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Il Perfectionnements à la carbonisation du charbon".
La présente invention est relative à un procédé de oarbonisation du charbon et plus particulièrement du charbon à coke de volatilité moyenne ou supérieure.
La présente invention est relative à un procédé de réduotion de l'agglomération lors de la carbonisation à basse température d'un charbon à coke pris dans le groupe consistant en charbon à coke de volatilité moyenne ou élevée, réduit en particules passant au tamis de 1,7' à 3 mailles par centimètre linéaire, qui consiste à mettre en agitation une masse de ce charbon à basse température de carbonisation, en y faisant passer un gaz chaud.
Les charbons sont actuellement divisés de façon générale en deux grandes classes à savoir les charbons à coke et les charbons qui ne sont pas à coke. Dans ce sens, les charbons à coke comportent toutes les classes de charbons qui se mettent sous forme de coke ou de gâteaux ou qui gonflent ou qui s'agglomèrent de façon quelconque et non pas seulement les charbons connus sous le nom de charbons à coke convenant pour faire du coke de haut-fourneau. En d'autres'termes, les charbons à coke sont ceux qui, lorsqu'on les chauffe suffisamment, fondent pour former des masses de coke. D'autre-part, les charbons qui ne sont pas à coke ne donnent pas en général de coke lorsqu'on les chauffe à une température de fusion ou de plasticité, mais peuvent au contraire se désagréger.
Suivant leur teneur en matières volatiles, on désigne les charbons à coke sous le nom de charbons à coke de volatilité faible, moyenne et élevée. Ces trois classes de charbons à coke contiennent respectivement moins de 25 %, de 25 à 30 % et de 30 à 40 % de matières volatiles/qui s'en vont à la carbonisation. En général, on prépare le coke métallurgique à partir de charbon à coke de faible volatilité, par traitement de carbonisation à température élevée demandant moins de 24 heures. On peut également préparer un coke métallurgique satisfaisant à partir de charbons à coke de volatilité moyenne ou supérieure par un traitement de carbonisation nécessitant de 24 à 36 heures.
La présente invention est relative à un procédé d'obtention de coke à partir de charbons à coke de volatilité moyenne
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bu supérieure, à l'aide d'un traitement de carbonisation qui peut etre effectué en 15 à 18 heures ou moins. Dans ce but, on fait d'abord monter dans une masse de charbon broyé en petites particules, de volatilité moyenne ou supérieure, un gaz chaud plus ou moins inerte, à une vitesse telle qu'il maintienne cette masse de charbon dans un état d'agitation. Le gaz et la cornue contenant le charbon broyé sont maintenus à une température telle qu'il se produise une carbonisation de charbon à basse température, en laissant du semi-coke tout en évitant une agglomération des particules de charbon broyé qui empêcherait la libre agitation de la masse de ce charbon ou le libre passage du gaz dans celle-ci.
On mélange ensuite le semi-coke ainsi obtenu avec des quantités supplémentaires de charbon broyé de volatilité moyenne et supérieure et on soumet le mélange résultant à une carbonisation à température élevée donnant du coke métallurgique de qualité supérieure en 16 à 18 heures ou moins.
En vue d'empêcher l'agglomération ou le collage les unes aux autres des particules de charbon dans cette carbonisation à basse température, qui empêcherait l'agitation du charbon par l'agent gazeux, on peut utiliser de la vapeur d'eau comme gaz d'agitation ou on peut soumettre le charbon à un traitement thermique préliminaire ( si on le désire par agitation avec un gaz chaud ) à une température ne dépassant pas 430 , jusqu'à ce que 4 à 5 % ( en poids du oharbon ) des matières volatiles contenues aient été expulsées, par exemple en remuant de faç on continue le charbon dans une cornue de carbonisation de manière telle que la température du charbon entrant augmente graduellement d'environ 400 à . environ 430 sur une distance qui n'est pas inférieure à environ 150 cms ( lorsqu'on utilise une cornue de 15 cms de diamètre ):
On peut aussi incorporer avec le charbon brut une petite quantité de carbonate de sodium ( 1 à 3% en plus ) ou on peut recycler une partie du semi-coke de façon que la charge entrant dans la cornue contienne par exemple environ 40 % de semi-coke recyclé.
