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Procédé et dispositif pour l'obtention de coke sur des grilles de cokéfaction avec production de gaz riche.
La présente invention concerne un nouveau procédé et un nouveau dispositif pour la cokéfaction de produits bitumineux en grains fins, tels que des houilles, schistes bitumineux, mélanges de pétrole et de substances minérales, bois et déchets de bois, sur des grilles fixes, mobiles ou transporteuses. Elle concerne plus particulière- ment la préparation de coke et d'agglomérés coke-minerai à partir de houilles bitumineuses finement granulées, le raccourcissement de la durée de cuisson, ainsi que la production de gaz à pouvoir calorifique élevé (gaz riche) au cours de la cokéfaction sur lesdites grilles.
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Les procédés usuels connus jusque présent pour cokéfier les houilles sur des grilles fixes ou mobiles ne sont applicables que si la granulome trie sous laquelle se prosente la houille confère à l'ensemble de la couche une perméabilité au gaz suffisante, ce qui veut dire que la teneur en bitume de la houille ne doit pas être trop élevée.
On sait, en effet, qu'un charbon bitumineux à grains fins d'un calibre maximum de 10 mm avec un fort pourcentage de grains de moins de 5 mm ne peut pas être cokéfié sur des grilles avec une vitesse rentable, en raison de sa perméabilité insuffisante au gaz. La mise en oeuvre des procédés connus de cokéfaction sur grille est particulièrement difficile, lorsqu'il s'agit d'un charbon dont la teneur en matières volatiles est supérieure à 16 %, car les phénomènes de gonflement et d'agglutination pendent le chauffage d'un tel charbon réduisent pratiquement à néant la perméabilité au gaz initiale du charbon.
Le procédé selon la présente invention permet, par contre, la cokéfaction de charbons finement granulés et à forts teneur en bitume, par exemple des houilles à coke courantes. La cokéfaction de ces houilles pir le procédé de l'invention peut être réalisme avantageusement en même temps que la réduction de minorais, en vue de l'obtention d'agglomères coke-minerai.
Alors que, dans les procèdes connus jusqu'à présent, la cokéfaction progresse par zones de haut en bas dans la couche de charbon reposant sur la grille, dans le procède selon l'invention, elle est amorcée et achevée simultonément sur toute 1'épaisseur de la couche de charbon, de sorte que la cuisson complète est atteinte dans un laps de
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temps beaucoup plus court qu'actuellement.
Le procède selon l'invention permet en outre de récupérer, sous le forme de gaz à pouvoir calorifique élevé (gaz riche), une partie des gaz se dégageant du charbon, dans la mesure où ces gaz n'ont pas pesoin d'être brûlés pour fournir la chaleur nécessaire au maintien de la cokéfaction.
On connaît d'jà des procèdes, d-:ns lesquels la cokéfaction ou la distinction des houilles bitumineuses se fait sur une- grille, de préférence une- arille transporteuse. Dans ces procèdes, une couche de charbon de 3 à 50 cm, d'épaisseur est déplacéesous une voûte d'allumage qui ne met en ignition que la surface de la couche. On insuffle à travers celle-ci, de bas en haut ou inversement, de l'air, de préférence réchauffe. Les gaz de distillation et de cokéfaction qui se dégagent du charbon brûlent avec l'air à l'intérieur de la couche. Sous l'effet de la chaleur ainsi développée, la cokéfaction se propice de haut en bas ou inversement à travers toute la couche.
Il s'est avéré que cette opération ne peut être pratiquée dans des conditions économiques que si l'air de combustion est insufflé de bas en haut à travers la couche à cokéfier et seulement si l'on dispose d'un charbon qui ne s'agglutine pas et se présentant sous la forme de gailletins d'un calibre de 5 à 30 mm environ.
Ce procède de cokéfaction très simple présente, par conséquent, l'inconvénient d'exiger la mise en oeuvre d'une houille en morceaux qui mise en couche a une perméabilité suffisante au gaz et qui pendant son chauffage ne doit pas fendra ni gonfler, pour ne pas obturer les passages du gaz l'intérieur de la couche de charbon, ce qui revicnt à
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à dire que la teneur en bitume du charbon utilisa doit rester faible. La cokéfaction des houilles coke, dos charbons flamb'.nts gres ct secs normaux, sur une grille n'était donc pas possible jusqu'à présent.
Par le procède de la présente invention, il devient possible de cekéfiér sur grille des charbons fins riches en bitume, par exemple les houilles à cc!:e.
Il a été découvert que la cokéfaction sur grille des produits précités est possible, si l'on ménage, dans la couche à confier sur 1- grille, des canaux verticaux de circulation de gaz, qui sont parcourus par l'air ou les gaz provenant de la combustion, l'air et les gaz résidu-tires de la cokéfaction.
Peur pratiquer ces canaux d'air et de gaz dans 1-: couche du charbon à cokéfier, il est possible d'enfoncer danscelle-ci, de préférence de haut cn bas, des poinçons refeuleurs, qui chassent Je charbon et ménagent, après avoir été retiras, des canaux verticaux. On peut 'gaiement utiliser des poinçons tabulaires qui entraînent avec eux, lorsqu'ils sont retiras, le charbon se trouvant à l'intérieur du tube.
Les poinçons ent avantageusement en section une forme circoulaire et vont cn s'effilant dans la direction de leur introduction. Les canaux peuvent également avoir une forme rectangulaire et s'étendre parallèlement à la direction d'avancement de la grille de cokéfaction et/ou perpendiculairement à cette direction. Dans ce dernier cas, les canaux s'entrecroisent pour former un tracé analogue à celui d'un damier. Les canaux d'air entrecroises délimitent alors des colonnes de coke, ce qui permet d'obtenir par des moyens simples du coke moulé.
