Procédé de valorisation de combustibles solides de qualité inférieure.!
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La présente invention concerne la valorisation des
combustibles solides. Plus particulièrement, elle se rapporte
<EMI ID=1.1>
comme la houille sous-bitumineuse et le lignite.
Les combustibles solides de médiocre qualité existent
en abondance et bien que l'exploitation minière en soit aisée,
ils ne sont guère utilisés comme combustibles parce que la plupart des gisements sont loin du lieu d'utilisation et de plus, parce que certaines de leurs propriétés les rendent peu intéressants corrme combustibles. Par exemple, ces combustibles
de qualité inférieure, bien qu'ayant généralement une teneur
en soufre relativement faible, contiennent encore trop de soufre pour satisfaire aux normes de pollution par le dioxyde de soufre lorsqu'ils sont utilisés comme combustiles. De plus,
pour que ces houilles soient économiquement intéressantes, il
faut disposer d'un moyen pour séparer leurs constituants dont
le pouvoir calorifique est faible ou nul de ceux dont le pouvoir calorifique est élevé. Ainsi, les constituants minéraux, l'eau et le dioxyde de carbone sont avantageusement éliminés
de ces combustibles pour qu'ils acquièrent un pouvoir calorifique plus élevé et deviennent ainsi plus économiques à transporter par chemin de fer ou pipe-line:
L'invention a pour objet un procédé de valorisation de combustibles solides de qualité inférieure tels que la houille sous-bitumineuse et le lignite. Le procédé permet d'abaisser la teneur en cendres et d'augmenter le pouvoir calorifique. Il permet aussi de faire baisser la teneur en soufre organique et inorganique de ces combustibles solides.
L'invention a pour objet un procédé de valorisation
d'un combustible solide de qualité inférieure, suivant lequel
on forme un mélange de ce combustible particulaire et d'eau,
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sous une pression suffisante pour que l'eau reste en phase liquide dans la zone de réaction et pendant une durée suffisante pour une réduction de la teneur en soufre et en cendres et une augmentation du pouvoir calorifique du combustible, puis on sépare l'eau du combustible ainsi traité.
Suivant une particularité préférée de l'invention, celle-ci a pour objet un procédé de valorisation d'un combustible solide de qualité inférieure, suivant lequel on forme un mélange de ce combustible particulaire et d'eau, on chauffe
le mélange à une température d'environ 149 à. 316[deg.]C sous une pression suffisante pour maintenir l'eau en phase liquide
dans la zone de réaction et en présence d'hydrogène pendant une durée suffisante pour faire baisser la teneur en soufre
et en cendres et augmenter le pouvoir calorifique du combustible.
Les combustibles solides auxquels le procédé de l'invention est applicable sont les combustibles solides de qualité inférieure des classes III et IV figurant dans l'Annual Book of ASTM Standards, Edition 1973, Tome 19, page 57. Le combustible solide doit être réduit en particules d'une dimension
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inférieure à 12,7 mm et plus avantageusement inférieure à
6,4 mm. L'eau et le combustible solide particulaire sont mélangés à raison de 0,5 à 6 et de préférence de 1 à 4 parties en poids d'eau par partie en poids de combustible sec. Lorsque les opérations sont effectuées par charges séparées, le combustible et l'eau peuvent être introduits séparément dans une zone de réaction, par exemple dans un autoclave,ou bien y être admis sous la forme d'une suspension. Dans ce dernier cas, l'eau doit former environ 40 à 75% et constitue de préférence 40 à 60% de la suspension, parce que le cas des particules les plus petites -la suspension devient difficile à
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Le traitement du combustible solide par l'eau doit être exécuté en milieu non oxydant de sorte que l'air et les autres gaz contenant de l'oxygène libre doivent être chassés de la zone de réaction. Cette opération peut être effectuée avant l'introduction des réactifs par purge de la zone de réaction au moyen d'un gaz inerte, comme un gaz réducteur, de la vapeur d'eau ou l'azote, et par introduction des réactifs dans la zone de réaction sous une atmosphère protectrice de gaz inerte, mais en variante, les réactifs peuvent être introduits dans la zone de réaction avant la formation d'une atmosphère inerte.
Après que l'oxygène libre a été chassé de la zone de réaction, le mélange est chauffé à une température de 149 à
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de réaction doit être telle que l'eau subsiste en phase liquide pour une fraction au moins sensible. Suivant une forme de réalisation préférée, la zone de réaction est purgée à l'azote, puis mise au moyen d'azote sous une pression d'environ 3,5 à
7 kg/cm" au manomètre et ensuite chauffée jusqu'à la température voulue sous la pression spontanée. En général, la pression
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La durée à la température de réaction peut être de 1
à 300 minutes, mais est de préférence de 5 à 240 minutes. Certaines réactions ont lieu en moins de 5 minutes, mais pour des raisons pratiques il est plus avantageux de maintenir les réactifs à la température indiquée pendant au moins 5 minutes.