On a constaté selon l'invention,que le semi-coke produit par la carbonisation à basse température selon l'invention a une faible densité en vrac comprise entre 400 et 450 Kgs par m3. Cette faible densité en vrac provoque des difficultés dans le mélange du semi-coke avec le charbon brut pour la carbonisation à température élevée de sorte que le produit résultant de la carbonisation à température élevée manque d'uniformité.
En outre, la densité en vrac du semi-coke réduit dans une mesure gênante la'densité en vrac du produit final de carbonisation à température élevée qui, si on l'utilise dans un haut fourneau, nuit à la capacité du haut fourneau.
On a encore trouvé que l'on peut obtenir le coke métallurgique ayant la densité en vrac désirée, par le procédé décrit ci-dessus, en utilisant une quantité convenable d'un oxyde de fer ou de minerai incorporé à la matière carbonée à traiter, non pas en un stade quelconque du procédé, mais en mélange avec le charbon brut avant la carbonisation à basse température.
En effet, comme on l'a constaté selon l'invention, lorsque le minerai de fer ou l'oxyde est incorporé au charbon brut avant la carbonisation à basse température, les particules de minerai ou d'oxyde sont enfermées dans les particules de semicoke produit dans la oarbonisation à basse température de sorte que cette opération donne un semi-coke dont la densité en vrac est uniformément augmentée ( pratiquement égale à celle du charbon brut ) de telle sorte qu'il ne s'agglomère pas dans la
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carbonisation subséquente à température élevée. Il ne se produit d'agglomération de particules de minerai ou d'oxyde de fer à aucun marnent de la ookéifioation si le minerai ou l'oxyde de fer est incorporé au charbon brut avant la carbonisation à basse température.
Le semi-coke résultant est magnétique et se prête particulièrement bien à une agitation par un agent ga- zeux.
En conséquence, la présente invention est relative surtout à un procédé permettant de réduire sensiblement le temps qui était jusqu'ici nécessaire pour donner,du coke métallur- gique de qualité supérieure à partir des charbons à coke de volatilité moyenne ou élevée.
La présente invention est encore relative à un procédé en deux stades pour l'obtention de coke métallurgique de qualité supérieure, à partir de charbons à coke de volatilité moyenne ou supérieure et il comporte une carbonisation initiale à basse température d'une fraction du charbon à carboniser suivie d'une carbonisation à température élevée effectuée sur un mélange de la fraction initialement carbonisée avec les autres fractions, cette première opération s'effectuant en soumettant le charbon à carboniser en fines particules et à température élevée à l'action d'agitation' d'un agent gazeux chaud montant dans le charbon.
La présente invention est encore relative à un procédé servant à effectuer la carbonisation à basse température de charbon broyé, tendant normalement à s'agglomérer à la température de carbonisation, sous l'action d'agitation d'un gaz chaud mais sans 1'agglomération,qui générait cette action d'agitation de sorte que l'on peut maintenir celle-ci pendant tout le temps de la carbonisation.
L'invention est encore relative à un procédé permettant d'augmenter la densité en vrac du produit de la carbonisation à basse température ainsi que celle du produit de la carbonisation à température élevée par le procédé ci-dessus décrit et d'effectuer cette augmentation de densité en vrac en ajoutant au charbon un oxyde ou un minerai de fer sans agglomération de cet oxyde ou minerai de fer dans l'une des carbonisations.
La présente invention est encore relative à un procédé de carbonisation de charbon à coke fortement volatil pour différentes applications, en particulier pour la métallurgie.
D'autres avantages et particularités de l'invention ressortiront pour les personnes du métier de la description cidessous, faite en se référant au dessin annexé.
A titre d'exemple on va décrire la carbonisation d'un charbon spécifique selon la présente invention.
Plus particulièrement, il sera fait mention de charbon menu Wheelwright dont voici l'analyse : @
EMI3.1
<tb>
<tb> Matière <SEP> volatile <SEP> Carbone <SEP> fixe <SEP> Cendres
<tb>
EMI3.2
seo D4,6 58,60 5,71 naturel 34,17 5717p. 5,61 soufre humidité ca1ories/.