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Si l'on désire obtenir du cote particulièrement dense, on peut. comprimer la couche de charbon avant la cokéfaction. Cette compression peut être réalisée, par exemple, par compression verticale de la couche à cokéfier, ou par se- couage de celle-ci, de manière connue.
Il est particulièrement avantageux d'opérer cette compression en même temps que l'impression des canaux, on faisant passer le charbon finement granule devant être cokéfié sur une grille, entre une paire de cylindres profilés.
Les profils, qui pratiquent dc-s canaux parallèles dans la direction du déplacement de la couche de charbon, peuvent être disposés sur le cylindre supérieur, sur le cylindre in- frieur, ou sur les deux cylindres à la fois.
Dns ce dernier cas, les profils en regard sont avantageusement légèrement décalés l'un par rapport l'autre et li tête de chacun d'eux dépasse l'autre profil, de sorte que les flancs des profils voisins appartenant à un même canal s:: touchent. On de cette manière des profils cunéiformes, qui se détachent facilement de la couche de charbon comprimer, sans occasionner de rétrécissement défa- vorable des canaux.
Un domaine d'applications particulièrement important du procède selon l'invention est la fabrications d'agglo- mères coke-minerai à partir de mélanges de minerai de fer et de charbon cokéfiant. Dans les procès connus jusqu'à présent, l'agglomère coke-minerai est prépara dans des ccrnues de cokéfaction ; dons lesquelles il se produit inévitablement une attaque dos parois des chambres par les minerais de fer, attaque qui réduit considérablement la tenue en service des cornues. Cet inconvénient n'existe pas dans le présent procède.
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Pour réaliser simultanément la cokéfaction du charbon et la réduction du minorai du fer, il est possible de remplir de minerai de fer les danaux ménagés dans la couche de charbon à cokéfier et de recouvrir en outre celui-ci d'une couche de minerai do fer, dont le calibrage ne doit pas gêner le passage du courant de gaz.
L'application d'une couche de minerai de fer sur le charbon a une influence favorable sur la résistance du coke, étant donné que le minorai de fer lourd comprime le charbon pendant l'opération de gonflement. Le minerai de fer est déposa, de préférence, sur la couche de charbon, alors que celle-ci est déjà en ignition et que la cokéfaction a pénétré d'environ 2 à 3 cm à l'intérieur de la couche.
La description qui va suivre en regard du dessin annexe, donné à titre d'exemple non limitatif fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particu- larités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La figure 1 est une- vue en plan d'une couche de charbon devant être cokéfiée sur une grille. Les orifices supérieurs des trous de passage d'air sont désignes par 1.
La figure 2 représente, également en plan, une couche de charbon confier sur une grille. Dans cet exemple, l'air ne traverse pas la couche de charbon par des trous circulaires comme dans J'exemple de la figure 1, mais par des canaux rectangulaires disposas parallèlement l'un à l'autre. A la figure 2, les canaux sont désignés par 2 et la couche de charbon comprise entre ces canaux par 3.
Le figure 3 est une vue en coupe verticale d'une grille de cokéfaction dur laquelle se trouve le lit de charbon à cokéfier. L'air de. combustion passe dans la
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direction des flèches cntre les barreaux 4 de la grille.1 et (2) désignent les ouvertures de passage de l'air à travers la couche de charbon 3 : 1 se rapportant à la figure 1 (coupe A-A) et 2 à lafigure 2 (coupe B-B). la figure 4 représente schématique ment la préparation d'une couche de charbon 3, à cokéfier sur une grille et munie de canaux parallèles de passage d'air,cette préparation est effecutée en faisant passer le charbon entre des cylindres jumelés de profil convenable. Le cylindre supérieur 5 est muni de profils 6 et le cylindre inférieur 7 de profils identiques 6.
Le charbon de la couche est comprimé par les cylindres, dont les profils impriment dans la couche des canaux verticaux continus 2. Les profils des cylindres inférieur et supérieur sont décales l'un par rapport à l'autre, de façon à se toucher par leurs flancs 8 en regard.
Les procèdes connus mis en pratique pour la cokéfaction du charbon sur une grille consistent à enflammer le dessus de la couche, par exemple au moyen d'une voûte d'allumage disposée au-dessus de la couche, et à insuffler simul- tanément de l'air de combustion à travers la couche . Ce courant d'air de combustion, après avoir traversé la grille, circule de bas en haut dans la couche. L'allumage progresse de haut en bas dans la couche de charbon, dans la direction inverse de celle suivant laquelle- circule l'air de combustion.
La chaleur est fournie par 1; combustion des gaz qui se dégagent du charbon et qui sont brûles par l'air comburant traversant la couche.
On a également proposa de faire l'allumage du haut vers le bas en utilisant un courant de gaz d'allumage.
L'inflammation du charbon a lieu dans ce cas uniquement en
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surface et progresse de haut en bas à travers la couche de charbon, sous la forme d'un lit de combustion, du fait qu'âpre: l'inflammation superficielle de la couche on introduit également du haut vers le bas un courant d'air.
Ces procédés$la de cokéfaction sur grille ne peuvent être appliqués dans la pratique qu'à des charbons en morceaux.
Si l'on dsire cokéfier un charbon fin avec une vitesse industriellement exploitable, il faut opérer la transformation préalable du charbon on briquettes. Celles-ci peuvent constituer, sous la forme de briquettes ovoïdes, une couche irrégulière sur la grille de cokéfaction.
Il a été découvert que le charbon cokéfiant fin peut être mis sur la grille de manière particulièrement avantageuse selon la, présente invention, et conformément aux figures 1 à 4, sous la forme do lamelles ou de cordons parallèles, entre lesquels sont ménages des canaux verticaux pour le passage de l'air sans utilisation de moyens de transport supplémentaires et sans qu'il se produise, entre la presse
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et 1-. grille cheminante, un effiilturaont de ces 6léments pré- formés. L'obturation des passages du gaz par rupture des briquettes est ainsi évitée et la rentabilité de la cokéfaction sur grille accrue en conséquence.
