<Desc/Clms Page number 1>
PROCEDE POUR DETERMINER LA COMPOSITION ET LES PROPRIETES COKEFIANTES D'UN CHARBON, AINSI QUE LA COMPOSITION DE LA CHARGE. A INTRODUIRE DANS UNE
INSTALLATION DE CARBONISATION DU CHARBON.
La présente invention est relative à un procédé pour déterminer la composition de la charge à introduire dans une installation de carbonâ- sation de charbon pour obtenir dans cette installation et dans de bonnes conditions d'explotaton le même coke -qu9un coke étalon déjà obtenu dans celle-ci et dans de bonnes conditions dexplotation, à partir d'un charbon ou d'un mélange connu de charbons, carbonisé à 1?allure de carbonisation imposée par les quantités de produits à fournir parlisatilation en un temps donné. jsq'à présente les composants du charbon et leur structure mo- léculaire respective ainsi que le chimisme et le mécanisme de la carbonisa- tion et de la cokéfaction étaient très peu connus.
Dès lors, aucune des nombreuses méthodes empiriques d'examen des charbons, préconisées et appliquées jusqu'à ce jour dans les laboratoires, en vue de déterminer les propriétés cokéfiantes des charbons ou mélanges (com- prenant éventuellement d'autressubstances carbonées que les charbons fossi- les) n'assurait la maîtrise scientifique de la cokéfaction industrielle, de sorte que depuis son origine, l'industrie de la fabrication du coke a gardé un caractère largement empirique.
A défaut de critères scientifiques appropriés, les procédés de détermination des propriétés cokéfiantes des charbons,, entre autres les pro- cédés psmmaériques, dilatométriques, viscosimétriques, pénétrométriques, posoimétrique ont bénéficié ou bénéficient encore d'une vague qui n'est pas en rapport avec leur valeur réelle.
Dans tous les-domaines d'utilisation des charbons et principale- ment dans les industries de valorisation des charbons, telles la carbonisa- tion, 19hydrogénation, la gézéification, la séparation des éléments pétrora- phiques des chabbons, 1'extraction des charbons par solvants, etc..... les la- cunes quaccusent les connaissances scientifiques relatives au charbon ainsi que l'absence des procédés appropriés de détermination de la composition des charbons et de leurs propriétés cokéfiantes constituent un handicap très sé-
<Desc/Clms Page number 2>
rieuxo
L'empirisme actuellement de règle dans la fabrication du coke conduit à la production industrielle de cokb,dont les caractéristiques,
notamment le taux de stabilité de calibrele taux de gonflement et de moussage, le taux de fissuration, la texture. spécifique aussi bien que le taux de pression de carbonisation et le-,taux d'exotherrmicité du charbon ou du mélange de charbons traité, peuvent subir des variations qui se répercutent défavorablement sur les résultats écomomiques de 1'ex- ploitation de l'usine de carbonisation et sur le taux d'efficience de 1'u- tilisation du coke dans les appareils de consommation auxquels il est des- tiné.
Les différents moyens qui ont été proposés pour guider le tech- nicien dans le choix d'un nouveau mélange qui convient pour l'obtention, en cokerie par exemple, d'un bon coke métallurgique sans dégradation des murs de chauffe et sans grande difficulté de défournement conduisent tou- jours à l'adoption d'une tour à charbons broyés et mélangés dans laquelle on emmagasine des quantités importantes de charbons à cokéfier. Les mélan- ges ainsi constitués doivent pouvoir être introduits dans certains fours d'une batterie dont les autres fours sont alimentés en un autre mélangeo Dans ces mélanges, entre toujours une forte proportion de charbon dénommé "charbon type coke".
Cette façon de rechercher la composition d'un nouveau mélange convenable est très coûteuse et souvent très longue à cause des résultats imprévus que l'on obtient le plus souvent à partir de mélanges que l'on espé- rait être bons. Il arrive aussi que lorsqu'on a trouvé un mélange dont on est satisfait, on ne dispose plus des approvisionnements nécessaires pour l'alimentation industrielle de toute 1-'installation.
La présente invention a pour but de fournir des moyens, basés sur le chimisme et sur le mécanisme de la cokéfaction, qui permettent de déterminer rapidement et à peu de frais la constitution de mélanges auto- cokéfiants de charbons à partir de tous les types de charbons fossiles c'est- à-dire aussi bien à partir de charbons non aute- cokéfiants que de charbons auto-cokéfiants
Ce procédé permet, en cokerie par exemple, de produire industriel- lement, et d'une façon permanente, de l'excellent coke métallurgique'dans des conditions d'exploitation économiqueso Il est basé uniquement sur des don- nées pouvant être déduites de la carbonisation "in vitr' au laboratoire de minimes quantités de charbons ou de mélanges de charbonso
Ces données,
dont la plupart ne sont pas connues des spécialistes, de la cokéfaction, vont d'abord être exposées et définies. Il va en être de même pour l'essai de carbonisation "in vitro" dont il est question dans le présent mémoire. ,
L'exposé de ces données et de l'essai de carbonisation "in virtr sera facilité grâce aux figures ci-jointes qui sont des diagrammes relatifs à cet exposé.
. La figure 1 représente la loi du chauffage suivie au cours d'une carbonisation "in virtro" correspondant à une carbonisation industrielle ef- fectuée dans une batterie moderne de fours à coke en silice de largeur moyen- ne d'environ 450 millimètres et travaillant à une allure de cuisson des char- ges correspondant à la capacité nominale de la batterie.
Les figures 2 à 16 représentent la variation de différentes pro- priétés des charbons carbonisés "in vitro", en fonction du rapport de la teneur'en carbone fixe à la teneur en carbone de ces charbons.
La figure 17 est un graphique différentiel d'évolution de gaz permanents au cours de l'essai de carbonisation "in vitro" d'un charbon particulier, les volumes différentiels ayant été mesurés de minute en minu- te
<Desc/Clms Page number 3>
Les figures 18 et 19 représentent la variation de propriétés de certains charbons fossiles en fonction du même rapport que celui envisagé aux figures 2 à 16.
La figure 20 représente la variation de la valeur matières asphal- tiques unitaires en fonction de la valeur charbon humique unitaire.
Les figures 21 à 32 sont des graphiques différentiels dévolu- tion de gaz permanents au cours de !-'essai de carbonisation "in vitro" de différents types de charbon, cette carbonisation "i vitro" ayant été condui- te suivant la loi du chauffage représentée à la figure 1 et les volumes dif- férentiels ayant été mesurés de 15 en 15 minutes.
La figure 33 est un graphique servant à faciliter la détermina- tion de la composition du mélange de deux charbons destiné à produire du co- ke étalono
L'application du procédé suivant 19invention présuppose qu'on a déjà fabriqué dans l'installation de'carbonisation Le coke désiré, appelé ci-après "coke-étalon" et cela à partir d'un charbon connu d9un mélange 'con- nu de charbons dont on ne pourra plus assurer Inexistence.
On effectue la carbonisation industrielle de ce mélange connu de charbons à 1?état humide, contenant par exemple 5 à 10% d'eau, et on conduit l'allure de cuisson de façon à obtenir le coke-étalon. Pendant qu'on conduit l'allure de cuisson de cette façon, on surveille soigneusement la marche de la batterie et on règle le tirage et la pression au barillet de façon que les fumées sortant de la cheminée ne soient pas noires. On s'assure ainsi qu'on ne brûle pas des goudrons et que, par conséquent;, la carbonisation complète est faite sans pertes apparentes de produits volatils provenant de la houille.
On sa'sure par 1?analyse du gaz de 'houille produite que toute combustion in- terne de gaz est évitée.
On mesure le gaz débensolé produit. Il est à noter que le gaz de houille débenzolé dont il y a lieu de tenir compte est le gaz de houille pur, c'est-à-dire le gaz fourni par la batterie diminué du gaz à 1?air prove- nant de 1?action, sur le coke chaude de 1?air ou des fumées qui ont pu péné- trer dans les chambres de carbonisation par suite de pressions différentiel- les mal ajustées. 'Lors de l'essai industriel de base, les pressions différen- tielles à la batterie doivent être réglées de telle manière que le gaz de houil- le industriel contienne de 5 à 7% d'azote en volume.
La connaissance de la teneur en azote du gaz de houille industriel permet de calculer le volume de gaz à l'air qui s'est mélangé au gaz provenant de la carbonisation du charbon.
Lorsqu'on connaît le volume à 0 C et 760 mmo de mercure du gaz de houille pur débenzolé provenant de la carbonisation, on mesure son poids spécifique à 0 C et sous une pression de 760 millimètres de mercureo On en déduit le poids de gaz de houille pur débenzolé obtenu par tonne de charbon humide.
Pour obtenir le poids du gaz par tonne de charbon sec, il suffit de considérer letpodsge l'eau contenue dans le charbon traité (en:générale le charbon traité-! contient de 5 à 10% d'eau)
On procède ensuite à une carbonisation au laboratoire d9une pe- tite quantité p du même charbon mais à 1-'état sec On effectue cette carboni- sation dans un appareil permettant d'obtenir, après avoir effectué toutes les corrections nécessaires pour tenir compte des espaces morts de l'appareillage et des températures auxquelles sont soumis les produits gazeux de la carboni- sation;, une précision des mesures telle quela somme des poids des groupes de produits (coke, goudron, benzols:
, ammoniaque,eau de réaction, gaz perma- nents) après multiplication par !,000ka atteigne 1.000 kg (à 2 - 3 kg près},.
P
L'opération de carbonisation au laboratoire doit.être conduite (par le réglage du mode de chauffage et du taux de cracking) de telle manière que le poids de gaz de.-houille débenzolé obtenu par tonne de charbon sec cor- responde au poids de gaz de houille pur débenzolé obtenu par tonne du même charbon sec qui a été carbonisé à 1?état humide dans'la batterie dont 1'allu- re de cuisson et le réglage ont éf ceux décrits ci-dessuso Un four électri-
<Desc/Clms Page number 4>
que à tube comportant deux sections de chauffage permet de réaliser facile- ment l'opération de carbonisation au laboratoire,
On a ainsi déterminé,.pour une installation industrielle donnée,
les conditions dans lesquelles on doit conduire le carbonisation au laboratoi- re pour qu'elle puisse servir de référence dans le cas où on se propose de carboniser un charbon ou un mélange, de charbons d'une autre composition, dans cette même installation industrielle.
C'est la carbonisation au laboratoire effectuée dans ces condi- tions particulières qu'on appelle dans le présent mémoire "carbonisation in-vitoro
A la figure 1, on a représenté en abscisses la durée de la cuis- son dans l'appareil de laboratoire. Cette durée est exprimée en minutes. En ordonnées, on a représenté les températures en degrés centigrades atteintes à l'extérieur du tube de carbonisation de cet appareil.
La ligne brisée 2 représente dont la loi de chauffage de cet appareil. Cette loi doit être respectée pour toutes les carbonisations"in vitro" dont il sera question plus loin. On voit qu'avec cette carbonisation "in vitro" la température passe de 300 C à 900 C en deux heures.
Exposons maintenant les notions,pour la plupart inconnues des spé- cialistes, qui sont nécessaires à la compréhension du procédé suivant l'inven- tion.
La lignine est la substance mère de tous les charbons fossiles.
La molécule de lignine est composée de C, 0, H, S et N Ces éléments sont chimiquement liés en un noyau de structure chimique aromatique très forte- ment polycyclique et en des ramifications de ce noyau.
Les ramifications'sont de structure chimique partiellement acy- clique et partiellement hétérocycliqueo La partie hétérocyclique des ramifi- cations comprend des structures chimiques naphténiques, aromatiques, aroma- tiques polycycliques et fortement polycycliques se rapprochant de la struc- ture du noyau de lignine.
Dans le présent mémoire descriptif, ne sont considérés que les éléments C, 0 et H des noyaux de lignine et des ramifications des noyaux.
Les éléments S et N peuvent être négligés et le sont envue de faciliter l'ex- poséo
Les noyaux de la molécule de lignine sont désignés ci-après par l'expression "germes graphitiques ligue" Les ramifications des noyaux 'des molécules de lignine sont désignées ci-après par l'expression "matières hu- miques".
La carbonification de la lignine est une succession de réactions spontanées qui, par l'action thermique (température) et l'action chimiue spontanée (autooxydation), abandonnent des combinaisons carbonées thermique- ment et chimiquement plus stables. Cette évolution tend vers le graphite, qui est une forme de carbone thermiquement et chimiquement très stable.
La molécule de graphite est de structure chimique aromatique très fortement polycyclique.
Les combinaisons chimiques carbonées considérées dans le présent mémoire descriptif se classent dans l'ordre suivant de stabilités thermique et chimique croissantes : - composés de 09 0 et H, de structure chimique acyclique - composés de C et H, de structure chimique acyclique - composés de C, 0 et H, de structure chimique naphténique - composés de C et H, de structure chimique naphténique - composés de C, 0 et H, de structure chimique aromatique
<Desc/Clms Page number 5>
composés de C et H, de:structure chimique aromatique..
- composés de C, 0 et H, de structure chimique aromatique poly- cyclique - composés de C et H, de structure chimique aromatique polycy- clique - composés de C, 0 et H, de structure chimique aromatique .forte- ment ou très fortement polycyclique - composés de C et H de structure chimique aromatique, forte- ment ou très fortement polycyclique - composés de 0,'de structure aromatique très fortement polycy- clique (graphite).
La forme graphite du carbone n'est jamais atteinte dans les charbons fossiles ni dans les semi-cokes ou cokes.