EMI3.3
<tb>
<tb>
0,69 <SEP> - <SEP> 7470
<tb> 0,68 <SEP> 1,50 <SEP> 7385
<tb>
Ce charbon donnait au tamisage la composition suivante :
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EMI4.1
Dimensions de tamis Charbon 1'&eelwright
EMI4.2
<tb>
<tb> 11 <SEP> mailles <SEP> au <SEP> cm. <SEP> linéaire <SEP> 0,6 <SEP> %
<tb> 15 <SEP> " <SEP> il <SEP> il <SEP> " <SEP> 5,1
<tb>
EMI4.3
24 Il Il Il Il 19,8 34 Il Il n" il 15,1 40 Il tut lt fi 6, S 79 Il il n Il 2o,2 plus de 79 Il fi Il fi 32,5
EMI4.4
<tb>
<tb> Total <SEP> : <SEP> 99,6 <SEP> %
<tb>
On se référera au schéma de circulation ci-joint qui représente l'appareil et le procédé de l'invention.
Comme on le voit sur ce schéma, le charbon brut d'une trémie 10 est amené par un transporteur à vis 11 à un conduit 12 dans-Tequel le transporteur 13 amène du minerai de fer, de la poussière de carneau de haut fourneau ou matière analogue, prise dans la trémie 14. On ajoute au charbon environ 0,5 à 20 % ( en poids de la charge totale ) de poussière de carneau ou matière analogue. Le mélange de charbon et de minerai ou de poussière de carneau passe du conduit 12 dans un dispositif d'alimentation 15 qui amène le mélange en 16 où il est repris par un gaz chaud arrivant par une conduite 17-et il est entraîné par une conduite 18 dans le fond d'une cornue de carbonisation 20.
Comme on le voit, la cornue 20 est de forme générale cylindrique, mais comporte un fond conique 20b se terminant par un prolongement cylindrique rétréci 20c. La cornue 20 est placée dans un four 21 chauffé intérieurement par des brûleurs à gaz 22 dont les flammes frappent l'écran réfractaire 23 qui empêche les flammes de frapper directement la partie inférieure de la cornue.
Dans la cornue 20, au voisinage du couvercle supérieur de cette cornue, se trouve un précipitateur cyclone 25. La matière solide finement divisée, entraînée par le gaz quittant la cornue 20 et pénétrant dans le précipitateur cyclone 25, sort par une conduite 26 qui descend du cyclone 25 dans le* fond conique 20b et leprolongement cylindrique 20c du fond de la cornue, pour amener les fines à un transporteur 27 qui, à son tour, les amène dans un conduit 28. Ce conduit 28 ramène les fines au point 16. Elles sont donc remises en circulation dans la cornue.
De préférence, la cornue 20 est remplie de charbon sensiblement jusqu'au niveau du fond du précipitateur cyclone 25.
Les produits gazeux et goudronneux de la carbonisation sortent.du cyclone 25 par un conduit 30 allant à une pampe à gaz 31 qui renvoie le gaz sous pression à la conduite à gaz 17.
L'excèsde gaz qui n'est pas nécessaire pour la remise en cir= culation ainsi que le goudron formé dans la cornue sont entrainés par une conduite 33 se branchant sur la conduite 30 et allant à un système 34 de récupération des sous-produits d'où le gaz propre est partiellement envoyé par une conduite 35, munie d'un obturateur, aux brûleurs 22, l'excès de gaz propre étant envoyé par une conduite36, munie* d'un robinet, à un réservoir à gaz.
On peut faire soulever le charbon carbonisé par du charbon brut supplémentaire et le retirer de la cornue 20 par une conduite 38 dont l'extrémité supérieure monte dans la cornue presque au niveau du séparateur cyclone. En général, l'extrémité supérieure de la conduite ne dépasse pas la masse de charbon ou de coke qui se trouve dans la cornue 20. A son extrémité inférieure,, la conduite 38 se divise en deux branches 38a et
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38b. Le branche 38a. aboutit à un transporteur 39 amenant le semi-coke à une trémie 40 en vue de le mélangerultérieurement avec du charbon brut pour l'envoyer aux fours à coke à tempéra- ture élevée.
L'autre branche 38b est munie d'un obturateur et permet d'amener le charbon carbonisé à un transporteur 41 qui amène le semi-coke au point 16 pour le remettre en circulation dans la cornue 20.