On va montrer maintenant de quelle manière la durée de cokéfaction des couches de charbon ainsi conformées peut être notablement réduite par rpprt aux procèdes connus de cokéfaction sur grille, que l'opération soit effectuée sur des couches de charbon cokéfiant ou non, de charbons préala- blement moules en ferme de briquettes, ou encore sur les lamelles ou cordons parallèles précités, formas de charbon cokéfiant et comportant des canaux verticaux pour le passage de l'air.
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Il s'est avéré que la cokéfaction est notablement accélérée si, au lieu d'effectuer des le début comme jusqu'à présent, uniquement l'allumagne de la couche superficielle en contact avec la chambre de combustion supérieure, on amorce tout de suite l'opération de cokéfaction par un allumage rapide et énergique de la totalité de la surface interne libre du lit de charbon, pour réaliser ensuite, dans la totalité de ce lit, une combustion partielle du gaz de distillation du charbon s'échappant de toute la surface interne libre ou de toute la surface des divers morceaux de charbon, avec l'air comburant circulant à travers ladite couche. Dans les procédés connus la combustion des gaz de distillation a lieu par contre successivement du haut vers le bas dans les différents plans horizontaux de la couche de charbon.
L'invention prévoit un certain nombre de moyens pour allumer rapidement la totalité de la surface interne de la couche de charbon, en vue d'accélérer la cokéfaction.
Le premier de ces moyens consiste efouler, ou à aspirer, de haut en bas, à travers la couche de charbon, une flamme d'allumage, fournie pour amorcer l'opération de cokéfaction par un gaz brûlé au-dessus de la couche, et ce jusqu'à ce que soient également enflammées en surface les particules de charbon se trouvant directement sur la grille. Pour que les particules ne s'enflamment pas seulement à la surface comme dans les procédés connus jusqu'à présent, il est indispensable de diriger à travers la couche de charbon un courant de gaz d'allumage aussi énergique que possible et, possédant la température qu'exige l'inflammation, au moins jusqu'au voisinage immédiat de la grille. Ce point est essentiel dans l'invention.
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Sa signification et son influence sur la cokéfaction, ainsi que le progrès industriel qui en résulte, n'ont pas été aperçus jusqu'à présent et n'existent dans aucun des procédés antérieurs.
Après l'inflammation de la totalité de la surface interne libre, on insuffle l'air de combustion à travers la grille et de bas en haut dans la couche de charbon, comme d'habitude. Dans la phase d'allumage de l'opération de cokéfaction, la circulation du gaz a lieu par consé- quent en sens inverse de la circulation pendant la phase de cokéfaction proprement dite. Cette forme de réalisation convient tout particulièrement à la cokéfaction sur gril- le de couches formées de charbon en morceaux, où de petites /moyen/ briquettes, par exemple de briquettes ovoïdes. Ce/précité peut être également appliqué à la cokéfaction de cordons de charbon reposant sur la grille et munis de canaux ver- ticaux de passage d'air, préparés conformément à l'inven- tion.
Dans ce dernier cas, un deuxième moyen proposé par l'invention pour assurer l'inflammation rapide des surfaces internes consiste à introduire, dans les cenaux verticaux de passage d'air, des tuyaux d'admission de gaz, dirigés de haut en bas et se prolongeant jusqu'au voisi- nage immédiat de la grille. Le gaz s'échappant de ces tuyaux forme, avec l'air de combustion qui remonte de la grille par les canaux, une flamme d'allumage, qui brûle de bas en haut dans les canaux et enflamme les parois de ceux-ci. L'admission de gaz peut tre interrompue, par exemple en retirant des canaux les tuyaux d'admission de gaz, lorsque l'inflammation a gagné la totalité de la surface interne.
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En variante de ce deuxième moyen, il est possible d'insuffler dans les canaux juste au-dessus de la grille l'air nécessaire à la combustion du gaz d'allumage, au moyen de tuyaux d'air parallèles aux tuyaux de gaz .
Ce troisième moyen prvu par l'invention est particulièrement recommandable dans le cas où la cokéfaction des lamelles ou boudins parallèles de charbon se fait sur une grille transporteuse qui se déplace dans la direction des lamelles ou cordons. Les tuyaux d'admission du gaz d'allumage peuvent alors être disposés à poste fixe à un emplacement déterminé au-dessus de la grille mobile, de sorte que les cordons de charbon reposant sur la grille défilent devant les flammes d'allumage et entrent ainsi en ignition sur leurs surfaces internes.
Un quatrième moyen proposé par l'invention consiste à réaliser l'allumage à travers la grille. Des gaz chauds à teneur en oxygène convenable sont, à cet effet, insufflésà travers la grille dans la couche de charbon et verticalement vers le haut dans celle-ci. La température des gaz doit être suffisamment élevée pour assurer l'inflammation de la surface interne, inflammation qui progresse dans ce cas vers le haut de la grille, à l'intérieur de la couche, en même temps que le courant de gaz.