La carbonification de la lignine débute par l'aùto-oxyda- tion des matières humiques de structure acycliqueo Cette réaction exo- thermique élimine H20 et CO En carbonification, toutes les réactions spontanées possibles atteignent un état d'équilibre parfait aux conditions (gtempératures, pression )réganant dans le milieuo Il s'agit en effet d'un équilibre stationnaire indépendant du facteur concentration, étant donné la longueur des temps géologiqueso
L'auto-oxydation des matières humiques acycliques, abandonne des matières de structure acyclique ne contenant plus d'oxyène
Dans le présent mémoire descriptif,les substances carbonées.
exemptes d'oxygène et dérivées, par auto-oxydation, des matières humiques sont désignées par l'expression "matières asphaltiques"o Dans l'ordre de stabilités thermique et chimique croissantes, c'est-à-dire dans,1?ordre structures acyclique, naphténique aromatique, aromatique polycyclique,. aromatique fortement polycyclique, 1'auto-oxydation des matières humiques se poursuit abandonnant dans le même ordre, des matières asphaltiques de structure respectivement correspodante et donc de plus en plus thermique- ment stables.
En dernier lieu,les germes graphitiques ligneux subissent l'auto-oxydation, abandonnant des germes graphitiques asphaltiques ne contenant plus d"oxygèneo
Au cours de la carbonification et en fonction de la température du milieu les matières asphaltiques sont décomposées thermiquement, élimi- nant principalement CH4
Au fur et à mesure que l'élimination de CH4 progresse, le rési- du asphaltique de la décomposition thermique évolue vers une structure chi- mique thermiquement plus stable, donc dans le sens : acyclique, naphténique, aromatique, aromatique polycyclique:, aromatique fortement polycyclique.
A une température donnée du milieu, la vitesse d'ato-oxydation des matières humiques de toutes structurée chimiques est plus grande que la vitesse dé décomposition thermique des matières asphaltiques qui en déri- vent. De même, à une température donnée du milieu, la vitesse d'auto-oxy- dation des germes graphitiques ligneux est plus grande que la vitesse de dé- composition thermique des germes graphitiques asphaltiques qui en dérivento
Dans le présent mémoire descriptif, 19évolution de structure chimique des matières asphaltiques et des germes graphitiques asphaltiques est désignée par 1?expression "évolution graphitique"
On déduit du chimisme de la- carbonification, qu'au ocrus de la carbonification, la lignine subit les modifications suivantes
1 )
Diminution de poids à allure variable en fonction du taux de carbonification;
<Desc/Clms Page number 6>
2 ) Teneur croissante en carbone à allure variable en fonction du taux de carbonification;
3 ) Teneur décroissante en oxygène, à allure variable en fonction du taux de carbonifieation ;
4 ) Teneur décroissante en hydrogène, à allure variable en fonc- tion du taux de carbonification. La variation de la teneur en hydrogène est beaucoup moins forte que celle des teneurs en C et en 02 étant donné que l'hydrogène est principalement éliminé sous forme de H20 et de CH4 dont les teneurs en H2 sont relativement faibles par rapport aux teneurs en 02 et C respectivement.
5 ) Teneur décroissante en matières humiques, à allure variable en fonction du taux de carbonification;
6 ) Teneur décroissnte enmatièes asphaltiques à allure varia- ble en fonction du taux de carbonification;
7 ) Teneur croissante en germes graphitiques ligneux, à allure variable en fonction du taux de carbonification;
8 ) Teneur croissante en germes graphitiques asphaltiques, à allure variable en fonction du taux de carbonificationo
Les charbons fossiles, en milieu neutre et non oxydant, sont thermiquement stables aux températures ne dépassant pas celles auxquelles ils ont été exposés au cours de leur fofmationo
Si les charbons fossiles sont chauffés, en l'absence d'air et sous pression atmosphérique ,à une température supérieure à celle qui correspond à l'état d'équilibre thermo-chimique parfait qu'ils ont atteint au cours des tempés géologiques, le chimisme de la carbonification décrit plus haut se poursuit, mais à une allure globale beaucoup plus vive qu'en carbonification. L'opération de chauffage des charbons fossiles, en 1'ab- snce d'air et sous pression absolue d'une atmosphère,
communément dénommée "caronisation". se différencie de la carbonification, principalement a) par la mise en oeuvre de températures-plus élevées que celles qui ont agit en carbonification; b) par l'absence de pressions supérieures à une atmosphère abso- lue ; c) par une plus grande vitesse d'élévation de-la. température; d) par l'absence de tout état d'équilibre-stationnaire; e) par la variation du taux d'équilibre atteint à tout moment de l'opération en fonction 1% de la composition du charbon et des conditions de carbonisation ; f) par l'importance qu'acquièrent en carbonisation, les réactions fortement accélérées par l'élévation de la température et qui, de ce chef., se manifestent infiniment moins en carbonification, par exemple, les réactions entre la vapeur d'eau et les substances carbonées en présence.
La valeur "matières volatiles" d'un charbon exprime la perte de poids qu'il subit au cours de la carbonisation dans des conditions ôpératoi- res déterminées, Le résultat de l'opération est ramené, par calcul, au char- bon sec, exempt de cendreso
Le rendement en coke du charbon dans des conditions données de car- bonisation est-donc égal à 100% du poids de charbon traité moins le pourcen- tage en matières volatiles. Pour un charbon donné, la valeur "matières vola- tiles" est d'autant plus faible et le rendement en coke d'autant plus élevé que le taux d'équilibre thermo-chiiqe atteint au cours de la carbonisation est plus élevé..
On peut exécuter l'essai de carbonisation "in vitro" d'un char- bon de,manière telle qu'on obtient
<Desc/Clms Page number 7>
a) le rendement en coke, comprenant les produits solides résul- tant de la décomposition thermique des produits volatils générés' au cours de la carbonisation du charbon; b) le rendement en coke ne comprenant pas les produits solides résultant de la décomposition thermique des produits volatile générés au cours de la carbonisation du charbon.
C'est la valeur b) qui est désignée par le terme Cf .dans le pré- sent mémoire descriptif. En associant Cf, qui est une variable dépendante des conditions de carbonisation, à la teneur en carbone C, qui est une varia- ble indépendante des conditions de carbonisation, dans l'expression C/Cf des charbons, des indications se dégagent, par exemple, en ce qui concerne les variations de 'comportement des différents types de charbons fossiles, carbo- nisés dans des conditions opératoires identiques (par exemple carbonisa tion "in vitr" à haute température).
L'allure de la variation des teneurs en C, en 02 et en H2 des charbons dans toute la série des charbons fossiles est représentée aux figu- res 2, 3 et 4, en fonction de la valeur C des charbons. Cete dernière va-
C leur est portée en abscisses tandis que le-pourcentage respectivement en C, 02 et H2 est porté en ordonnées,
Tout charbon fossile contient, dans des proportions qui varient en fonction du taux de carbonification; des matières humiques, des matières asphaltiques, des germes graphitiques ligneux et des germes graphitiques asphaltiques définis plus haute Les stabilisés thermique et chimique de ces quatre produits vont en croissant d'un produit au suivant.
Les éléments pé- trographiques des charbons, c'est-à-dire le durain, le vitrain et le fusain correspondent respectivement aux matières humiques, aux matières asphtaltiqies et aux germes graphitiques à l'état plus ou moins concentré et plus ou moins évolué,
Le clairain est à considérer comme un mélange de durain et de vi train. En carbonification, la perte de poids des charbons est subie princi- palement par les matières humiques et asphaltiques chimiquement et thermique- ment beaucoup moinssalbe, que les germes graphitiques ligneux et asphaltiques.
L'examen des figures 2 3 et 4 révèle que les teneurs en C,02 et H2 des charbons fossiles en fonction de la valeur C de ceux-ci, varient très peu pour les valeurs du rapport C comprises en- Cf tre 1,175 et 1,0950
Cf On.¯en déduit que, pendant la période de carbonification au cours de laquelle la diminution de poids des charbons correspond à une variation du rapport e de 1,175 à 1,095, toutes les réactions spontanées de carbonification dé- Cf finies plus'haut s'accomplissent à des vitesses, uniformes pour chacune d'elles, tandis que depuis les valeurs du rapport C les plus élevées des charbons fossiles jusqu9à la valeur 1,175 et de Cf puis la valeur 1,095 jusqu'aux valeurs les plus faibles des charbons fossiles,
les réactions spon- tanées de carbonification s'accomplissent à des vitesses variables pour cha- cune des réactions.
Les vitesses d'accomplissement de chacune des réactions de car- bonification sont dans l'intervalle des valeurs C des charbons de 1,175 à
CF 1,095 uniformes pour chaque réaction mais différentes d'une réaction à l'au- tre suivant le chimisme de la carbonification défini plus haut.
Ces vitesses correspondent à a) des diminutions des concentrations des charbons en matières humiques et en matières asphaltiques,, La première diminution a lieu à une vitesse uniforme différente de la vitesseunflommedle la deuxiène diminution; b) une augmentation, à vitesse uniforme, de la concentration des charbons en germes graphitiques ligneux;
<Desc/Clms Page number 8>
c) une augmentation, à vitesse uniforme, de la concentration des charbons en germes graphitiques asphaltiques; d) une évolution graphitique à allure constante pour chacune des structures chimiques des matières asphaltiques en présence.
L'allure de 1'é- volution graphitique pour chacune de ces structures chimiques est évidemment différente de l'allure de l'évolution de l'autre; e) une auto-oxydation à allure constante de chacune des structu- res chimiques des matières berniques en présenceo L'allure de 1?auto-oxyda- tion de chacune de ces structures chimiques est évidemment différente de celle de 1?auto-oxydation de l'autre. f) un décalage respectivement constant entre les différentes for- mes de structure chimique des matières humiques et des matières asphaltiques en présence; g) une vitesse globale constqnte d'auto-oxydation des matières humiques; h) une vitesse globale constante de décomposition thermique des matières asphaltiques; i) une différence constante entre les vitesses g) et h);
j) une concentration des charbons en matières asphaltiques cons- tamment plus forte que la concentration en matières humiques. k) un écart constant entre la concentration des charbons en matières asphaltiques et leur concentration en matières humiques;
1) une auto-oxydation à allure constante des germes graphitiques ligneux; m) une décomposition thermique à allure constante des germes grapintiques asphaltiques.
Cet état d'équilibre persiste jusqu'au.moment où les matières hu- miques des structures chimiquement les moins stables dans la région C
Cf 1,175 à 1,095 disparaissent l'une après l'autre dans l'ordre de stabilité chimique croissante et où; par conséquent, les matières asphaltiques corres0- pondantes deviennent de plus en plus riches en structures à taux élevé d'évolution graphitique. Dès lors, la vitesse de formation de germes gra- phitiques asphaltiques s'accentue et devient prépondérante sur la vitesse de formation de matières asphaltiques dans la région des valeurs Ç compri-
Cf ses entre 1,095 et des valeurs plus faibles.
Dans la région des valeurs C les plus 'élevées des charbons fos- siles jusqu'à la valeur 1,175, les Cf réactions de carbonification abou- tissent à l'état d'équilibre décrit ci-dessus pour la région des valeurs du rapport C comprises entre 1,175 et 1,0950
Cf
Si on part de la lignine, formée de germes graphitiques ligneux peu évolués et de matières humiques contenant en forte proportion les struc- tures humiques chimiquement les rm ins stables, la carbonification, par auto- oxydation des matières humiques, conduit, dans les premiers stades de la car- bonification, vers des matières asphaltiques se décomposant complètement.
La concentration en germes graphitiques ligneux, dont l'auto-oxydation progres- se à une allure beaucoup plus lente que celle des matières humiques, augmente dans la matière ligneuse résiduaire au fur et à mesure de la destruction, par décomposition thermique, des matières asphaltiques dérivés des structures hu- miques chimiquement les moins stables.
Dès le moment où les matières asphaltiques dérivées des matières humiques sont thermiquement suffisamment stablespour résister à la décompo- sition thermique complète à la température du milieu.-la matière ligneuse ré-
<Desc/Clms Page number 9>
siduaire s'enrichtit en matières asphaltiques,, A cause-de la stabilité thermi- que plus grande et de 1?évolution graphitique des matières asphaltiques au fur et à mesure que leur décomposition thermique progresse, la concentration de la matière ligneuse résiduaire en matières asphaltiques augmente par rap- port à la concentration en matières humiques, tandis que la concentration en germes graphitiques ligneux augmente par suite de la diminution continuelle de la somme matières asphaltiques résiduaires + matières humiques résiduai- res,
à une allure beaucoup plus vive que la diminution de la concentration des germes graphitiques ligneux à la suite de leur auto-oxydation,,
Cette évolution conduit de la lignine vers le lignite, le lignite brillant et les charbons flambants secs. Dans ces derniers, .la concentra- tion en matières humiques est encore supérieure à leur concentration en ma- tières asphaltiques Mais au fur et à mesure que 1?évolution se poursuit, le décalage entre les structures chimiques asphaltiques et humiques augmente de sorte que la concentration en matières humiques des charbons diminue plus rapidement 'que la concentration en matières asphaltiques,
La concentration en germes graphitiques ligneux augmente continuellement par suite de la dimi- nution continuelle de la somme des concentrations matières asphaltiques + matières humiques,
A partir de la valeur C¯.égale à environ 1,300, le décalage entre
Cf les structures chimiques humiques et asphaltiques diminue, de sorte que les concentrations respectives en matières asphaltiques et en matières humiques se rapprochent.
