qu'entre deux gaz à travers la même cloison, la surface d'échange thermique que doit avoir la chaudière de récupération est deux fois plus petite que celle d'un échangeur thermique à haute température pour le même débit de gaz réfroidi.En outre, le prechauffage séparé du gaz contenant des hydrocarbures jusqu'à 85"C permet d'utiliser un échangeur thermique de conception simplifiée, réalisé en acier au carbone ordinaire, et d'utiliser pour le préchauffage la vapeur basse pression obtenue dans la zone de refroidissement final du coke.

Le taux de récupération de la chaleur du coke ardent porte à la tem pérature de 12500C, pour le production du gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone et de vapeur allant à la production d'énergie, par le pro cedé faisant l'objet de l'invention, est augmenté de 30%.

La substitution de la vapeur d'eau aux gaz inertes dans la zone de refroidissement final du coke diminue les fuites de gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone vers la zone de refroidissement final du coke et dans le local de travail lors du déchargement du coke de la chambre d'extinction, ce qui revient la formation d'une atmosphère toxique dans le local de travail de l'installation d'extinction du coke à sec.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention.

Claims (2)

REVENDICATIONS

1. Procédé d'extinction du coke à sec, suivant lequel le coke est chauffé jusqu'à une température de 1200 à 1300"C, puis refroidi par circulation à travers une couche de coke d'un mélange de gaz préchauffé contenant des hydrocarbures et de la vapeur d'eau, à proportion vapeur d'eauthydrocarbures de 1,05/1,10 en volume, de façon à obtenir un gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone, le refroidissement étant ensuite continué jusqu'à une température de 200 à 250"C par circulation d'un agent de refroidissement à travers la couche de coke, caractérisé en ce que le mélange de gaz contenant des hydrocarbures et de la vapeur d'eau est préchauffé jusqu'à une température de 90 à 100"C, et que l'agent de refroidissement utilisé est la vapeur d'eau.

2. Dispositif pour réaliser le procédé faisant l'objet de la revendication 1, comprenant une chambre avec des systèmes pour y charger et en décharger le coke, un système pour l'admission et l'évacuation d'un caloporteur à la partie supérieure de ladite chambre afin d'y chauffer le coke, un collecteur pour l'évacuation du gaz contenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone, un système pour l'admission à ladite chambre du mélange préchauffé de gaz contenant des hydrocarbures et de la vapeur d'eau destiné à refroidir le coke, des systèmes pour l'admission et l'évacuation de l'agent de refroidissement, situés à la partie inférieure de ladite chambre, caractérisé en ce que le système pour l'admission du mélange préchauffé de gaz contenant des hydrocarbures et de la vapeur d'eau se présente sous la forme d'un tube (4) et d'une coiffe (5) avec un évasement (6) disposés coaxialement suivant l'axe vertical de la chambre (1), la coiffe (5) encerclant le tube (4) dans la zone de sa section de sortie, située plus haut que le collecteur (7) mentionné, et l'orifice de sortie de ladite coiffe (5) étant situé plus haut que le système (8) mentionné pour l'admission et l'évacuation de l'agent de refroidissement.