Pour que cet allumage se produise avec certitude, il%faut qu'à son entrée dans la couche de charbon le gaz d'allumage soit à une température supérieure à 500 C. Comme la flamme est interrompue après l'allumage et que, jusou'à la fin de la cokéfaction, un soufflage d'air de combustion, le cas échéant plus froid peut être fait à travers
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la grille, on est certain que la température moyenne de la grille, qui a une grande influence sur -le tenue en service de celle-ci, reste suffisamment basse, même pour une température d'inflammation -'levée. pour la mise en oeuvre de ce quatrième rroyen proposé par l'invention,
on oeut réchauffer l'air de combustion soufflé à travers la grille dans la couche de charbon, jusqu'àune température supérieure à celledu point d'in- flammation du charbon cokéfier. Ce dernier est alors allumé directement par l'air de combustion et l'inflammation se propage à partir de la grille, en même temps que le courant de gaz, s travers la couche de charbon. Cette mesure exige cependant des températures d'air de 600 C et plus, de sorte que la grille doit être exécutée en acier réfracta ire.
En dehors des moyens ci-dessus pour assurer l'allumage simultané et rapide de toute la surface extdrne et interne de la couche de charbonà cokéfier, il est possible, dans le cadre de la présente invention, d'en appliquer d'autres. Certains peuvent être d'ordre chimique, comme l'enrichissement en oxygène de l'air d'allumage, pour abaisser la température d'inflammation du charbon. D'autres peuvent être d'ordre physique, cornue l'utilisation de flammes d'allumage intensifiées par des vibrations sonores.
Un autre objet de l'invention est l'obtention de gaz à pouvoir calorifique élevé (gaz riche), au cours de la cokéfaction sur grilles des charbons.
Ainsi qu'il a déjà été rappelé plus haut, les procédés connus pour transformer en coke les charbons consistent à enflammer ceux-ci à leur surface sur une grille, puis à insuffler de bas en hautà travers la grille de l'air, qui brûle les gaz se dégageant du charbon, ce qui
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chauffe la couche de charbon à cokéfier.
Les gaz r''siduaires provenant de cctt cokéfaction sur grille sont constitués par les gaz de- divination brûlés par l'air insufflé sous la grille, ces gaz ont une forte teneur en azote et, par conséquent, un faible pouvoir calorif ique .
Les recherches effectuées pour obtenir, lors de la cokéfaction sur grille, un gaz de composition normale analogue à celle du précieux gaz de fourscoke ., ont abouti à opérer par ponction partielle du gaz de gazéifica- tion. Cette opération consisteprévoir pour la cokéfaction, une grille mobile comportant plusieurs zcnes séparées l'une de l'autre du côté du gaz.
Ces zones sont disposées l'une acres l'autre, et servent l'une au soufflage de l'air comburant àtravers la couche dr charbon cokéfier les zones voisines servant à l'aspiration du gaz vers le bas à travers la couche de charbon et la grille. La réalisation de cette opération se heurte à de grandes difficultés, car il est pratiquement impossible d'isoler hermétiquement l'un de l'autre les deux compartiments de gaz, de sorte qu'il entre toujours, dans le gaz asoiré, soit de l'air fris, soit même de l'air de combustion partiellement usé venant des deux zones voisines et servantà la combustion du gaz.
L'invention permet d'obtenir du naz riche lors de la cokéfaction sur grille, sans rencontrer les difficultés ci-dessus.
Il a été découvert que, pour maintenir le gaz riche de gazéification isolé de manière particulièrement simple et sûre du gaz de combustion nécessaire au chauffage
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de la couche de charbon, il suffisait de faire fonctionner la grille de cokéfaction avec des intervalles de temps pé- riodiques, qui -assurent alternativmenet la combustion par- /et l'extraction/ tielle des gaz de des gaz totalement ou par- tiellement imbrûlés.
Ure grille de cokéfaction agencée selon l'invention est munie par exemple d'un organe d'étranglement, disposé dans la conduite d'admission d'air, qui permet de ramener périodiquement à 1/10 environ de sa valeur normale le débit d'air alimentant la grille de cokéfaction. Lorsque la grille reçoit sa quantité d'air totale, une fraction notable du du gaz de gaxéification charbon, par exemple 50 %, brûle à l'intérieur de la couche de charbon en chauffant celui-ci.
Le gaz, qui s'échappe de la grille a normalement un pouvoir calorifique relativement faible et n'est pas utilisable com- me gaz riche. Il est brûlé dans une chaudière par exemple.
Si, après une telle insufflation pendant Pnviron 5 mir.utes avec débit d'air total, on réduit ce débit à 1/10 de sa valeur, la gazéification se poursuit, grâce la chaleur emmagasinée dans la couche de charbon et de coke, jusqu' ce que la température ait fortement baissé. L'air ramené à 1/10 environ de son débit normal, est juste suffisant pour empêcher le gaz de gazéification de s'échapper de la grille vers le bas dans les conduites d'admission d'air et, par conséquent, de brûler. La période de gazéification peut elle-même durer 5 minutes, et être suivie à nouveau d'une période de 5 minutes avec l'admission du débit d'air total, etc..
Dans le trajet des gaz d'échappement au-dessus de la grille est disposé un organe d'inversion, eu moyen duquel le courant de gaz partiellement brûlé provenant de la période de chauffage est séparé du gaz riche se dégageant
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pendant la période de gazéification, lequel peut être receuil- li à part. Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, le gaz de gazéification est aspiré dans la chambre située au-dessus de la grille de cokéfaction.
Pour chasser le gaz à forte teneur en azote prove- nant de la période de chauffage, on peut introduire dans cette chambre un jet de vapeur d'eau de courte durée.
Dans le cas où il faut éviter le plus possible la dissociation thermique d'un gaz de gazéification dont on veut extraire les sous-produits, le gaz est évacué de la couche vers le bas, au-dessous de la grille, par refoulement ou as- piration dans le caisson d'admission d'air. Ce dernier est municet effet d'organes mobiles, permettant de l'isoler de l'air de combustion. Ces dispositifs ne font pas partie de la orésente invention.
Les essais comparatifs/rapportés ci-après montrent dans quelle mesure la présente invention permet de réduire la durée de cokéfaction par rapport aux procédés connus.