Aux environs de la valeur C = 1,205, il y a égalité des concen- . Cf trations en matières humiques et en matières asphaltiques, Dans la région C comprise entre 1,205 et 1,175, les concentrations en matières humiques Cf et en matières asphaltiques s'écartent progressivement jusqu'à atteindre les valeurs -qui répondent à 1-'état d'équilibre décrit pour les valeurs de C com-
Cf prises entre 1,175 et 1,0950
La composition, la structure chimique,'les stabilités thermique et chimique des matières humiques et des matières asphaltiques varient donc constamment dans toute la série des charbons fossiles depuis les charbons flambants secs jusqu'aux charbons anthraciteux.
Dans la région comprise entre les valeurs les plus élevées du rapport C des charbons fossiles et la valeur Ç = 1,175, les matières as-
Cf Cf phaltiques formées donneront lieu à des proportions de plus en plus fortes de matières asphaltiques de composition, structure, propriétés physiques et chimiques, se rapprochant de celles des matières asphaltiques présentes dans les charbons à C comppis entre 1,175 et 1,0950
Cf
Par contre, dans la région comprise entre la valeur C = 1,095
Cf et les valeurs C les plus faibles, les matières asphaltiques des charbons
Cf contiendront des-proportions de plus en plus faibles de matières asphaltiques de composition, structure, propriétés physiques etchimiques semblables à cel- les de la région dans laquelle la valeur C est comprise entre 1,175 et 1,0950
Cf
En carbonification,
le taux d'équilibre de toutes les réactions : spontanées possibles pour la température et la pression régnantes est tou- jours de 100 % et les concentrations respectives des substances réagissantes ne jouent pas de rôle dans 1'équilibre
En carbonification 1'auto-oxydation des matières humiques n'élii mine que H20 et C020 La décomposition thermique des matières asphaltiques élimine principalement CH4 L'auto-oxydation des germes graphitiques ligneux
<Desc/Clms Page number 10>
élimine H20 La décomposition thermique des germes graphitiques asphaltiques élimine CH4
Par contre, en carbonisation, tous les facteurs influençant le taux d'équilibre des réactions possibles sont à considérer.
Parmi ces fac- teurs, il y a les concentrations respectives, dans le charbon, des substan- ces réagissantes dans des conditions données de carbonisation.
Les différences déjà citées entre carbonification et carbonisa- tion ont comme conséquence, entre autres.,qu'en carbonisation : a) l'auto-oxydation des matières humiques élimine du milieu, en plus de H20 et CO2 toute une série de substances oxygénées qui se retrouvent principalement dans le goudron;
b) la vapeur d'eau produite par l'auto-oxydation des matières humiques s'engage, dans des proportions déterminées à tout moment par les conditions réactionnelles du moment,dans des réactions d'équilibre avec les substances carbonées en présence c) les matières asphaltiques des charbons fournissent, par décom- position thermique, en plus du CH4, toute une série, de substances carbonées non oxygénées, gazeuses et liquides à température ambiante, dont une forte proportion se retrouve dans le goudron;
d) l'auto-oxydation des germes graphitiques ligneux, éliminant de la vapeur d'eau, est beaucoup plus intense et plus poussée qu'en carbonifica- tion et, à cause de la température plus élevée en carbonisation, les réactivons de gaz à l'eau acquièrent ici une importance qu'elles ne peuvent atteindre en carbonification; e) la décomposition thermique des germes graphitiques asphaltiques élimine, en plus du CH4 du C2H2 ce dernier se transformant partiellement en C6H6 sous l'influence de la température (en carbonisation à haute tempé- rature par exemple) et de l'action catalysante du coke.
Aux figures 5 à 16, on a porté, en abscisses, des valeurs du rap- port C se rapportant à la carbonisation à haute température de charbons, ' Cf effectuée dans des conditions rigoureusement identiques. Les ordonnées de ces figures représentent ; - pour les figures 5 et 6, des kilogs d'eau de réaction respective- ment.par tonne de charbon sec exempt de cendres et par 100 klogs de matières volatiles, celles-ci étant égales à 1000 - Cf), - pour la figure 7, des mètres cubes normaux de méthane et homo- logues par tonne de charbon sec, - pour les figures 8 et 9 des kilogs de "benzols" respectivement par tonne de charbon sec exempt de cendres et par 100 kilogs de matières vo- latiles (1000 - Ci)
(le mot "benzols" désigne les hydrocarbures extrayables du gaz par lavage-â l'huile lourde de goudron par exemple)., - pour les figures 10 et 11, des kilogs de germes graphitiques asphaltiques dérivant du cracking des matières volatiles, respectivement par tonne de charbon sec exempt de cendres, et par kilogs de matières vola- tiles (1000 - Cf) - pour les figures 12 et 13, des kilogs de goudron respective- ment par tonne de charbon sec exempt de cendres et par 100 kilogs de ma- tières volatiles (1000 - Cf), - pour la figure 1 des pourcents de carbone fixe (Cf0 - pour la figure 15, des pourcents de matières volatiles (100 - ci), - pour la figure 16, des pourcents de la différence 100 - (Ci + germes graphitiques asphaltiques dérivant du cracking des matières volatiles).
On constate qu'en carbonisation, les phénomènes d'équilibre répon-
<Desc/Clms Page number 11>
dent à la loi de variation de la concentration des substances réagissantes mais que cette loi se complique par suite des variations de structure chimi- que des substances réagissantes et que 1'influence des variations de struc- ture chimique est nettement plus accusée dans les régions des charbons à - C) 1,175 et à C <1,095 que dans la région des charbons à valeur C compriCi¯ Cf Cf pe entre 1,175 et 1,0950
Suivant une caractéristique de la présente invention, les concen- trations des charbons en matières humiques, en matières asphaltiques et en germes graphitiques sont établies en unités immuables en composition,
en struc- ture chimique et en comportement en carbonisation à travers toute la série des charbons fossiles. Les concentrations ainsi établies sont quantitative- ment comparables à travers toute la série des charbons fossiles, mais en uti- lisant ces données de concentration dans des applications telles que la car- bonisation et la cokéfaction, il convient, principalement, pour les charbons dont la valeur C 1,175 et pour ceux dont la valeur C 10,095 de considérer ' Cf ' Cf les conséquences quentraine la variation simultanée de la concentration et de la structure chimique des substances envisagéeso
Choix des unités ;
Au cours de la carbonisation,du charbon à haute température, les phénomènes suivants se déroulent dans l'ordre chronologique a) auto-oxydation des matières humiques. b) décomposition thermique des matières asphaltiques c) auto-oxydation des germes graphitiques ligneux d) décomposition thermique des germes graphitiques asphaltiques.
Si, au cours de l'essai de carbonisation "in vitro", on applique une loi appropriée de chauffage à une couche de charbon dépaisseur suffis- samment faible, la courbe différentielle dévolution de gaz permanents en fonction du temps, appelée ci-après profil de carbonisation, fait apparaître une séparation assez nette entre la ;carbonisation primaire (phénomènes a) et b) ci-dessus) et la carbonisation secondaire (phénomènes c) et d) ci-dessus)'.
A la figure 17, les courbes 3 et 4 représentent les profils de carbonisation d'un charbon particulier respectivement pendant la carbonisa- tion primaire et pendant la carbonisation secondaire. Sur l'axe des abscis- ses, on a porté les durées de carbonisation "in vitro" en minutes et sur 1-'axe des ordonnées les différences desvolumes des gaz permanents exprimées en centimètres cubes,, Les volumes de gaz portes en ordonnées sont ceux de gaz à 20 C, sous une pression de 764 millimètres de mercure, saturés de vapeur d'eau et dégages par minute pour 20 grammes du charbon sec particulier susdite
Il résulte-de la figure 17, qu'on peut se permettre de négliger l'interférence des carbonisations primaire et secondaire vers la fin de la carbonisation primaire,
.moyennant quoi la carbonisation primaire d'un charbon se réduit à :
1) 1'auto-oxydation 'des matières humiques
2) la décomposition thermique des matières asphaltiques
3) la libération des germes graphitiques ligneux et des ger- mes graphitiques asphaltiques actuels et potentiels du charbon. L9ensem- ble des germes graphitiques constitue le semi-coke.
Au cours de la carbonisation secondaire, le semi-coke se transforme en coke,,
Pendant la carbonisation secondaire, l'évolution graphitique des germes graphitiques dont le semi-coke est formé se poursuit sous 1'ac- tion de l'élévation de la température et de 1'auto-oxydation des germes gra-
<Desc/Clms Page number 12>
phitiques ligneux. Cette évolution conduit par contraction à une augmenta- tion de densité de la matière accentuant sa fissuration par suite de la con- traction du semi-coke, Le nombre de cycles benzéniques accolés dans la molé-
EMI12.1
cule de semi-coke devient de plus en plus grand au fur et a mesure que l9évo- lution graphitique se poursuit.
C'est à partir des données de la composition élémentairec et de la carbonisation primaire qu'on détermine la composition des charbons sui- vant la présente invention.
Le charbon fossile le moins évolué, par exemple un charbon flam- bant sec provenant d'une couche exploitée à ciel ouvert, contient des matiè- res asphaltiques et des germes graphitiques asphaltiques mais dont la somme des concentrations est moindre que pour tous les charbons fossiles plus évo- lués. Sa concentration en germes graphitiques ligneux est plus faible et sa concentration en matières humiques plus forte que celles de tous les char- bons fossiles plus évolués.
En déterminant la composition des charbons fossiles par rapport au charbon le moins évolué, la concentration en matières asphaltiques des charbons plus évolués n'exprime pas la concentration totale mais bien la différence entre la concentration totale et la concentration en matières as- phaltiques du charbon le moins évolué.
En déterminant la concentration des charbons, non pas en germes graphitiques ligneux et en germes graphitiques asphaltiques actuels, mais bien par la somme g germes graphitiques ligneux plus germes graphitiques asphaltiques actuels plus germes graphitiques asphaltiques potentiels (cette somme correspond au semi-coke), on obtient une donnée de plus de valeur en carbonisation et en cokéfaction que la concentration des charbons en germes graphitiques ligneux et en germes graphitiques asphaltiques actuels.
En choisissant, suivant la présente invention, comme unités d'ex- pression de la composition des charbons fossiles, un charbon humique très
EMI12.2
peu évolué, une matière asphaltiques appropriée et un semi-coke qui ont chacun une composition, une structure chimique et un comportement en carboni- sation immuables à travers toute la série des charbons fossiles, l'expression de la composition des charbons se fait en valeur charbon humique unitaire, en valeur matière asphaltique;unitaire et en valeur semi-coke unitaire dont le total est variable en fonction du taux de carbonification des charbons et de l'écart existant entre le rendement en semi-coke des matières asphaltiques actuelles et potentielles du charbon et les rendements immuables en semi-co- ke du charbon humique unitaire et de la matière asphaltique unitaire choisis.
Ces trois matières unitaires sont définies comme suit
On choisit comme charbon humique unitaire un charbon flambant sec, à forte teneur en oxygène, dont on effectue la carbonisation "in vitro" et dont on détermine la teneur en oxygène. On choisit, par exemple, comme charbon humique''unitaire un charbon dont-le rendement en coke "in vitro", sans
EMI12.3
semi-graphite .ë- cécompoait3on thermique'des'matières voiàtiies"prinai#es, est de 52,46% et ddht la teneur'en oxygène est de 25,75 %.¯ ces teneurs se rapportant au charbon sec exempt de cendres.
Comme matière asphaltique unitaire, on choisit un asphalte naturel broyable dont les propriétés sont voisines de celles des matières asphaltiques des charbons et qui, par conséquent, possède une courbe appropriée de décompo-
EMI12.4
sition thermique et est exempt d9oxygèneo On effectue la carbonisation "in vitro" de cet asphalte.
On choisit, par exemple-comme matière asphaltiqunitaire de 19asphalte dur broyable qui ramollit à 110 G9 qui fond à QC1 C, qui produit abondamment des gaz et des vapeurs à 4 7p G qui durcit à 500P C, qui ne con- tient pas d'oxygène et qui,donne lieu par carbonisation "in vitro'¯à 20 % de 3semi-coke. L9absence d'oxygène et le rendement en semi=noke sont.a-considé- rer pour de la matière sèche exempte' d.e 'cendres.
<Desc/Clms Page number 13>
EMI13.1
Comme semi-coke 'unitaire, on choisit ur qTmÀ=eoke à 60Ó6 G,dont la composition répond à la composition iôßenne 'd9au moins 20 semi-cokes a 600 C de différents type's de 0.,ne 'E/Î z On a constaté que les mtieres .volatile qui se dégagent du semi- coke unitaire entre 600 C et 900 ' C'µèxent environ'5 % du poids du semi'-co- ke unitaire et que Poxygène qu'il .contient pèse environ 2,5% du poids du semi-coke unitaire. Les proportions ..existent pour du .11 eemi-coke sec exempt de cendrèso .., ..1 ,'.. : Le charbon humique unitaire contient des matières humiques, des
EMI13.2
matières asphaltiques, des germes graphitiques ligneux et des germes graphi- tiques asphaltiques.
Au cours de la'carbonisation, les matières humiques du charbon humique unitaire forment des gaz, des vapeurs et des matières asphaltiques .plus ou moins fusibles.