Les gaz de combustion chauds provenant du four 21 vont par une conduite 43 à un système de récupération de chaleur ( non représentée) pour chauffer préalablement la gaz et l'air.
L'appareil ci-dessus décrit peut fonctionner de façon continue ou intermittente et avec ou sans remise en circula- tion du semi-coke. Par exemple, on peut fonctionner de façon intermittente en introduisant, comme on l'a dit plus haut, une quantité déterminée de charbon brut dans la cornue 20 et ensuite simplement en remettant en circulation le gaz dans la cornue
20. Dans le cas où l'on n'a pas effectué de remise en circula- %on de semi-coke et où la charge dans la.cornue consiste entiè- rement en charbon brut, on maintient la température dans la cor- nue de 390 à 430 jusqu'à ce que le poids du charbon ait été réduit de 4 à 5 % par enlèvement de matière volàtile. On peut alors porter la température de 400 à 500 ou plus (jusqu'à 850 ) jusqu'a ce que la dévolatilisation désirée ait été effectuée.
Si la charge dans la cornue contient au moins 40 % de semi-coke, il n'est pas nécessaire de maintenir une température ne dépas- sant pas 430 jusqu'à ce que-5 % du charbon se soit volatilisé, mais on peut maintenir la température à une valeur supérieure si on le désire.
Lorsque l'appareil décrit ci-dessus fonctionne de façon continue on peut régler le robinet du branchement 38b de façon qu'au moins 40 % du semi-coke soit remis en circulation. En ce cas, il n'est pas,nécessaire de maintenir le charbon dans la cornue à une température ne dépassant pas 430 jusqu'à ce que le poids du charbon ait été réduit à 4 ou 5 %. Au cas où le ro- binet du branchement 38b est fermé, de sorte qu'il n'y a pas de remise en circulation il est nécessaire de maintenir le char- bon introduit dans le fond de la cornue 20 à une température ne dépassant 430 jusqu'à ce qu'au moins 4 ou 5 % du poids du charbon ait été volatilisé. Ceci peut se faire lorsque la cornue 20 a un diamètre de 15 cms, en maintenant un niveau de tem- pérature dans les 180 cms du bas de la hauteur de la cornue de
400 à 430 .
Le semi-coke doit quitter la cornue à une tempéra- ture d'au moins 450 à 5000 quoique ;la température maximum puis- se s'élever jusqutà 850 .
La remise en circulation ou la dévolatilisation à raison de 4 ou 5 % à une température ne dépassant pas 430 sert à ré- duire l'agglomération des particules de charbon pendant la carbonisation. S'il se produis une agglomération normale, le gaz traversant le charbon dans la cornue ne pourrait pas agiter les particules de charbon. Cette réduction de l'agglomération peut également être obtenue en utilisant, comme gaz d'application, de la vapeur d'eau chaude ( à la place de gaz de charbon )'. On peut obtenir le même résultat enincorporant au charbon, avant son introduction dans la cornue, quelques pour cent de carbonate de sodium.
La carbonisation s'effectue de façon à donner un semi- coke ayant une teneur en matière volatile de 16 à 23% et de préférence de 17 à 18 % lorsque le semi-coke doit être utilisé pour fabriquer du coke métallurgique. On peut mélanger une par-
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tie de ce semi-coke avec deux parties de charbon brut Wheelwright et la soumettre à une cokéification à température élevée dans un four à coke ordinaire.
Lorsqu'on doit faire un combustible domestique, la teneur en matière volatile du semi-coke peut être réduite de 4 à 20 % en utilisant dans la cornue des températures appropriées et un temps approprié d'exposition du charbon à ces températures. On peut mélanger le semi-coke avec des quantités supplémentaires de charbon Wheelwright et le soumettre à une carbonisation à température moyenne dans un four à coke ordinaire ou bien on peut mélanger le semi-coke avec des proportions appropriées d' un liant volatil à des températures élevées et le mettre en bri- quettes ayant une teneur en matière volatile déterminée par l'importance de la dévolatilisation du semi-coke et la quantité de liant utilisée.
Le semi-coke produit par les procédés de l'invention peut également être utilisé pour faire du gaz combustible en gazéi- fiant complètement le charbon ( formation de gaz à l'eau ). rn ce cas, la teneur en matière volatile du semi-coke peut être réduite à 20% ou moins dans la carbonisation à basse tempéra- ture.