Essai N 1
Un charbon, d'une granulométrie de 0,01 à 6 mm et d'une teneur en matières volatiles de 22 %, a été cokéfié en couche de 6 cm. sans compression préalable, sur une grille de mobile/type usuel se déplaçant à une vitesse de 0,15 cm/s.
Par le procédé connu, c'est-à-dire inflammation sous une voûte d'allumage et soufflage de bas en haut de 2m3N par kg. de charbon d'air comburant la durée de cokéfaction était de 65 minutes. Le coke obtenu avait 4 % de matières volatiles, 14 % de cendres et une densité apparente de 0,36 g/cm3.
Le même charbon a été comprimé conformément à
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l'inventionà une pression de 70 kg/cm2, entre des cylindres profilés se déplaçant en synchronisme avec la grille, pour former des cordons de 22 cm de hauteur ede 8 cm. de largeur, écartés l'un de l'autre de 1 cm. Pendant 10 minutes, on a enflammé simultanément la totalité de la surface interne libre des cordons de charbon,.au moyen d'une flamme d'allumage' énergique dirigée de haut en bas et atteignant le voisinage immédiat de la grille, et l'on a insufflé le même volume spécifique d'air de combustion à travers la couche de charbon, mais de haut en bas. Toutes autres conditions restant identiques, la durée de cokéfaction a été ramenée à 40 minutes, y compris la période d'allumage.
Le coke obtenu avait 2 % de matières volatiles, 11 % de cendres et une densité apparente de 0,4 g/cm , il était, par conséquent, de meilleure qualité que le¯coke obtenu par le procédé connu.
Essai N 2
Dans les mêmes conditions 'que pour l'essai N 1 on a cokéfié sur la grille, avec une épaisseur de couche de 15 cm., un charbon en grains de 10 à 30 mm., dont la teneur en matières volatiles était de 16 %. Par la méthode connue, c'est-à-dire allumage par voûte avec soufflage d'air comburant de bas en haut, on a obtenu une durée de cokéfaction de 58 minutes. Par le orocédé de l'invention, c'est- à-dire 5 minutes d'allumage par introduction d'une flamme de haut en bas jusqu'au voisinage de la grille, puis insufflation d'air comburant de bas en haut, la durée de cokéfaction a été ramenée à 26 minutes.
Essai ? 3
Des briquettes ovoïdes de charbon de 40 cm3 avec teneur en bitume de 8 %, ont été cokéfiées par la
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méthode traditionnelle et dans les donditions indiquées à l'essai N 1, sous une épaisseur de couche de 10 cm. La cokéfaction a duré 50 minutes. En appliquant le procédé selon l'invention comme dans l'essai ? 1 et avec une épaisseur de couche de 19 cm., on a obtenu une durée de cokéfaction de 40 minutes.
Essai N 4
Un charbon à 45 % de matières volatiles a été cokéfié sur une grille dans les conditions de l'essai ? 1. Par le procédé antérieurement connu, on a préparé avec ce charbon des cordons comprimés de 4 em. de largeur et de 11 cm. de hauteur, qui ont été posés sur la grille à intervalles de 1 cm. En opérant la cokéfaction par le procédé ancien, c'est- à-dire allumage par le haut avec soufflage simultané d'air à travers la grille, la durée de cokéfaction a atteint 50 minutes.
Pour une même largeur et une hauteur de 19 cm. des cordons de charbon, toutes autres conditions restant les mêmes, on a opéré la cokéfaction par le procédé de ltinvenè tion, en procédant en premier lieu à l'inflammation de la surface interne comprise entre les cordons de charbon, par introduction sans interruption, pendant 5 minutes, de la flamme d'allumage de haut en basà travers les canaux jusqu'au voisinage de la grille. L'air comburant a été ensuite insufflé de bas en haut par les canaux. La cokéfaction a duré 32 minutes.
Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans que l'on sorte pour cela du cadre de la présente invention.
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Process and device for obtaining coke on coking grids with production of rich gas.
The present invention relates to a new process and a novel device for the coking of bituminous products in fine grains, such as coal, oil shale, mixtures of petroleum and mineral substances, wood and wood waste, on fixed, mobile or conveyors. It relates more particularly to the preparation of coke and coke-ore agglomerates from finely granulated bituminous coal, the shortening of the cooking time, as well as the production of gas with high calorific value (rich gas) during coking on said grids.
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The usual methods known hitherto for coking coal on fixed or mobile grids are applicable only if the sort granuloma under which the coal is found gives the whole of the layer sufficient gas permeability, which means that the bitumen content of the hard coal should not be too high.
It is known, in fact, that a fine-grained bituminous coal of a maximum size of 10 mm with a high percentage of grains of less than 5 mm cannot be coked on grids with a profitable speed, because of its insufficient gas permeability. The implementation of known methods of coking on a grid is particularly difficult, when it is a case of a coal whose volatile matter content is greater than 16%, because the phenomena of swelling and agglutination during the heating of Such charcoal virtually negates the initial gas permeability of charcoal.
The process according to the present invention allows, on the other hand, the coking of finely granulated coals with a high bitumen content, for example common coking coal. The coking of these coal in the process of the invention can be carried out advantageously at the same time as the reduction of minorais, with a view to obtaining coke-ore agglomerates.
While, in the processes known hitherto, the coking progresses in zones from top to bottom in the carbon layer resting on the grate, in the process according to the invention, it is started and completed simultaneously over the entire thickness. of the charcoal bed, so that complete cooking is achieved within a
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much shorter time than at present.
The process according to the invention also makes it possible to recover, in the form of gas with high calorific value (rich gas), part of the gases given off from the coal, to the extent that these gases do not need to be burned. to provide the heat necessary to maintain coking.