Au cours de la carbonisation,''les,matières asphaltiques présentes dans le charbon humique unitaire et celles formées à partif des matières hu-
EMI13.3
miques du charbon humique unitaire forment des gaz, des vapeurs..,t du semi- coke.. ' ' L'ensemble du semi-coke fourni par la carbonisation du .charbon
EMI13.4
humique unitaire comprend le iemi@cpke,àÀrivant des germes.graphitiques présents dans le charbon humique unitaire'et lesemi-coke formé au cours de la carbonisation du charbon humique unitaire à partir des matières asphal-
EMI13.5
tiques qu'il contient et de celles 'qui se sont.formées'a. partir des matières humiques contenues dans le charbon humique unitaire.
'
Au cours de la carbonisation "in vitro", le' charbon humique uni- taire donne,puisque Cf = 524,6 kg par' tonne :
EMI13.6
6 kg + 26,23 kg '.5509$3'kg de semi-coke unitaire par tonne (les 26,23 kg correspondent aux 5 %'de matières volatiles qui se dégagent
EMI13.7
du semi-coke unitaire entre 6000 G-.et 9000 C)....
Matières volatiles primaires du-charbon humique unitaire = 10000 kg 550;83 kg = 449,17 kg par tonne. '
Oxygène dans les matières volatiles primaires du charbon humique unitaire :
EMI13.8
257,5 kg - (550,83 kg x 0,025) = 257,5 kg - 1}7 kg = 243,73 kgo A 1 kg d'oxygène volatil primaire correspondent'donc 1 3'=,19g4 kg de matières volatiles, primaires.
243'973 J.eres eS,prJlIlaJ.reso A 1 kg de matières volatiles primaires correspondent i 550.83 kg 1,226'kg'de', semi-coke ' 447?-'-< . ' . , ,. , .
Pour exprimer la composition d9un charbon quelconque en valeurs charbon humique unitaire, matières âsphaltiques unitaires, semi-coke unitaire, on part des résultats de l9ap.alyse élémentaire, du charbon et dès résultats de :sa:- carbonisation "in vitro". Pour 'éviter de devoir'effectuer l'analyse élémentaire du charbon, on peut aussi calculer sa composition élémentaire à partir des résultats de carbonisation "in vitro".
En effet, il résulte du.chimisme de la carbonisation que les com- positions des goudrons de carbonisation à haute température et celles des co- kes de carbonisation à haute.température tendent vers des compositions iden- tiques quelle que soit.la composition du charbon carbonisé.
Les compositions des goudrons de carbonisation à haute température de tous.les types de char-
EMI13.9
bons se rapprochent d'autawt p.us ' 7. e tilae de 1 Vautre que la'proportion de. gou- dron de basse température qu'ils contiennent ost plus faibleo Or, les moda- lités de carbonisation Iliri vitro" telles qu'eiles sont définies plus haut as-
<Desc/Clms Page number 14>
surent au maximum l'absence de goudron de carbonisation à basse température dans le goudron de carbonisation à haute température fourni par¯l'essai de carbonisation "in vitro" d'un charbon quelconque. Les compositions des cokes (exempts de cendres) de carbonisation "in vitro" de tous les types de charbons peuvent être admises comme pratiquement identiques.
Connaissant les teneurs en carbone, hydrogène et oxygène du gou- dron et du coke de carbonisation "in vitro", la composition élémentaire du charbon se calcule facilement, avec une précision suffisante pour les be- soins de la pratique, à partir des données fournies par l'essai de carbonisa- tion "in vitro".
Ces données sont Le coke obtenu par carbonisation, le se- mi-graphite obtenu par décomposition thermique des matières volatiles pri- -mairesle goudron, les benzols, l'ammoniaque, l'eau de réaction,'le ,poids de gaz permanents, le volume de gaz permanents, saturés de vapeur d'eau, à 0 C et à 760 mm de mercure ét la composition en volume % des gaz'permanents CO2, CmHn 02 CO H2 CH4 N2
Dans le calcul de la composition éléméntaire du charbon, les ben zols sont considérés comme étant du benzène (C6H6) Les hydrocarbures lourds (CmHn) des gaz permanents sont considérés comme composés pour moitié d'éthy- lène (C2H4) et pour moitié d'acétylène (C2H2)
Connaissant le rendement coke "in vitro",
(charbon exempt de cen- dres et coke sans semi-graphite de décomposition thermique des matières vola- tiles primaires) et'la tenéur en oxygène (sur charbon sec exempt de cendres) d'un charbon quelconque, on calcule suivant l'exemple ci-après, les valeurs ; charbon humique unitaire, matières asphaltiques unutaires et semi-coke uni- taire .
EXEMPLE
Rendement coke Cf "in vitro" du charbon 1 781 kg par tonne.
Teneur en oxygèhe du charbon 51,2 kg par tonne.
820,05 kg valeur semi-coke unitaire 781 kg+781x1005=781+39,5
Matières volatiles primaires : 1.000 kg - 820,05 kg = 179,95 kg
Oxygène volatil primaire (d'origine humique) : 51,2 kg - (820,05 x 0,025) kg = 51,2 kg - 20,5 kg = 30,7 kg correspondant à 30,7 kg x 1,84 = 56,48 kg de matières volatiles primaires humiques.
Celles-ci correspondent à 56,48 kg x 1,226 = 69,24 kg de semi-coke
Valeur charbon humique unitaire 56,48 kg 69,24 kg = 125,72 kg
Matières volatiles primaires asphaltiques 179,95 kg - 56,48 kg = 123,47 kg
Puisque le rendement en semi-coke des matières asphaltiques uni- taires est de 20%, la valeur matières asphaltiques unitaires est
123,47 kgx5 = 154,33 kg
Les valeurs charbon humique unitaire,
matières asphaltiques uni- taires et semi-coke unitaire sont exprimées de cette manière en unités immua- bles à travers toute la série des différents types de charbons fossiles et des mélanges de ces charbons et fournissent ainsi des données quantitatives de comparaison des compositions des différents charbons fossiles et des mélan- ges de ces charbons'en ces trois substances unitaires ainsi que les.données quantitatives indispensables à 1'étude et au calcul de la constitution des mélanges en vue de la production industrielle de coke étalon.
A la figure 18, les abscisses représentent des valeurs du rapport C pour une partie de la série des charbons fossiles tandis que les ordonnées Cf
<Desc/Clms Page number 15>
représentent des kilogs. Les lignes 5,6 et 7 représentent,pour ces charbons, la variation, en fonction des valeur C, respectivement de la valeur charbon
Cf humique unitaire,de la valeur matières asphaltiques unitaires et de la valeur semi-coke unitaire.,
A la figure 19, les abscisses sont les mêmes qu'à la figure 18 mais les ordonnées correspondent aux valeurs du rapport matières asphaltiques unitaires pour les charbons fossiles étudies.
La limatières asphaltiques unitaires gne 8 représente donc les variations de ce rapport en fonction du rapport Ç
Cf
A la figure 20, la ligne 9 représente, pour toute la série des charbons¯fossiles, la variation de la valeur matières asphaltiques unitaires en fonction de la'valeur charbon humique unitaire.
Les abscisses expriment des kilogs de charbon humique unitaire et les ordonnées expriment des kilogs de matières asphaltiques unitaireso
Les figures 21 à 32 représentent les "profils de carbonisation" de différents types de charbons fossiles (volumes de gaz de 15 en 15 minutes)
La figure 21 représente le profil de carbonisation "in vitro" d'un charbon type antraciteux la figure 22 celui d'un charbon type demi-gras; la figure 23, celui d'un charbon type trois quarts gras;la figure 24 celui d'un charbon type coke à forte pression de carbonisation; la figure 25, celui d'un charbon type à coke à faible pression de carbonisation;
les figures 26, 27 et 28, ceux de trois charbons chacun d'un type intermédiaire entre le type coke à faible pression de carbonisation et le type gaz; la figure 29 celui d'un charbon type gaz..; les figures 30 et 31, ceux de deux charbons type flambant gras; la figure 32 celui d'un charbon type flambant sec
Les profils de carbonisation "in vitro" représentés aux figures 21 à 32 illustrent, pour les principaux types de charbons fossiles, les dif- férentes périodes de la carbonisation et leur importance relative dans la production en volume de gaz permanents au cours de la carbonisation de chacun des types de charbons considérés.
Parmi les trois constituants du charbon, la matière asphaltique est seule plus ou moins fusibleo Sa fusibilité varie en raison du taux de carbonification des charbonso La fusion plastique de certains types de charbons dits au-to-cokéfiahts est déterminée par la fusibilité des matières asphaltiques qu'ilscontiennent? Le phénomène généralement désigné par l'expression "fusion plastique-,des charbons" est mieux défini par 1'ex- pression "fusion asphaltique-des chrbons"
La formation éventuelle, à un moment donné de la carbonisation, d'un semi-coke cohérent à partir de charbon pulvérulent est due à la liaison des germes graphitiques que contient ce dernier par les germes gra- phitiques dérivant de la décomposition thermique des matières asphaltiques,
Dans une charge de charbons en carbonisation,
la zone où s'opè- re la soudure des germes graphitiques, c'ext-à-dire la zone de naissance du semi-coke cohérent, offre temporairement une grande résistance au pas- sage des gaz et vapeurso Cette zone est appelée ci-après "zone écran".
Cette zone existe dans la charge de charbon en carbonisation aussi long- temps que dure la formation de semi-coke cohérent et elle progresse depuis la paroi chauffante vers le coeur de la masse de charbon à cokéfier en laissant derrière elle une-,masse devenue -¯, par suite de l'évolution graphiti- que, perméable aux gaz et aux vapeut qui se trouvent à une température plus élevée que celle à laquelle cette zone s'est formée. La perméabilité en arrière de la zone écran provient de la fissuration du semi-coke par con- traction.
La fusion asphaltique du charbon opère un rapprochement des ger- mes graphitiques, Ce rapprochement s'accentue au fur et à mesure que la ma- tière asphaltique est décomposée et qu'elle fournit du noueux germes graphi-
<Desc/Clms Page number 16>
tiques à la masse en traitemento Au moment de la naissance du semi-coke, une -phase liquide asphaltique peut subsister et, dès lors, se trouver enfermée dans les alvéoles du squelette de semi-coke naissanto
La formation éventuelle de semi-coke cohérent à partir d'une substance carbonée a lieu à une température d'autant plus basse que la concentration de germes graphitiques dans le milieu en carbonisation est plus grandeo cette concentration dépend de la composition de la substan- ce carbonée, du taux de compression qu'elle subit pendant la carbonisation, entre autres,
du chef de la pression de carbonisation ou de la pression à laquelle elle a été soumise avant carbonisationo
Dans le cas de carbonisation de substances carbonées à l'état calibré, la fusion asphaltique au cours de la caristion n'est pas tou- jours nécessaire à la formation d'un semi-coke cohérent, de même qu'elle peut ne pas être nécessaire si la substance carbonée est soumise à forte compres- sion avant carbonisationo
Aux figures 1, et 21 à 32, on a également représenté -quatre lignes verticales désignées par 10, 11, 12 et'13. Ces lignes passent par les point d'abscisses correspondant respectivement à 15, 30, 45 et 60 minutes. Elles servent à peu près de limite à cinq périodes successives de carbonisation.
L'ensemble dés quatre premières correspond à la carbonisation primaire tandis que la cinquième période correspond à la carbonisation secondaire. Pendant ces cinq périodes, se passent les phénomènes suivants Période 1. Cette période est représentée entre l'axe des ordon- nées et la ligne verticale 100 Pendant cette période, a lieu le début de l'auto-oxydation et de la décomposition thermique des matières humiques et la fusion des màtières asphaltiques fusibles.
Période 2 Cette période est représentée entre les lignes verti- cales 10 et 11 Pendant cette période, a lieu le maximum d'auto-oxydation et de décomposition thermique des matières humiques ainsi que le début et le développement de la pyrolyse des matières asphaltiqueso C'est au cours de la deuxième période de la carbonisation primaire que les réactions possibles entre les produits de l'auto-oxydation des matières humiques, les matières asphaltiques fondues et les produits de la décomposition thermique des matiè- res asphaltiques et les germes graphitiques atteignent un maximum d'inten- sité au cours de la carbonisation primaire. En particulier, c9est alors que les réactions entre la vapeur d'eau et toutes les substances carbonées en présence sont les plus intenses.
Période 3 Cette période est représentée entre les lignes ver- ticales 11 et 12 Pendant cette période, la pyrolyse des matières asphalti- ques atteint son maximum d'intensitéo On peut constater que les profils 14 de carbonisation "in vitro" des charbons auto-cokéfiants représentés aux fi- gures 24, 25, 26, 27, 28, 29 et 30 présentent une pointe à la fin de la troi- sième période de la carbonisation primaire. Cette pointe correspond au maxi- mum d'intensité de la pyrolyse des matières asphaltiques. Cette pyrolyse don- ne lieu à la formation d'une grande quantité de méthane,, En d'autres termes, elle correspond à une prépondérance du méthane dans l'ensemble des gaz déga- gés pendant cette période. C'est la raison pour laquelle on l'appelle ci- après "pointe méthane".
La viscosité d'une partie de la tranche'de la charge se trouvant éventuellement en fusion asphaltique augmente au fur et à mesure que la pyro- lyse des matières asphaltiques progresse à la faveru de l'élévation de la tem- pérature La couche se trouvant du côté-du semi-coke au bord de la tranche en fusion asphaltique constitue la pâte-mère de semi-coke et c'est dans cel- le-ci que se développe éventuellement le squelette de semi-coke,cohérent quand la concentration de germes graphitiques dans la Pâte mère de semi-co- ka est devenue suffisnte pour permettre la laision entre eux et le semi- coke déjà formé.