Le procédé selon l'invention n'est pas limité à l'utili- sation de menu Wheelwright mais il est également applicable à tous les charbons à coke. /pour obtenir les meilleurs résultats, le charbon doit être broyé jusqu'à avoir une dimension de par- ticules maximum de 1,7 ou de préférence 3 mailles par cm liné- aire et, de préférence, les particules ne doivent pas être in- férieures à 56 mailles par cm linéaire, quoique, comme le montre l'exemple particulier décrit ci-dessus, le procédé peut fonc- tionner avec du charbon contenant des proportions considérables de particules plus'faibles que 56 mailles. Toutefois, lorsqu'il y a des particules plus petites que cette dimension, on peut recycler davantage les particules plus petites.
On peut carboniser selon l'invention de la poussière de charbon à coke volatile et, en utilisant un liant volatil à température élevée, on peut la mettre en briquettes de dimen- sion et de teneur en matière volatile appropriées.
La dimension maximum des particules de 1,7 maille men- tionnée plus haut fait que, lorsqu'un gaz traverse la masse de charbon,qui se trouve dans la cornue, cette masse est mise com- plètement en agitation par le gaz ce qui donne un transfert de chaleur efficace du gaz aux matières solides et empêche une surchauffe ou un manque de chauffe locale. On peut utiliser n'importe quel gaz inerte ou faiblement oxydant. L'utilisation de gaz faiblement oxydant, tel que la vapeur d'eau réduit la tendance naturelle qu'ont les particules de charbon à s'agglo- mérer. Ensuite l'agglomération est réduite par le passage ra- pide de gaz dans la masse de charbon qui se trouve dans la cornue avec l'agitation du charbon qui en résulte.
On peut utiliser l'air comme agent d'agitation à 350 ou à plus basse température. Le charbon peut également être sou- mis à un traitement oxydant faible de façon à réduire ou à sup- primer l'agglomération.
Il y a lieu de noter que, dans le procédé de carbonisa- tion à basse température décrit plus haut, on peut effectuer la formation de semi-coke ayant la teneur désirée en matière volatile dans des gammes de température dans lesquelles un charbon à coke volatil s'agglomérerait normalement dans une mesure empêchant l'agitation par un agent gazeux.
La réduction
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limitée de l'agglomération, nécessaire pour l'application de l'invention, a été obtenue en mettant le charbon sous forme de particules, dont la dimension, n'est pas supérieure à 1,7maille et en faisant passer dans la masse de charbon un gaz chaud à une vitesse telle qu'il maintienne la masse de charbon constam- ment en agitation ainsi qu'en réduisant la tendance qu'à le charbon à s'agglomérer en Incorporant à la masse du charbon à carboniser du semi-coke préalablement préparé ou du carbonate de sodium, en enlevant les premiers 5 % de la matière volatile du charbon à des températures inférieures à 430 , en utilisant de la vapeur d'eau comme gaz d'agitation ou par légère préoxy- dation du charbon.
En même temps, le charbon est suffisamment plastique en un stade de la carbonisation.pour permettre dty enfermer des particules de minerai ou d'oxyde de fer de telle sorte que l'on peut rendre la densité en vrac du semi-coke suf- fisamment élevée pour empêcher une agglomération ou une carboni- sation subséquente à la température élevée, en mélange avec des quantités supplémentaires de charbon à coke brut. Le coke métal- lurgique ainsi produit a des propriétés satisfaisantes et peut être utilisé, Kg pourKg, pour remplacer le coke métallurgique ordinaire, sans réduire la capacité du haut fourneau.
En d'au- tres termes, on a réussi à réaliser un procédé de carbonisation à basse température de charbons à coke dans lequel le charbon passe dans un stade plastique déterminé, sous forme broyée, lui permettant d'encastrer des partioules-individuelles de charbon qui empêcherait l'agitation par un agent gazeux.
Comme on l'a dit plus haut, on peut changer de nombreux détails de la façon de procéder et du mode de construction, entre. des limites éloignées sans s'écarter des principes de l'in- vention qui n'est par conséquent pas limitée aux détails ci-des- sus donnés.