Processes are already known, in which the coking or the distinction of bituminous coal takes place on a grid, preferably a conveyor aril. In these processes, a 3 to 50 cm thick layer of charcoal is moved under an ignition vault which only ignites the surface of the layer. Air, preferably heated, is blown through it, from bottom to top or vice versa. The distillation and coking gases which are given off from the coal burn with the air inside the layer. Under the effect of the heat thus developed, coking is carried out from top to bottom or vice versa through the entire layer.
It has turned out that this operation can only be carried out economically if the combustion air is blown from the bottom up through the layer to be coked and only if there is a charcoal which does not s' not agglutinating and in the form of cleavers with a caliber of about 5 to 30 mm.
This very simple coking process therefore has the drawback of requiring the use of lumpy coal which, when layered, has sufficient permeability to gas and which, during its heating, must not split or swell, in order to do not block the gas passages inside the coal bed, which revicnt
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to say that the bitumen content of the coal used must remain low. The coking of coke coals, flaming coals and normal dry coals, on a grate was therefore not possible until now.
By the process of the present invention, it becomes possible to cekéfiér on grid fine coals rich in bitumen, for example dc coal!: E.
It has been discovered that the coking on a grid of the aforementioned products is possible, if one spares, in the layer to be placed on the grid, vertical gas circulation channels, which are traversed by the air or the gases coming from from combustion, air and tail gases from coking.
Afraid to practice these air and gas channels in 1-: layer of the coal to be coked, it is possible to embed in it, preferably from top to bottom, re-grinding punches, which drive out the coal and spare, after having been withdrawn, vertical channels. One can happily use tabular punches which carry with them, when they are withdrawn, the coal inside the tube.
The punches are advantageously in a circular shape in section and tapering in the direction of their introduction. The channels can also have a rectangular shape and extend parallel to the direction of advance of the coking grid and / or perpendicular to this direction. In the latter case, the channels intersect to form a pattern similar to that of a checkerboard. The intersecting air channels then define columns of coke, which makes it possible to obtain molded coke by simple means.
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If one wishes to obtain particularly dense dimension, one can. compress the carbon layer before coking. This compression can be carried out, for example, by vertical compression of the layer to be coked, or by shaking the latter, in a known manner.
It is particularly advantageous to operate this compression at the same time as the printing of the channels, passing the finely granulated coal to be coked on a grid, between a pair of profiled rollers.
The profiles, which form parallel channels in the direction of movement of the carbon bed, can be arranged on the upper roll, on the infeed roll, or on both rolls at the same time.
In the latter case, the facing profiles are advantageously slightly offset from one another and the head of each of them exceeds the other profile, so that the sides of the neighboring profiles belonging to the same channel s: : touch. In this way, wedge-shaped profiles are produced, which are easily detached from the compressed layer of carbon, without causing any unfavorable narrowing of the channels.
A particularly important field of applications of the process according to the invention is the manufacture of coke-ore agglomerates from mixtures of iron ore and coking coal. In the processes known to date, the coke-ore agglomerate is prepared in coking processes; hence an attack inevitably occurs on the walls of the chambers by iron ores, which considerably reduces the resistance in service of the retorts. This drawback does not exist in the present proceeds.
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In order to simultaneously carry out the coking of the coal and the reduction of the iron minorai, it is possible to fill the danals formed in the layer of coal to be coked with iron ore and also to cover the latter with a layer of iron ore. , the calibration of which must not interfere with the passage of the gas stream.
The application of a layer of iron ore on the coal has a favorable influence on the strength of the coke, since the heavy iron minorai compresses the coal during the blowing operation. The iron ore is preferably deposited on the coal bed, when the latter is already ignited and the coking has penetrated approximately 2 to 3 cm inside the layer.
The description which will follow with regard to the appended drawing, given by way of nonlimiting example, will make it clear how the invention can be achieved, the particularities which emerge both from the drawing and from the text forming, of course, part of said invention. invention.
Figure 1 is a plan view of a coal bed to be coked on a grate. The upper openings of the air passage holes are designated by 1.
FIG. 2 shows, also in plan, a layer of charcoal placed on a grid. In this example, the air does not pass through the carbon layer through circular holes as in the example of Figure 1, but through rectangular channels arranged parallel to one another. In Figure 2, the channels are designated by 2 and the carbon layer between these channels by 3.
Figure 3 is a vertical sectional view of a hard coking grate which contains the bed of coal to be coked. Looks like. combustion goes into the
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direction of the arrows between the bars 4 of the grille. 1 and (2) denote the openings for the passage of air through the layer of carbon 3: 1 referring to figure 1 (section AA) and 2 to figure 2 ( BB cut). FIG. 4 schematically represents the preparation of a layer of charcoal 3, to be coked on a grid and provided with parallel air passage channels, this preparation is carried out by passing the charcoal between twin cylinders of suitable profile. The upper cylinder 5 is provided with profiles 6 and the lower cylinder 7 with identical profiles 6.
The carbon of the layer is compressed by the cylinders, the profiles of which imprint in the layer of continuous vertical channels 2. The profiles of the lower and upper cylinders are offset with respect to each other, so as to touch each other by their flanks 8 opposite.
The known methods put into practice for the coking of coal on a grate consist in igniting the top of the layer, for example by means of an ignition vault arranged above the layer, and in simultaneously blowing in the layer. combustion air through the layer. This current of combustion air, after passing through the grate, circulates from bottom to top in the layer. The ignition progresses from top to bottom in the coal bed, in the opposite direction from that in which the combustion air circulates.
Heat is supplied by 1; combustion of the gases which are released from the coal and which are burnt by the combustion air passing through the layer.
It was also proposed to make the ignition from top to bottom using a stream of ignition gas.