La viscosité de la pâte-mère de semi-coke au moment où le squelette de semi-coke se constitue et l'amplitude de la phase gazeuse (gaz + vapeurs) qui se développe à ce moment sont parmi les facteurs déterminants
<Desc/Clms Page number 17>
de la texture du semi-coke. La couche de semi-coke naissant constitue la zone écran dans la charge de charbons auto-cokéfiants.
Période 4 Cette période est représentée entre les lignes ver- ticales 12 et 13. Pendant cette période, a lieu la pyrolyse des matières asphaltiques éventuellement occluses dans les alvéoles du squelette de semi- coke. La contraction et la fissuration de la zone écran se poursuivent par suite de la pyrolyse du semi-coke qui débute immédiatement après sa anaissan- ceo Cest la période finale de la thermolyse des matières asphaltiques et de la carbonisation primaire. A la fin de cette période;, le semi-coke éventuel- lement cohérent est complètement formé et déjà partiellement fissuré.
Période 5 Cette période est représentée à droite de la ligne
EMI17.1
verticale 130 Pendant cette période, 1-'évolution graphitique du semi-coke se poursuit, accompagnée d9unecontraction de la masse,, La fissuration du semi-coke s'accentue si le semi-coke était cohérent au moment de sa forma- tison. IL'"ëvolntion graphitique atteint une intensité maximum vers 800 C -environ (820 C à 1?extérieur du tube de carbonisation de 1?appareil d'es-
EMI17.2
sai "in vitrai!) Leévolution graphitique pendant la carbonisation secondai- re est accompangée de la présence d9uae forte proportion d9hydrogène dans le mélange des gaz permanents formés pendant cette période.
Le volume de
EMI17.3
ceux-ci tombe fortement et rapidement après le maximum d9intensité de la pyrolyse du semi-cokeo Pour cette raisons la pointe du profil de carbonisa- tion "in vitro" qui précède cette chute est appelée ci-après "pointe hydro- gàne" ;
Les caractéristiques du coke telles que le taux de stabilité de calibre, le taux de gonflement et de moussage, le taux de fissuration, la texturela densité apparente, la réactivité spécifique ainsi que la pres- sion de carbonisation de la charge sont influencés non seulement par la com- position de la charge mais aussi par des facteurs indépendants de cette com- position.
Parmi ces derniers, citons, entre autres, le mode de chauffage, la température de régime de la carbonisation, les dimensions du récipient
EMI17.4
dans lequel s'effectue lacarbonisation, la forme géométrique de ce récipient, la teneur en eau du charbon., la granulométrie de celui-oie le taux d9unifor mité de répartition de calibre du charbon dans la charge, le taux de ompres- sion du charbon, le mode de chargement' du charbon dans le récipient dans le-
EMI17.5
quel Beffectue la carbonisation, Ces facteurs influent sur la vitesse de carbonisation et, par
EMI17.6
conséquent,
sur le taux d-équilîbre thermo-chimique atteint à un moment quelconque de 1?opérations sur l'intensité du travail de gonflement au mo- ment de la naissance du semi-coke sur 1?intensité du travail de contrac- tion et de fissuration du semi-coke au cours de la carbonisation secondaire et sur la pression.-de carbonisation.
Par exemplepour une même température de régime de carbonisa- tion dans une cornue prismatique circulaire et dans un four à coke prismati- que rectangulaire, dont la largeur est égale au diamètre de la cornue con- sidérées non seulement la vitesse moyenne de carbonisation est plus grande
EMI17.7
dans la cornue que dans le four à coke, mais laçcélération de la vitesse à laquelle s9accomplissent toutes les périodes successives de la carbonisation au fur et à mesure que l'opération de carbonisation progresse dans le charge;, est considérablement plus grande pour la cornue prismatique circulaire que pour le four à coke prismatique rectangulaire.
L'augmentation de la vitesse de carbonisation et, par-conséquent;, la diminution qui en résulte du taux déquilibre thenno-chimique atteint à un moment quelconque durant la carbonisation primaire, peut augmenter la proportion des matières asphaltiques fusibles contenues dansle charbon qui arrive au stade de pâte-mère de semi-coke. De ce chef, certains charbons
EMI17.8
non auto-cokéfiantskà une allure.donnée de carbonisation deviennent auto- 'Óokéfiants à une allure plus vive(de carbonisation.
<Desc/Clms Page number 18>
Les variations de vitesse-de carbonisation dans une charge de char- bon en carbonisation,au fur età mesure que 1-'opération progresse, sont par- mi les causes qui déterminent les variations de caractéristiques du coke (par exemple le taux de fissuration et le taux de gonflement et de moussage) dans
EMI18.1
différents plans d'une charge pri1B1Jiàtiq1leo Par exemple, le saumon de coke résultant de la carbonisation en four à coke prismatique rectangulaire contient le coke le moins boursouflé et le moins fissuré dans les régions les plus pro- ches des parois chauffantes du four tandis que le coke le plus boursoufflé (éventuellement la mousse de coke) et le plus fissuré sont dans les régions lés plus proches du plan vertical médian longitudinal du saumon.
Malgré 1-'amplitude plus grande des crevasses dans le saumon de coke au voisinage des parois chauffantes du four, les morceaux de gros cali- bre dans le coke tout-venant accusent toùjours une proportion plus grande de morceaux dont l'un des plans présente l'aspect bosselé d'un chou-fleur, que de morceaux sans face à chou-fleur, ce qui prouve que le taux de fissura-
EMI18.2
tion du coke près des parois chauffantes est moindre qu9à 19intérieur du sau- mon
Dans la pratique industrielle de la fabrication du coke, les fac- teurs indépendants de la composition et de la structure moléculaire du char-
EMI18.3
bon sont l9installation de carbonisation,
l'allure de carbonisation impo- sée découlant des -quantités de produits à fournir par 1?usine de carbonisa- tion en un temps donné et le traitement ainsi que la manutention du charbon préalablement à la carbonisation.
Il résulte du chimisme et du mécanisme de la carbonisation et de
EMI18.4
la cokéfaction que les différences en quantitéz, en-composition et en struc- ture moléculaire des trois constituants : matières humiques, matières asphal- tiques et germes graphitiques dans les différents types de charbons fossiles
EMI18.5
et les mélanges de ces charbons déterainentrlés différences de caractéristi- ques du coke, qu'ils produisent industriellement dans un four donné, à une allure donnée de cuisson, les autres caractéristiques du charbon ou mélange
EMI18.6
enfourné, telles 'te là teneur en eau, la granulométrie et le taux d9unim formité de répartition de calibre, la densité spaciale de la charge dans le four, exprimée en matière sèche, étant supposées identiques.
Le taux de gonflement et dé moussage du semi-coke ou du coke est déterminé : par la viscosité de la pâte-mère de semi-coke immédiatement
EMI18.7
avant la formation du squelette de semi-coke; par 1?amplitude et Pint.e1asi- té d9éwoaatzon de-la phase gazeuse (principalementasphaltique) au moment de la formation du.squelette de semi-coke, par la pression de carbonisation au moment de la formation du squelette delsemi-coke - La viscosité de la pâte-mère de semi-coke au moment de la forma-
EMI18.8
tion du squelette de semi....coke est déterminée; par la quantité et la fusibi- lité des matières asphaltiques, par la quantité de solides en présence dans la zone de naissance du semi-coke.
La -quantité et la fusibilité des matières asphaltiques dans la pâte-mère de semi-coke dépendent principalement de la quantité et de la fu- sibilité des matières asphaltiques fusibles présentes dans le charbon ou le mélange de charbons par rapport à la quantité de ratières humiques que ce charbon ou ce mélange contient et du moment de la carbonisation primaire où se situe le stade'pâte-mère de semi-coke, ce dernier étant atteint immédia- tement avant le moment où s'opère la liaison des germes graphitiques en pré-
EMI18.9
sence, c?est-à-dire où la première zone (zone-écran) du semi-coke cohérent se développée La quantité de germes graphitiques en présence dans la pâte - mère-de semi-coke est donc peu différente de celle qui constitue le semi- coke naissant dans la zone-écran,
EMI18.10
L'amplitude de la phase gazeuse au moment 1I.e la naissance du semi-coke est-sensiblement proportionnelle à celle qu'indique la hauteur de la pointe méthane du profil de carbonisation "in vitro" du charbon ou du mélange de* charbons, tandis que l'intensité dévolution de cette phase ga-
<Desc/Clms Page number 19>
zeuse (gaz permanents + vapeurs) dépend de la position de la zone de naissan- ce du squelette de semi-coke (zone-écran) dans la charge, position qui déter- mine le taux d'accélération de la vitesse de carbonisation par rapport à la vitesse de carbonisation dans les autres plans de la charge. La pression de carbohisation, variable en fonction de la variation de la vitesse de carbo- nisation, varie d'un plan à 1'autre de la charge.
Elle est doutant plus grande que le taux de gonflement et de moussage du semi-coke naissant est plus élevé et que le taux de contraction et de fissuration du semi-coke ou du coke est plus faible. Le taux de contraction et de fissuration du semi- coke ou du coke est déterminé par le taux moyen dévolution graphitique des germes graphitiques qui composent le semi-coke naissant (les germes graphi- tiques résultant de la thermolyse de matières asphaltiques au cours de la car- bonisation primaire sont toujours de très petit calibre parce qu'ils.sont for- més à allure très vive et à température relativement basse) et par la vitesse de carbonisation secondaire.
Cette dernière vitesse est variable d'un plan à l'autre d'une charge en carbonisation.
Gomme pour la carbonisation primaire, elle s'accélère au fur et à mesure que la carbonisation secondaire progresse dans la charge.
La stabilité de calibre du coke est déterminée par trois facteurs taux de gonflement-et de moussage, taux de contraction et de fissuration et taux de pression de carbonisation et elle est doutant plus grande que la valeur des deux premiers facteurs est plus faible et que la valeur du troi- sième facteur est plus élevée.
La texture du coke est déterminée par le taux de gonflement et de moussage et par la pression de carbonisation.
La réactivité spécifique du coke est déterminée s par le taux d'évolution graphitique, par la texture et par la nature des surfaces des alvéoles.
Le taux d9exothermicité du charbon ou du mélange des charbons est déterminé par la différence entre l'énergie calorifique libérée par les réactions exothermiques et celle absorbée par les réactions endother- miques de la carbonisation,,
La quantité d'énergie calorifique à fournir pour la carbonisa- tion d'un poids donné d'un charbon ou d'un mélange de charbons est d'autant plus grande que le taux d'exothermicité du charbon ou du mélange de charbons est plus faible.
La thermolyse des matières humiques et des germes graphitiques ligneux est accompagnée entre autres de la production de vapeur d'eau
Celle-ci s'engage entre autres dans les réactions endothermi- ques de gaz à l'eau. La composition de ce gaz à l'eau dépend à un moment quelconque de la carbonisation, des facteurs d'équilibre qui déterminent la composition du gaz à 1'eau. Ces réactions de gaz à l'eau qui font par- tie des réactions de carbonisation, peuvent, par exemple, pour des charbons à faible, taux de carbonification, donc riches en matières humiques et, par conséquent, en oxygène, diminuer considérablement 1'exothermicité de 1?en- semble des réactions de carbonisation et, de ce chef, la carbonisation de pareils charbons demande une forte dépense d'énergie calorifique.
Les matières humiques, les matières asphaltiques et les germes graphitiques sont des groupes de substances. Chacun de ces groupes com- prend un très grand nombre de substances de composition de structure moléculaire, de vulnérabilité chimique et de stabilité thermique très dif- férentes.
D'après le chimisme de la carbonification, les matières asphal- tiques contenues dans les charbons se forment à la faveur de la déoxygénation des matières humiques tandis que les' germes graphitiques asphaltiques des charbons se forment à la faveur de la décomposition thermique des matières
<Desc/Clms Page number 20>
asphaltiques.
L'oxygène contenu dans-,les germes graphitiques ligneux y est éner- giquement lié, puisqu'il faut des températures-de plus de 600 Cpour décompo- ser activement les germes graphitiques ligneux.
La liaison de l'oxygène dans les matières humiques est plutôt fai- ble ainsi qu'il est démontré par la concentration de substances oxygénées dans les produits volatils du début de la décomposition thermique des matières humiques de charbons peu évolués.
Dans la formation du semi-coke cohérent au cours de la carbonisa- tion, ce sont les substances asphaltiques fusibles qui assurent la fusion asphaltique du charbon.
Il est peu important au point de vue de la cokéfaction que ces substances asphaltiques fusibles existent dans le charbon à 1?état libre ou chimiquement combiné, par exemple, sous forme de ramifications de noyaux graphitiques plus ou moins évolués graphitiquemento Il en est de même pour les substances humiques.
Les matières humiques sont génératrices de matières asphaltiques éventuellement fusibles au cours de la carbonisation, en fonction du taux de carbonification du charbon et de leur concentration dans le charbon.
Les substances asphaltiques sont génératrices de germes graphi- tiques au cours de la carbonisation en fonction du taux de carbonification du charbon et de leur concentration dans le charbono
Dès lors, si par des méthosde d'extraction des charbons au ù moyen de solvants suffisamment sélectifs on parvenait à la séparation quan- titative et au dosage exact des matières humiques, des matières asphalti- ques et des germes graphitiques contenus dans les charbons, les résultats de ces métjodes d'analyse ne seraient pas pleinement efficiente dans la mai- trise de la cokéfaction;
,
D'autre part, toute méthode de classification des charbons se- lon leur ordre de taux de carbonification en partant des rendements semi- coke ou coke qu'ils accusent ors de la carbonisation est entachée d'erreurs, parfois importantes, principalement pour les charbons peu évoluée à cause de l'importance que peuvent acquérir, àu cours de la carbonisation de ces charbons, les réactions de gazà l'eau.
La mise en oeuvre du procédé suivant l'invention qui sera décrit plus loin requiert la conaissance de la concentration des charbons en matiè- res humiques, en matières asphaltiques et en germes graphitiques, ainsi que la connaissance du comportement de ces trois constituants du charbon ou des mélanges de charbons au cours de la carbonisation, aussi bien quand le char- bon est carbonisé à l'état isolé que quand il est carbonisé en mélange avec d'autres-charbonsòu avec des matières carbonées autres que les charbons fos- siles.
Le procédé suivant 1'invention de détermination des valeurs char- bon humique unitaire, matières asphaltiques unitaires et semi-coke unitaire des différents types de charbons dans toute la série des charbons fossiles ré- pond aux exigences citées ci-dessus et des mélanges de charbons contenant é- ventuellement Vautres substances carbonées que les charbons fossileso
Dans la série des différents types de charbons fossiles, à savoir 1) type flambant sec, 2) type flambant gras, 3) type gras gaz, 4) type coke à faible pression de carbonisation, 5) type coke à'forte pression de carboni- sation, 6) type 3/4 gras, 7) type 1/2 gras Sypopathon les types 1, 7 et 8 sont caractérisés par une forte valeur du rapport :
semi-coke unitaire matières asphaltiques unitaires
Ce sont les charbons mon auto-cokfiats
<Desc/Clms Page number 21>
Les types de charbons auto-cokéfiants, c'est-à-dire les types 2, 3, 4 et 5 accusent des valeurs du rapport semi-coke unitaire matières asphaltiques unitaires qui augmentent dans l'ordre du type 2 au type 5.
Les charbons du type 6 se situent entre les types 5 et 7 et leurs propriétés cokéfiantes sont parfois fortement influencées par la vitesse de carbonisation;, Il en est de même des propriétés cokéfiantes de certains char- bons du type 1 qui se situent à la limite entre les charbons des types 1 et 2.
A cause de leur faible concentration dans les types de charbons non auto-cokéfiants 1, 7 et 8, les matières asphaltiques peu ou pas fusibles contenues dans les charbons se dissocient rapidement et fortement pendant la carbonisation de sorte que la fusion asphaltique ne se produit pas ou de manière insuffisante pour assurer la liaison en semi-coke cohérent des germes graphitiques en présence.
Les charbons des types 2, 3 4 et 5 accusent tous le phénomène de fusion asphaltique pendant la carbonisationo Les matières humiques, les matières asphaltiques et les germes graphitiques contenus dans les charbons des types 3 4 et 5, dans les charbons les plus évolués du type 2 et les moins évolués du type 6, sont largement additifs. Par contre, les matières humiques, les matières asphaltiques et les germes graphitiques des charbons des types 1, 7 et 8 ont des compositions et des structures chimiques très dif- férentes de celles des composants des charbons des types 3, 4 et 5 De ce chef, les composants des charbons des types 1, 7 et 8 ne se comportent pas de manière additive avec les composants des charbons des types 3, 4 et 5 dans les mélanges de charbons.
Les différences de composition et de structure chimique entre les composants des différents types de charbons sont nécessairement les plus fortes pour les matières humiques et les matières asphaltiques et beaucoup moins fortes pour les germes graphitiques ligneux et asphaltiques, par suite de la stabilité thermique et de la stabilité chimique beaucoup plus grandes pour les geres graphtiques que pour les matières .humiques et asphaltiques
Notion du taux global de gonflement et de moussage du semi-coke.
Suivant le chimisme et le mécanisme de la cokéfecrtion. les matiè- res en présence dans la pâte-mère de semi-coke de charbons auto-cokéfiants ou de mélanges auto-cokéfiants de charbons, au moment de la naissance du se- mi-coke, sont les matières asphaltiques fusibles résiduaires de la disso- ciation et de l'action chimique qui ont précédé le stade pâte-mère de semi- coke; les germes graphitiques présents dans le charbon et ceux qui ont été formés à partir des matières asphaltiques jusqu'au moment où le stade pâte- mère de semi-coke est atteint.
La proportion des matières asphaltiques fusibles qui arrivent au stade pâte-mère de semi-coke et leur fusibilité propre dans ce stade sont d'autant plus grandes que la valeur matières asphaltiques unitaires du charbon ou du mélange de charbons est plus grande, que la valeur char- bon humique unitaire est plus petite et que la température est plus basse au moment de la naissance. du sem-coke
La viscosité de la pâte-mère de semi-coke immédiatement avant la naissance du semi-coke est déterminée par la quantité et la fusibilité propre des matières asphaltiqués dans la pâte-mère de semi-coke, par la quantité de solides (germes graphitiques + cendres) dans la pâte-mère de se- mi-coke et par la température à laquelle a lieu la naissance du semi-coke.
La viscosité de lapâte-mère de semi-cbke est d'autant plus fai- ble que la quantité et la-fusibilité propre des matières asphaltiques dans la pâte-mère de semi-coke sont plus grandes, que la quantité de solides dans
<Desc/Clms Page number 22>
la pâte-mère de semi-coke est plus faible et que la température de naissance du semi-coke est plus basse.
L'amplitude de la phase gazeuse (gaz + vapeurs) au moment de la naissance du semi-coke est d'autant plus grande que la quantité et la fusibi- lité propre des matières asphaltiques fusibles présentes dans la pâte-mère de semi-coke sont plus grandes.
Le stade pâte-mère de semi-coke et la naissance du semi-coke se situent pour tous les charbons ou tous les mélanges auto-cokéfiants de char- bons à un moment donné de la période 3 de carbonisation primaire de l'essai de carbonisation "in vitro", c'est-à-dire dans la région des températures 4700 C à 5600 C mesurées à l'extérieur du tube de carbonisation de l'appareil d'essai de carbonisation "in vitro".
La hauteur de la pointe méthane des profils de carbonisation "in vitro" des charbons indique l'amplitude d'une fraction de la phase ga- zeuse "notamment les gaz permanents) durant la troisième période de la car- bonisation primaire.
Suivant le chimisme de la carbonisation, 1'amplitude de produc- tion de gaz permanents et de vapeurs diminue progressivement au fur et à me- sure que la température s'élève pendant cette troisième période de la carbo- nisation primaire.
Plus grande est la hauteur de la pointe méthane du profil de carbonisation "in vitro" d'un charbon, plus a été grande, à n'importe quel moment de la troisuème période de carbonisation primaire; la produc- tion de gaz et de vapeurs.
La température à laquelle, au cours de la troisième période de la carbonisation'primaire de l'essai de carbonisation "in vitro", se situe la naissance du semi-coke d'un charbon -au d'un mélange auto-coké- fiant de charbons est d'autant plus basse que sa valeur "matières vola- tiles primaires" est plus faible.
En effet, l'étude des différents types de charbons auto-coké- fiants, c'est-à-dire des types 2, 3, 4 et 5, révèle, si on considère ces types dans l'ordre où ils sont nommés, que la valeur semi-coke unitaire aug- mente régulièrement, que la valeur matières asphaltiques unitaires diminue régulièrement et que la valeur charbon humique unitaire diminue régulièrement.
Pour une valeur donnée de la pression de carbonisation du charbon ou du mélange de charbons et pour des modalités données de carbonisàtion, le taux global de gonflement et de moussage du semi-coke ou du coke dérivant d'un charbon, ou d'un mélange de charbons auto-cokéfiants, est défini par une relation qui exprime :
- que le taux global de gonflement et de moussage est directe- ment proportionnel à la hauteur de la pointe méthane du profil de carbonisa- tion "in vitro" du charbon ou du mélange de charbons considéré, - que le taux global de gonflement et de moussage est invensmet proportionnel à la valeur semi-coke unitaire du charbon ou du mélange de charbons, - que le taux global de gonflement et de moussage est inversement proportionnel à la valeur matières volatiles primaires du charbon ou du mélan- ge de charbons.
On peut exprimer le taux global de gonflement et de moussage par la relation hauteur pointe méthane du profil de carbonisation valeur semi-coke unitaire x valeur matières volatiles primaires
Le taux global de gonflement ét de moussage du semi-coke peut aussi être exprimé par toute autre relation ayant la même signification phy- si que
<Desc/Clms Page number 23>
Notion du taux global de contraction et de fissuration du semi- coke ou du coke au cours de la carbonisation secondaire.
Le taux moyen d'évolution graphitique des germes graphitiques dont le semi-coke est formé est ¯déterminé principalement par-le taux d'évo- lution graphitique des germes graphitiques contenus dans le charbon ou le mé- lange dé charbonso
Suivant le chimisme de la carbonification, le taux d'évolution graphitique des germes graphitiques contenus dans les charbons est dautant plus élevé que le taux de carbonification du charbon est plus élevée
Dans la série des types de charbons ou des mélanges de charbons auto-cokéfiants, plus la valeur semi-coke unitaire est élevée, ou encore, plus le rendement en coke .(sans- cendres et sans semi-graphite de cracking des matières volatiles primaires) "in vitro", est élevé,
plus le taux dévo- lution graphitique des germes graphitiques contenus dans les charbons est élevé et moins le semi-coke se contracte et se fissure au cours de la car- bonisation secondaire.
On exprime le taux global de contraction et de fissuration du se- mi-coke ou du coke,d9un charbon ou d'un mélange de charbons dans des condi- tions données de carbonisation par la relation Taux global de contraction et de fissuration du semi-coke ou du coke= rendement en coke "in vitro" sans cendres et sans semi-grapite de carcking des matières volatiles primaires) ou par toute autre relation ayant la même signification physique.
Notion du taux global de pression de carbonisation.
Dans des conditions données de carbonisation, le taux global de pression de carbonisation d'un charbon ou d'un mélange de charbons auto-co- kéfiants est dautant plus élevé que le taux global de gonflement du semi-co- ke est plus élevé.
Le taux global de pression de carbonisation d9un charbon ou d'un mélange de charbons auto-cokéfiants est d'autant plus faible que le taux de contraction du semi-coke est plus élevé. On exprime le taux global de pression de carbonisation d'un charbon ou d'un mélange de charbons dans des conditions données de carbonisation par la relation Valeur taux global de pression de carbonisation = Taux global de gonflement ou par toute autre relation ayant la même signifiTaux global de contraction cation physique.
La pression de carbonisation s'oppose au libre développement du squelette de semi-coke et, par conséquent, augonflement et au moussage du - semi-coke
Taux de gonflement et de moussage du semi-coke, taux de contrac- tion et de fissuration du semi-coke ou du coke, taux de pression de carboni- sation n9ont de signification physique que pour les charbons'ou mélanges de charbons auto-cokéfiants.
Notion du taux global de stabilité de calibre du cokeo
Dans des conditions données de carbonisation, le taux global de stabilité de calibre du coke est d'autant plus élevé que le taux glo- bal de gonflement et de moussage du semi-coke est plus faible, que le taux gobai de contraction et de fissuration est plus faible et que le taux glo- bal de pression de carbonisation est plus élevéo
On exprime le taux global de stabilité de calibre du coke déri- vant d'un charbon ou d'un mélange de charbons auto-cokéfiants dans des con- ditions données de carbonisqtin par la relation
<Desc/Clms Page number 24>
Taux global de stabilité de calibre =
Taux global de pression de carbonisation ou par
Taux global de gonflement x Taux global de contraction toute autre relation ayant la même signification physique.
Notion du taux d'exothermicité du charbon ou d'un mélange de char- bons.
C'est différence entre la chaleur latente, à température ambian- te, de combustion du charbon ou d'un mélange de charbons et de la chaleur latente, à température ambiante, de combustion des produits de la carbonifica- tion "in vitro" du charbon ou d'un mélange de charbons.
Pour éviter de devoir recourir à l'emploi de la bombe calorimé- trique, on peut déterminer la chaleur latente de combustion des charbons et des cokes suivant les méthodes préconisées par Lefebvre et Georgiadis (Voir Chimie et Industrie - Vola 46, n 2 = Août 1941).
La chaleur latente de combustion des gaz permanents produits au cours de l'essai de carbonisation "in vitro" des charbons au des mélanges de charbons est une des données de cet essaio
Suivant le chimisme de la carbonisation et les modalités d'exé- cution de l'essai de carbonisation "in vitro", la chaleur latente de combus- tion du goudron peut être considérée comme constante pour tous les goudrons de carbonisation "in vitro" de tous les types de charbons. La chaleur laten- te de combustion des benzols produits par la carbonisation "in vitro" des charbons ou des mélanges de charbons peut être considérée comme identique pour tous les charbons et mélanges de charbons. La chaleur latente de com- bustion du goudron de carbonisation "in vitro" = 8.500 ko cal/kg.
La chaleur latente de combustion des "benzols" de carbonisa- tion "in vitro" = 10.000 k.cal/kg.
A égalité de taux d'exothermicité, un poids donné de charbon ou d'un mélange de charbons demande une même dépense d'énergie calorifi- que dans des conditions données de carbonisationo
Suivant la présente invention, et à partir des données du seul essai de carbonisation "in vitro", on détermine donc toutes les valeurs qui déterminent nettement les caractéristiques du coke qulun charbon ou¯un mé- lange de charbons produit dans une installation industrielle donnée, à une allure donnée de cuisson,et la quantité d'énergie calorifique qu'il faut dépenser pour la cokéfaction du charbon ou du mélange considéré, pour des valeurs données des teneurs en eau du charbon ou du mélange de charbons, du rendement thermique de la batterie de fours et du taux d'uniformité de cuis- son des charges.