The ignition of the charcoal takes place in this case only in
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surface and progresses from top to bottom through the coal bed, in the form of a combustion bed, due to the fact that harsh: the superficial inflammation of the layer is also introduced from top to bottom a current of air .
These grate coking processes can only be practically applied to lumpy coals.
If you want to coke fine charcoal at an industrially exploitable speed, you must first transform the charcoal into briquettes. These can form, in the form of egg-shaped briquettes, an irregular layer on the coking grid.
It has been discovered that the fine coking charcoal can be put on the grid in a particularly advantageous manner according to the present invention, and according to Figures 1 to 4, in the form of strips or parallel beads, between which are housed vertical channels. for the passage of air without the use of additional means of transport and without it occurring, between the press
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and 1-. walking grid, an effiilturaont of these 6 pre-formed elements. Clogging of the gas passages by rupture of the briquettes is thus avoided and the profitability of the coking on grate increased accordingly.
We will now show how the coking time of the carbon layers thus shaped can be significantly reduced by using the known methods of coking on a grid, whether the operation is carried out on layers of coking carbon or not, of preliminary coals. molds in briquette farms, or on the aforementioned parallel strips or cords, formas of coking carbon and comprising vertical channels for the passage of air.
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It turned out that the coking is notably accelerated if, instead of carrying out from the beginning as up to now, only the ignition of the surface layer in contact with the upper combustion chamber, one starts immediately the 'coking operation by rapid and energetic ignition of the whole of the free internal surface of the coal bed, in order to then achieve, in the whole of this bed, a partial combustion of the coal distillation gas escaping from the whole surface internal free or of the entire surface of the various pieces of coal, with the combustion air circulating through said layer. In the known processes, on the other hand, the combustion of the distillation gases takes place successively from top to bottom in the various horizontal planes of the carbon layer.
The invention provides a number of means for rapidly igniting the entire internal surface of the coal bed, with a view to accelerating coking.
The first of these means is to push, or to suck, from top to bottom, through the layer of coal, an ignition flame, supplied to initiate the coking operation by a gas burnt above the layer, and until the carbon particles directly on the grate are also ignited on the surface. So that the particles do not ignite only at the surface as in the processes known hitherto, it is essential to direct through the carbon layer a stream of ignition gas as energetic as possible and, having the temperature. required by inflammation, at least up to the immediate vicinity of the grate. This point is essential in the invention.
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Its significance and influence on coking, as well as the resulting industrial progress, has not been noticed so far and does not exist in any of the earlier processes.
After the entire free internal surface has ignited, the combustion air is blown through the grate and from the bottom up into the carbon bed as usual. In the ignition phase of the coking operation, the gas circulation therefore takes place in the opposite direction to the circulation during the coking phase proper. This embodiment is particularly suitable for the on-grill coking of layers formed of lump charcoal, or small / medium / briquettes, for example egg-shaped briquettes. The aforementioned can also be applied to the coking of carbon beads resting on the grate and provided with vertical air passage channels, prepared in accordance with the invention.
In the latter case, a second means proposed by the invention for ensuring the rapid ignition of the internal surfaces consists in introducing, into the vertical air passage cenaux, gas inlet pipes, directed from top to bottom and extending to the immediate vicinity of the gate. The gas escaping from these pipes forms, with the combustion air which rises from the grate through the channels, an ignition flame, which burns from the bottom up in the channels and ignites the walls thereof. The gas admission can be interrupted, for example by removing the gas intake pipes from the channels, when the ignition has reached the entire internal surface.
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As a variant of this second means, it is possible to blow into the channels just above the grid the air necessary for the combustion of the ignition gas, by means of air pipes parallel to the gas pipes.
This third means provided by the invention is particularly recommendable in the case where the coking of the parallel lamellae or strands of coal is carried out on a conveyor grid which moves in the direction of the lamellae or strands. The ignition gas inlet pipes can then be placed in a fixed position at a determined location above the mobile grate, so that the charcoal beads resting on the grate run past the ignition flames and thus enter. ignited on their internal surfaces.
A fourth means proposed by the invention consists in carrying out ignition through the grid. Hot gases with a suitable oxygen content are for this purpose blown through the grate into the coal bed and vertically upward into it. The temperature of the gases must be high enough to ensure ignition of the internal surface, an ignition which in this case progresses up the grid, inside the layer, at the same time as the gas flow.
For this ignition to take place with certainty, it is necessary that when it enters the layer of carbon, the ignition gas must be at a temperature greater than 500 C. As the flame is interrupted after ignition and that, jusou ' at the end of the coking, a blowing of combustion air, if necessary colder, can be made through
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the grid, it is certain that the average temperature of the grid, which has a great influence on the service resistance of the latter, remains sufficiently low, even for a high ignition temperature. for the implementation of this fourth rroyen proposed by the invention,
the combustion air blown through the grate in the coal bed can be heated to a temperature above that of the ignition point of the coking coal. The latter is then ignited directly by the combustion air and the ignition propagates from the grate, along with the gas stream, s through the coal bed. This measurement, however, requires air temperatures of 600 C and above, so the grid must be made of refractory steel.
Apart from the above means for ensuring the simultaneous and rapid ignition of the entire outer and inner surface of the carbon layer to be coked, it is possible, within the framework of the present invention, to apply others. Some can be chemical, such as oxygen enrichment of the ignition air, to lower the ignition temperature of the carbon. Others may be physical, such as the use of ignition flames intensified by sound vibrations.
Another object of the invention is to obtain gas with a high calorific value (rich gas) during coking on carbon grids.
As already mentioned above, the known processes for transforming coals into coke consist in igniting them on their surface on a grid, then blowing air from the bottom up through the grid, which burns the gases released from the coal, which
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heats the layer of carbon to be coked.