On dispose, par exemple, d'une batterie de fours à coke moder- nes, en silice, c'est-à-dire conçue pour supporter de hautes températures de régime et assurer une vive allure de carbonisation. Le coke tout-venant produit par la'cokerie doit donner un rendement aussi élevé que possible de coke métallurgique le meilleur. Il est d'expérience générale que le char- bon type coke à forte pression de carbonisation répond le mieux à cette exi- genceo Toutefois, la carbonisation de ce type de charbon, à vive allure de cuisson, peut donner lieu, à cause de sa pression de carbonisation trop éle- vée à forte allure de cuisson, à des dégâts à la maçonnerie des fours ou à des défournements laborieux.
La cokerie travaillant à vive allure de carbonisation doit donc choisir un type de charbon ou constituer des mélanges de charbons dont les propriétés cokéfiantes se rapprochent le plus'possible du charbon type coke à forte pression de carbonisation mais s'en écartent suffisamment pour évi- ter des dégâts'aux murs de chauffage et des détournements laborieux. C'est ce qu'on appelle travailler dans de bonnes conditions d'exploitatin.
<Desc/Clms Page number 25>
Ainsi, à titre d'exemple., pour une cokerie moderne, équipée de fours à coke en silice, de largeur moyenne de 450 mm environ et travaillant à une allure de cuisson des charges correspondant à la capacité nominale de la batterie, la charbon ou le mélange de charbons à enfourner pour pro- duire, en permanence la proportion la'plus forte de coke métallurgique le meilleur qu'une telle cokerie.puisse produire sans devoir craindre des pres- sions trop fortes de carbonisation-et des défournements laborieux, doit ac- cuser en permanence les caractéristiques données ci-après, déduites, sui- vant la présente invention, des résultats de carbonisation "in vitro" du charbon ou du mélange de charbons fournissant industriellement, dans les conditions d'allure d'exploitation définies plus haut,
le coke étalon pour la cokerie considéréeo
EMI25.1
Teneur en carbone o000000oooooaaooooaoooo 87,28 %) sur charbon Teneur en hydrogène oooaoooooeooooo000000 5,17 %) sec Teneur en oxygène 00000.0000.0..0000.0.00 5,71 %) exempt de Teneur en soufre + azote" 00000.00.0...... 1,84 %) cendres Valeur semi-coke unitaire.
o.........<,<,? =¯ 788,76 kg
EMI25.2
<tb> Valeur <SEP> charbon.humique <SEP> unitaire <SEP> = <SEP> 153,30 <SEP> kg
<tb>
<tb> Valeur <SEP> matières <SEP> asphaltiques <SEP> unitaires <SEP> = <SEP> 177.96 <SEP> kg
<tb>
Hauteur de la pointe méthane du profil de carbonisation = 1.300 cm3 Valeur taux global de contraction et de fissuration du semi-coke ou du coke =
1,33 Valeur taux global de gonflement et de moussage du semi-coke '= 7,80 Valeur taux global de pression de carbonisation = 5,85 Valeur taux global de stabilité de calibre du coke 56,3 Valeur dexothermicité du charbon ou du mélange de charbons 380.000 k.cal/ tonne Teneur en cendres du charbon ou du mélange de charbons entre 6 et 7 %
Les caractéristiques définies ci-dessus sont celles 'du charbon . ou du mélange type;
qui produit industriellement dans les conditions de car- bonisation définies plus haut le coke étalon pour la cokerie considéréeo Ce sont les données de base de comparaison des propriétés cokéfiantes des charbons et des mélanges pour la cokerie considéréeo
Tout charbon ou mélange de charbons donnant lieu aux mêmes ca- ractéristiques, déduites suivant la présente invention des résultats de carbonisation "in vitro" du charbon du de ce mélange type de charbons, pro- duit industriellement, dans les conditions de carbonisation définies plus haut , le doke étalon et demande la même dépense d'énergie calorifique pour la cokéfaction que le charbon ou le mélange type de charbons.
Tel que le cas pour tout charbon ou mélange de charbons donnant lieu aux mêmes valeurs semi-coke unitaire, charbon humique unitaire, matiè- res asphaltiques unitaires et une même hauteur de la pointe méthane du pro- fil de carbonisation "in vitro" que le charbon ou le mélange type de char- bons.
En effet, pour les charbons fossiles auto-cokéfiants ou les mé- langes auto-cokéfiants de charbons fossiles, des valeurs identiques pour le semi-coke unitaire, pour le charbon humique unitaire, pour la matière asphal- tique unitaire et pour la hauteur de la pointe méthane du profil de carboni- sation 'in vitro" impliquent des propriétés cokéfiantes identiques. Une même valeur pour le semi-coke unitaire implique un même taux d'évolution graphiti- que des germes graphitiques en présence, donc, un même taux de contraction et de fissuration du semi-coke et du coke.
Une même valeur pour la matière asphaltique unitaire associée à une même hauteur de la pointe méthane du pro- fil de carbonisation "in vitro", signifie une même,concentration en matières
<Desc/Clms Page number 26>
asphaltiques, une même fusibilité des matières asphaltiques et un même ren- dement en germes graphitiques asphaltiques au cours de la carbonisation.
La même concentration en germes graphitiques actuels et poten- tiels et la même concentration en matières asphaltiques de même structure chimique et de même fusibilité ont comme conséquence une même température de naissance du semi-coke. Il en résulte un même taux de gonflement et dei moussage du semi-coke L'égalité du taux de gonflement et de moussage et du taux de contraction et de fissuration entraînent l'égalité du taux de pression de carbonisation et, par suite, l'égalité du taux de stabilité de calibre du cokeo
Inégalité de concentration, de composition et de structure des germes graphitiques ainsi que Inégalité de concentration, de composition et de structure des matières asphaltiques actuelles et potentielles en- traînent l'égalité de concentration,
de composition et de structure des ma- tières humiques et signifient même exothermicité des réactions de carboni- sation.
Pour constituer le mélange type à partir de deux ou plus de deux charbonssauto-cokéfiants dont on dispose, on les carbonise séparé- ment "in vitro" et on établit pour chacun d'eux la valeur semi-coke uni- taire, la valeur charbon humique unitaire, la valeur matières asphaltiques -unitaires et la hauteur de la pointe méthane du profil de carbonisation.
Par calcul, on déterminé facilement les proportions des char- bons qu9il faut mélanger pour constituer le mélange accusant une valeur charbon humique unitaire voisine de 153,3 et comprise, par exemple, entre 150 et 155, une valeur matière asphaltique-- unitaire voisine de 177,96 et comprise, par exemple, entre 175 et 1800
On procède ensuite à la carbonisation "in vitro" du mélange dé- terminé comme il vient d'être indiqué et on détermine ses différentes ca- ractéristiques pour les comparer à celles du charbon ou du mélange-type qui fournit industriellement le coke étalon.
Si les charbons auto-cokéfiants dont on dispose se classent franchement parmi les types 3, 4 et 5, la vérification par carbonisation "in vitro" du mélange déterminé par le procédé suivant l'invention n'est pas indispensableo Mais, dès que parmi les charbons auto-cokéfiants utili- sés il s'en trouve qui se classent trop près du type 6 ou trop près du type 2, la vérifieation par carbonisation "in vitro" du mélange @ déterminé suivant 1?invention s'impose,, EXEMPLES
1 On dispose de.deux types de charbons auto-cokéfiantss c'est-à-dire que, narbonisés "in vitro" à l'état isolé, ils donnent cha- cun un coke bien cohérent.
L'un, dénommé A pour simplifier l'exposé, est un charbon type flambant gras qui a comme valeur charbon humique unitaire 227,02 et comme valeur matières asphaltiques unitaires 199.62 L'autre, dénommé B est un charbon type coke à forte pression de carbonisation, qui a comme valeur char- bon humique unitaire 98,27 et comme vàleur matières asphaltiques unitai- res 158, 200
Pour trouver facilement la proportion des charbons A et B qui donne lieu à un mélange dont la valeur charbon humique unitaire est voisine de 153,30 (valeur pour le mélange type fournissant le coke étalon dans la batterie considérée) et dont la valeur matières asphaltiques unitaires est voisine de 177,96 (valeur pour le mélange type fournissant le coke étalon)
on peut faire usage d'un graphique tel que celui représenté à la figure 32 Sur l'axe des abscisses, on porte les valeurs correspondant au charbon A et sur l'axe des ordonnées celles correspondant au charbon B On trace sur ce graphique une droite telle que 15 dont l'équation est x + y = 1000
<Desc/Clms Page number 27>
On trace également une droite 16 dont l'équation est 227,02x98.27 y = 150 (valeur un peu inférieure à 153,30) et une droite 17 dont Inéquation est 227,02 x + 98-,27 y = 155 (valeur un peu supérieure à 153,30) La droite 15 coupe les droites 16 et 17 respectivement aux points 18 et 19.
On trace en- suite une droite 20 dont l'équation est 195,62 x + 158,20 y = 175 (valeur un peu inférieure à 177.96)
On constate que cette dernière droite coupe la droite 15 en un point 21 qui est à peu près confondu avec le point d'intersection 19 des droites 15 et 170 Il en résulte que le point 21 peut être adopté comme point figuratif du mélange à effectuer,, Celui-ci doit contenir 44 % du charbon A et 56 % du charbon B.
Le mélange carbonisé "in vitro", donne une valeur charbon humique unitaire de 152,03, une valeur matières asphaltiques unitaires de 183,40 et une hauteur de la pointe méthane du profil de carbonisation correspondant à 1.300 centimètres cubes.
Si, dans la série des charbons auto-cokéfiants in vitro", c'est- à-dire le type flambant gras, le type gras gaz, le type coke à faible pres- sion de carbonisation et le type coke à forte pression de-carbonisation,, on dispose d'une part, de plusieurs charbons de même type ou de types rapprochés, par exemple de plusieurs charbons de type flambant gras et/ou de type gras gaz et, d'autre part, de plusieurs charbons de type coke à faible pression de carbonisation et/ou de type coke à forte pression de carbonisation, on por- te les différents points respectifs des charbons de l'un des dèux types, par exemple, sur l'axe des ordonnées du graphique,
les différents points respec- tifs des charbons de l'autre type sur l'axe des abscisses du graphique et l'on se rend ainsi rapidement compte de la possibilité de constituer le mélan- ge type à partir d'un charbon ou de plusieurs charbons mélangés en proportions données du premier type, et d'un charbon ou dé plusieurs charbons mélangés en proportions données du deuxième type.
Les résultats de la carbonisation "in vitro" de mélanges calculés, suivant la présente invention, à partir des différents types de'charbons auto-cokéfiants "in vitro" répondent avec une approximation suffisante à ceux du mélange primitif et dès lors ils fournissent industriellement le coke étalon.
Si la droite 20 n'avait pasrencontré la droite 15 en un point 21 voisin de l'un ou 1'autre des points 18 et 19, on aurait tracé une droite répondant à Inéquation 195,62 x + 158,20 y = 180 (valeur un peu supérieure à 177.96) afin de voir si le point d'intersection de cette nouvelle droite avec la droite 15 n'aurait pas été plus près de l'un ou l'autre des points 18 et 19 Dans 1-'affirmative, on aurait pu adopter ce point comme-point figuratif du mélangeo Cette droite analogue à la droite 2o n'a pas été représentée pour que la figure 33 reste plus claire.
Si on n'avait pas trouvé un point de rencontre des droites 15, et 16 ou 15 et 17 voisin du point de rencontre des droites 15 et 20 ou de la droite 15 avec la droite analogue à la droite 20 mais non représentée, ce- la aurait signifié que les. deux charbons envisagés ne pouvaient pas donner par eux-mêmes le coke étalon et qu'il mirait fallu y ajouter un troisième cons- tituant dont les caractéristiques nécessaires sont indiquées par 1éétude gra- phique à laquelle on vient de procéder pour les deux charbons auto-cokéfiants dont on dispose.
Ce troisième constituant peut être un mélange deecharbon auto-cokéfiant et de charbon non auto-cokéfiant ou un charbon non auto-coké- fiant (type 1, 6, 7 et 8) ou un mélange de plusieurs charbons non auto-coké- fiants ou un mélange de charbon non auto-cokéfiant avec une substance car- bonée autre que les charbons fossiles et dérivée ou non des charbons fossiles.
On a alors à résoudre le problème ci-après.
Si l'étude graphique des mélanges des charbons auto-cokéfiants dont on dispose révèle que pour constituer le mélange type il faudrait pouvoir disposer d'un charbon auto-cokéfiant correspondant à environ 150 kg. de char-
<Desc/Clms Page number 28>
bon humique unitaire et à environ 220 kg de matières asphaltiques unitaires, un tel charbon peut être constitué, par exemple, par 36,20 % de charbon flam bant gras, 54,30 % de charbon maigre (demi-gras) et 9,50 % d'asphalte dur broya- ble de courbe de décomposition thermique semblable à celle de la matière as- phaltique unitaire.
Ce charbon auto-cokéfiant artificiel présente les caractéristiques suivantes :
EMI28.1
<tb> -':Valeur <SEP> C/Cf <SEP> = <SEP> 1,187
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Valeur <SEP> semi-coke <SEP> unitaire <SEP> = <SEP> 756,94 <SEP> kg
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Valeur <SEP> charbon <SEP> humique <SEP> unitaire <SEP> = <SEP> 153,66 <SEP> kg
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Valeur <SEP> matières <SEP> asphaltiques <SEP> unitaires <SEP> =- <SEP> 217,53 <SEP> kgo
<tb>
Hauteur de la pointe méthane du profil de carbonisation "in vitro" = 1230 centimètres cubes.
Si, au lieu de disposer de charbons qui sont tous auto-cokéfiants, on ne dispose, pour constituer le nouveau mélange que d'au moins un charbon auto-cokéfiant et d'au moins un charbon non auto-cokéfiant, on ne peut plus se baser, comme dans le cas des¯charbons uni-quement auto-cokéfiants, sur le fait que les matières asphaltiques actuelles et potentielles des différents charbons peuvent s'ajouter pour donner lieu à une moyenne arithmétique.
En effet, les matières asphaltiques actuelles et potentielles des charbons maigres (anthraciteux 1/4 gras, 1/2 gras, 3/4 gras) sont peu ou pas fusibles et n'arrivent pas ou presque pas au stade de pâte-mère de semi-coke au cours de la carbonisation primaire. Ceci est dû à leur trop faible concentration dans ces types de charbons et, par conséquent, aux taux élevé de leur dissociation pendant la carbonisation primaire et à leur taux élevé et variable d'évolution graphitique.
Les matières asphaltiques actuelles et potentielles des charbons flambants secs, non auto-cokéfiants "in vitro" présentent un taux faible et variable d'évolution graphitique et sont de ce fait thermiquement et chimique- 'ment peu stables. Elles n'arrivent pas non plus ou presque pas au stade de pâte-mère de semi-coke par suite de leur faible concentration dans ces types de charbons et de l'action des produits de pyrolyse des matières humiques sur les matières asphaltiques pendant la deuxième période de la carbonisation primaire.
Toutefois, en présence, d'une part, de certains charbons des ty- pes flambâmes gras et gras gaz dont les matières asphaltiques fusibles attei- gnent en forte proportion le stade pâte-mère de semi-coke; ou d'autre part, de charbons se situant à la limite entre ies charbons auto-cokéfiants et les charbons non auto-cokéfiants "in vitro", la carbonisation "in vitro" de mé- langes déterminés à partir des données de carbonisation "in vitro" des char- bons isolés, répond encore avec une approximation suffisante aux caractéris- tiques du mélange type).
2 A titre d'exemple, choisissons deux charbons A et B dont le premier est auto-cokéfiant "in vitro" et le second est non auto-cokéfiant "in vitro", ces deux charbons ayant en outre les caractéristiques suivantes :
EMI28.2
<tb> A <SEP> B
<tb>
<tb> Valeur <SEP> bharbon <SEP> humique
<tb>
<tb> unitaire <SEP> 212,71 <SEP> 70,02
<tb>
<tb>
<tb> Valeur <SEP> matières <SEP> asphaltiques
<tb>
<tb> unitaires <SEP> 214,42 <SEP> 119,60
<tb>
<tb>
<tb> Hauteur <SEP> de <SEP> la <SEP> pointe <SEP> méthane
<tb>
<tb> du <SEP> profil <SEP> de <SEP> carbonisation <SEP> 1.700 <SEP> 1035
<tb>
Pendant la carbonisation, une forte proportion des matières asphal- ..tiques fusibles du charbon A arrive au. stade de pâte-mère. de semi-coke;
com-
<Desc/Clms Page number 29>
pensant en mélange avec un charbon non auto-cokéfiant, 1?absence, dans la pâte-mère de semi-coke,; de matières asphaltiques plus ou moins fusibles dérivant du charbon nn-autocokéfiant "in vitro"o
Le calcul du mélange de ces deux charbons en vue de la constitu- tion du mélange type donne 58% de charbon A et 42% de charbon B
La carbonisation "in vitro" de ce mélange donne les caracté- ristiques suivantes :
EMI29.1
<tb> Valeur <SEP> semi <SEP> coke <SEP> unitaire <SEP> = <SEP> 785,92 <SEP> kg
<tb>
<tb> Valeur <SEP> charbon <SEP> humique <SEP> unitaire <SEP> = <SEP> 161,78 <SEP> kg
<tb>
<tb> Valeur <SEP> matières <SEP> asphaltiques <SEP> unitaires <SEP> = <SEP> 176,75 <SEP> kg
<tb>
<tb> Hauteur <SEP> de <SEP> la <SEP> pointe <SEP> méthane <SEP> du <SEP> profil <SEP> de <SEP> carbonisation <SEP> = <SEP> 1.300 <SEP> cm3
<tb>
Ces valeurs sont suffisamment rapprochées des valeurs du mé- lange type pour permettre la production industrielle de coke étalon à partir.du mélange des charbons A et B dans les proportions calculées.
Les charbons intermédiaires entre les charbons type coke et les charbons gras gaz ne supportent généralement pas de fortes ajoutes de charbons maigres non auto-cokéfinats "in vitro" pour constituer le mélange type.
De ce chef, les mélanges calculés à partir des données de car- bonisation "in vitro" en vue de la constitution du nouveau mélange à partir de ces types de charbons donnent généralement "in vitro" des valeurs suffi- samment rapprochées de celles du mélange type pour permettre la production industrielle du coke étalon.
3 Choisissons deux charbons A et B dont le premier est auto- cokéfiant "in vitro" et dont le second est non auto-cokéfiant" in vitro", ces deux charbons ayant, entre autres, les caractéristiques suivantes
EMI29.2
<tb> Ao <SEP> B.
<tb>
<tb>
<tb>
Valeur <SEP> charbon <SEP> humique
<tb>
<tb> unitaire <SEP> 172,40 <SEP> kg <SEP> 83,27 <SEP> kgo
<tb>
<tb>
<tb> Valeur <SEP> matières <SEP> asphalti-
<tb>
<tb> ques <SEP> unitaires <SEP> 185,60 <SEP> kg <SEP> 128,3 <SEP> kg
<tb>
<tb>
<tb> Hauteur <SEP> de <SEP> la <SEP> pointe
<tb>
<tb> méthane <SEP> du <SEP> profil <SEP> de
<tb>
<tb> carbonisation <SEP> "in <SEP> vitro" <SEP> 1465 <SEP> cm3 <SEP> 1100 <SEP> cm3
<tb>
Le calcul du mélange de- ces deux charbons en vue de la consti- tution du mélange type donne 77 % de charbon A et 23 % de charbon B.
Le charbon B donne "in vitro" un coke légèrement cohérent de sorte que les matières asphaltiques fusibles qu'il contient ne sont pas complètement dépourvues de valeur pour la cokéfaction, Le mélange donne industriellement un coke très rapproché du coke étalon.
Dans le cas où un mélange calculé comprenant de fortes propor- tions de charbons non aùto-cokéfiants "in vitro" ne donne, pas, lors de sa carbonisation "in vitro", des résultats suffisamment rapprochés de ceux du mélange type, les résultats de sa carbonisation "in vitro" fournissent dans tous les cas les indications quantitatives et qualitatives nécessaires à la correction du mélange calculé. Pour effectuer ces corrections l'emploi éventuel de toutes substances carbonées, dérivant ou non des charbons fos- siles est à envisager.
Considérons maintenant comment il faut opérer pour déterminer la constitution du nouveau mélange à partir de charbons dont aucun n'est auto- cokéfiant "in vitr"
<Desc/Clms Page number 30>
Les causes de l'absence plus ou moins complète de propriétés coké- fiantes. des charbons des types anthraciteux, 1/4 gras, 1/2 gras, 3/4 gras et flambants secs sont révélés par le chimisme de la carbonification et de la carbonisation par le mécanisme de la cokéfaction.
Par rapport au charbon ou au mélange de charbons qui produit industriellement le coke étalon, les charbons anthraciteux, 1/4 gras, 1/2 gras, 3/4 gras possèdent une concentration trop forte en germes graphitiques, une concentration trop faible en matières humiques, une concentration trop faible. en matières asphaltiques, un taux trop élevé d'évolution graphiti- que des matières asphaltiques actuelles et potentielles et un taux trop fai- ble d'exothermicité des réactions de carbonisation.
Les charbons flambants secs et une forte' proportion des char-' bons flambants gras, possèdent, par rapport au charbon ou mélange de char- bons qui produit industriellement le coke étalon, une concentration trop faible en germes graphitiques, une concentration trop forte en matières hu- miques, une concentration trop forte en matières asphaltiques, un taux trop faible d'évolution graphitique des matières asphaltiques actuelles et poten- tielles, une vulnérabilité chimique trop grande des matières humiques et des matières asphaltiques actuelles et potentielles, et un taux d'exothenni- cité des réactions de carbonisation qui, par suite de l'intervention massive des réactions de gaz à l'eau pendant la carbonisation primaire,
peut être sensiblement plus faible pour ces types de charbons que pour le charbon ou le mélange de charbons qui fournit industriellement le coke étalon.
On se rend compte par cet aperçu et par les notions exposées dans le présent mémoire descriptifque les charbons flamants gras les plus évo- lués graphitiquement et les charbons 3/4 gras les moins évolués graphitique- ment se prêtent ensemble à la constitution du mélange qui produit industriel- lement le coke étalon.
Mais tel n'est plus le cas pour les charbons flambants moins évolués graphitiquement (les flambants gras se rapprochent des flam- bants secs et les flambants secs) et les charbons maigres plus évolués gra- phitiquement se rapprochant des anthraciteux (1/2 gras, 1/4 gras) et les an- thraciteuxo
La constitution du mélange qui fournit industriellement le co- ke étalon à partir de charbons non auto-cokéfiants se fait selon la présen- te invention par l'ajoute de substances carbonées autres que les charbons fos- siles et dérivant ou non des charbons fossiles et dont le dosage dans le mé- lange est déterminé par les données du procédé selon la présente invention.
Trois sortes de substances carbonées sont à considérer :
1) les substances à forte concentration en germes graphitiques parmi lesquelles on peut citer le fusain, le semi-coke, le coke, à finesse de mouture appropriée.
2) les substances à forte concentration en matières humiques parmi lesquelles on peut citer les lignites, les lignites brillants, les durains de différents types de charbons, certains produits de l'oxydation partielle des charbons et des lignites, les extraits oxygénés de différents types de charbons.
3) les substances à forte concentration en matières-asphaltiques parmi lesquelles on peut citer, les asphaltes naturels à taux élevé de struc- ture aromatique polycycliqe les vitrains de différents types de charbons, les extraits non oxygénés de différents types de charbons, certains produits de l'hydrogénation partielle ou totale des charbons ou lignites et de leurs dérivés, les brais de pétrole.
En outre, certains substances contenant 'des mélanges de matières humiques et de matières asphaltiques peuvent;être envisagées. Parmi ces ma- tières, on peut citer les brais de goudron de carbonisation à basse et à haute température, les clairains de différents types de charbons, les as- phaltes partiellement oxydés.
L'étude de ces substances et de leur aptitude à intervenir dans la constitution, à partir de charbons non auto-cokéfiants,
<Desc/Clms Page number 31>
du mélange produisant industriellement le coke étalon, se fait suivant les données résultant du procédé selon la présente invention, par exemple, par application des données fournies par la carbonisation "in vitro" d'un mé- lange de la matière carbonée avec un charbon de propriétés cokéfiantes dé- jà étudiées selon la présente invention,,
Certaines.de ces substances carbonées, seules ou mélangées, ne pourront convenir qu'après avoir subi un traitement d'augmentation de stabilités thermique et chimique, entre autres par chauffage à 1-'abri de Pair, à une température appropriée, par exemple, entre 300 et 4000 C,
éventuelle- ment en présence de vapeur d'eau sous pression durant un temps plus ou moins long
Le contrôle de l'évolution graphitique des substances asphal- tiques et de 1-'augmentation des stabilités thermique et chimique des sub- stances humiques et asphaltiques soumises à ce traitement se fait, suivant le procédé selon la présente invention, par exemple, par les données four- nies par la carbonisation "in vitro" d'un mélange de la matière carbonée avec un charbon de propriétés cokéfiantes déjà étudiées selon la présente invention.
Ainsi, remploi d'un asphalte insuffisamment stable thermique et chimiquement conduit à une hauteur insuffisante de la pointe méthane du pro- fil de la carbonisation pour la valeur matière asphaltique unitaire du mélan- ge : Exemple mélange de 30,5 % de charbon d'un type intermédiaire entre flambant sec et flambant gras; 52,0 % de charbon type maigre, 17,5 % asphalte à faible taux dévolution aromatique polycyclique Valeur semi-coke unitaire = 707,49 kg Valeur charbon humique unitaire = 169,82 kg Valeur matières asphaltiques unitaires = 270,27 kg Hauteur de la pointe méthane du prof.il de carbonisation "in vitro" = 1300 cm3.
Le mélange est auto-cokéfiant "i vitro" mais se rapprocherait beaucoup plus des types de charbon 3, 4 ou 5 par la mise en oeuvre d'une ma- tière asphaltique thermiquement et chimiquement plus stable.
Pour des installations de carbonisation telles que fours à co- ke en silico-alumineux, fours,à gaz à chambres horizontales-ou inclinées, fours à gaz à cornues verticales à marche intermittente ou continue, fours à gaz à cornues horizontales, fours à gaz ou à coke dont les-modalités de chauffage diffèrent en principe de celles généralement appliquées dans l'industrie de la carbonisation et, en général, pour toute installation donnée de'carbonisa- tion à haute ou à basse température'du charbon ou de mélanges de charbons, les normes du charbon ou du mélange de charbons qui fournit industriellement le coke étalon pour l'installation considérée, sont à établir pour chaque cas spécifique, suivant les données de la présente invention.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.