The waste gases from grate coking are formed by the divination gases burnt by the air blown under the grate, these gases have a high nitrogen content and, therefore, a low calorific value.
The research carried out to obtain, during coking on a grid, a gas of normal composition similar to that of the precious furnace gas., Resulted in operating by partial puncture of the gasification gas. This operation consists in providing for coking, a mobile grid comprising several zcnes separated from one another on the gas side.
These zones are arranged one acre the other, and one serves for the blowing of the combustion air through the layer of coal and coking the neighboring zones for the suction of gas downwards through the layer of coal and Grid. Carrying out this operation comes up against great difficulties, because it is practically impossible to hermetically isolate the two gas compartments from one another, so that it always enters, in the gas satoiré, either of the gas. 'fried air, or even partially spent combustion air coming from the two neighboring zones and used for the combustion of the gas.
The invention makes it possible to obtain rich naz during coking on a grid, without encountering the above difficulties.
It has been found that in order to keep the rich gasification gas particularly simple and safe isolated from the combustion gas required for heating
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of the carbon layer, it was sufficient to operate the coking grid with periodic time intervals, which -assure alternatively the par- / and gas extraction / tial from totally or partly unburned gases .
Ure coking grid arranged according to the invention is provided for example with a throttling member, arranged in the air intake duct, which makes it possible to periodically reduce the flow rate to approximately 1/10 of its normal value. air supplying the coking grid. When the grate receives its full quantity of air, a significant fraction of the coal gasification gas, for example 50%, burns inside the coal bed by heating the latter.
The gas which escapes from the grate normally has a relatively low calorific value and cannot be used as a rich gas. It is burned in a boiler for example.
If, after such an insufflation for about 5 mir. With total air flow, this flow is reduced to 1/10 of its value, gasification continues, thanks to the heat stored in the layer of coal and coke, until that the temperature has dropped sharply. The air, reduced to about 1/10 of its normal flow, is just enough to prevent the gasification gas from escaping from the grate down into the air intake ducts and therefore burning. The carbonation period may itself last 5 minutes, and be followed again by a period of 5 minutes with the admission of the total airflow, etc.
In the path of the exhaust gases above the grate is arranged an inversion member, by means of which the stream of partially burned gas coming from the heating period is separated from the rich gas being evolved.
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during the gasification period, which can be collected separately. In a particular embodiment of the invention, the gasification gas is sucked into the chamber located above the coking grid.
In order to expel the gas with a high nitrogen content from the heating period, a jet of water vapor of short duration can be introduced into this chamber.
If it is necessary to avoid as much as possible the thermal dissociation of a gasification gas from which the by-products are to be extracted, the gas is evacuated from the layer downwards, below the grid, by discharge or as - piration in the air intake box. The latter has the effect of moving members, allowing it to be isolated from the combustion air. These devices do not form part of the present invention.
The comparative tests / reported below show to what extent the present invention makes it possible to reduce the coking time compared with known methods.
Test N 1
Coal, with a particle size of 0.01 to 6 mm and a volatile content of 22%, was coked in a 6 cm layer. without prior compression, on a mobile / usual type grid moving at a speed of 0.15 cm / s.
By the known process, that is to say ignition under an ignition vault and blowing from the bottom to the top of 2m3N per kg. of combustion air charcoal the coking time was 65 minutes. The resulting coke had 4% volatiles, 14% ash and a bulk density of 0.36 g / cm3.
The same coal was compressed in accordance with
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the invention at a pressure of 70 kg / cm2, between profiled cylinders moving in synchronism with the grid, to form cords 22 cm high and 8 cm high. in width, separated from each other by 1 cm. For 10 minutes, the entire free internal surface of the charcoal beads was ignited simultaneously, by means of an energetic ignition flame directed from top to bottom and reaching the immediate vicinity of the grate, and breathed the same specific volume of combustion air through the coal bed, but from top to bottom. All other conditions remaining the same, the coking time was reduced to 40 minutes, including the ignition period.
The obtained coke had 2% volatiles, 11% ash and a bulk density of 0.4 g / cm 3, it was, therefore, of better quality than the coke obtained by the known process.
Test N 2
Under the same conditions as for test N 1 was coked on the grid, with a layer thickness of 15 cm., A carbon in grains of 10 to 30 mm., The volatile matter content of which was 16%. . By the known method, that is to say ignition by vault with blowing of combustion air from bottom to top, a coking time of 58 minutes was obtained. By the orocédé of the invention, that is to say 5 minutes of ignition by introducing a flame from top to bottom up to the vicinity of the grid, then blowing in combustion air from bottom to top, the coking time was reduced to 26 minutes.
Test ? 3
40 cm3 ovoid charcoal briquettes with 8% bitumen content, were coked by the
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traditional method and under the conditions indicated in test N 1, under a layer thickness of 10 cm. The coking lasted 50 minutes. By applying the method according to the invention as in the test? 1 and with a layer thickness of 19 cm., A coking time of 40 minutes was obtained.
Test N 4
45% volatile charcoal was coked on a grate under test conditions? 1. By the previously known process, compressed beads of 4 em were prepared with this carbon. wide and 11 cm. in height, which were placed on the grid at intervals of 1 cm. By operating the coking by the old process, that is to say ignition from the top with simultaneous blowing of air through the grate, the coking time reached 50 minutes.
For the same width and height of 19 cm. of the carbon strands, all other conditions remaining the same, the coking was carried out by the process of the invention, by first igniting the internal surface between the carbon strands, by introduction without interruption, during 5 minutes, from top to bottom ignition flame through the channels to the vicinity of the grate. Combustion air was then blown from the bottom up through the channels. Coking lasted 32 minutes.
It goes without saying that modifications can be made to the embodiments which have just been described in particular by substituting equivalent technical means, without going beyond the scope of the present invention.