Le traitement hydrothermal en présence d'un apport d'hydrogène suivant la forme de réalisation préférée de l'invention peut être exécuté en conditions statiques ou dynamiques. Suivant une forme d'application de l'invention, la suspension du combustible solide dans l'eau est introduite dans un appareil résistant à la pression, comme un autoclave. Comme le traitement hydrothermal est exécuté en milieu non oxydant, le récipient est avantageusement purgé au moyen d'un gaz inerte avant l'admission de la suspension. Suivant la variante, la suspension est introduite dans le récipient qui peut ensuite être purgé au moyen d'hydrogène ou bien au moyen d'un gaz inerte, puis d'hydrogène. Après expulsion des gaz contenant de l'oxygène, le récipient est mis sous pression à l'aide d'hydro- <EMI ID=7.1>
gène et ensuite chauffé sous la pression spontanée à une température d'environ 149 à 371[deg.]C et de préférence de 204 à 343[deg.]C,
la pression étant telle que l'eau subsiste en phase liquide
dans le récipient de réaction. Après une durée d'environ 1
à 120 minutes, la pression atmosphérique est rétablie et la suspension est soutirée du réacteur. Bien qu'une certaine réaction ait lieu en moins de 5 minutes, il est désirable,
pour des raisons d'ordre pratique, de maintenir les réactifs à
la température indiquée pendant au moins 5 minutes.
Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, la suspension du combustible solide dans l'eau est introduite
en écoulement turbulent dans un réacteur tubulaire allongé en présence d'hydrogène ajouté et en l'absence sensible de gaz contenant de l'oxygène. A cette fin, par exemple, la suspension
peut être prélevée au bas d'une cuve de mise en suspension et injectée par un compresseur dans le réacteur tubulaire. La suspension passe en écoulement turbulent dans le réacteur tubulaire à une température d'environ 149 à 371[deg.]C et de préférence
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maintenue en phase liquide dans la zone de réaction. Dans
une forme de réalisation plus particulière, la suspension de combustible solide dans l'eau peut être soumise à un traitement hydrothermal initial en l'absence d'hydrogène et de gaz contenant de l'oxygène, les seuls gaz éventuellement présents étant inertes, comme il en est de l'a zote. La pression est alors relâchée après une durée d'environ 1 à 120 minutes à la température et sous la pression de réaction. Les constituants volatils
sont relâchés du système et la suspension est mise sous pression d'hydrogène et soumise à un second traitement hydrothermal effectué alors en présence d'hydrogène ajouté.
L'hydrogène utilisé ne doit pas être pur, mais il est
<EMI ID=9.1> drogène obtenu comme sous-produit du reforming catalytique, l'hydrogène électrolytique, le gaz de synthèse résultant de l'oxydation partielle d'un combustible carboné ou hydrocarboné et l'hydrogène produit par conversion du gaz à l'eau, puis élimination du dioxyde de carbone conviennent tous.
La majeure partie de l'eau des combustibles solides
de qualité inférieure) comme le lignite et la houille sous-bitumineuse, peut être éliminée par séchage de ce combustible au moyen de gaz brûlés chauds ou d'une huile chaude. Toutefois, l'élimination des minéraux formant les cendres des houilles
de qualité inférieure est difficile et les techniques habituelles d'enrichissement,comme le criblage et la flottation-sédimention,ne sont pas particulièrement efficaces avec les combustible: de qualité inférieure. Les minéraux formant les cendres existent habituellement dans les houilles extraites à l'état d'impuretés en ségrégation ou font partie inhérente des houilles. Les impuretés en ségrégation qui forment des cendres sont celles qui existent sous forme de particules distinctes lorsque la houille est fragmentée. Elles consistent surtout en schiste, en argile, en sable, en fragments de pierre et en autres minéraux des strates entre les veines de houille ou entourant les veines de houille. D'ordinaire, ces impuretés s'éliminent par voie mécanique.
D'autre part, par cendres fixes, il convient d'entendre les impuretés inhérentes de la houille qu'il n'est pas possible de séparer par voie mécanique.
La réduction de granulométrie des houilles est exécutée avec des broyeurs ou concasseurs. L'appareillage choisi dépend du calibre de l'alimentation, de sa dureté, du calibre
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nement de l'installation. La dureté et l'aptitude au broyage de la houille déterminent la quantité de travail mécanique nécessaire pour une bonne fragmentation. Par conséquent, toute mesure pouvant améliorer l'aptitude au broyage et économiser l'énergie offre d'importants avantages économiques.
La Demanderesse a également découvert des procédés perfectionnés de valorisation des combustibles solides et de conversion simultanée de ceux-ci jusqu'à l'état finement broyé.
Suivant une forme de réalisation de l'invention, un combustible solide est valorisé et converti en une forme finement broyée par un procédé suivant lequel le mélange chauffé d'eau et de combustible solide particulaire traverse en écoulement turbulent une longue zone d'attrition en une durée d'environ 5 à 3.600 secondes, puis est refroidi. La durée préfé-
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Le mélange chauffé passe dans une zone d'attrition tubulaire en écoulement turbulent sensiblement à la même température et sous la même pression qu'au sortie de la zone de chauffage, la perte de charge étant suffisante pour l'entretien
<EMI ID=12.1>
trition doit être d'environ 1.000 à 100.000 et est de préférence
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Le chauffage avec attrition s'aecompage d'un dégage- ment de gaz qui augmente la turbulence. Toutefois, lorsque la suspension doit être véhiculée par pipe-line, les gaz doivent être relâchés avant l'admission de la suspension dans le pipeline. Les propriétés de la suspension sont mesurées avec avantage avant l'introduction dans le pipe-line. A cette fin, l'installation peut être munie de détecteurs insérés sur le parcours de la suspension ou bien des échantillons de celle-ci
<EMI ID=14.1>
de graaulométrie est insuffisante, une conduite de recyclage permet de renvoyer un courant partiel 1:. la zone de chauffage avec attrition pour une nouvelle réduction de granulométrie.
Lorsque le courant à recycler est ajouté au courant
<EMI ID=15.1>
du courant dans la zone de chauffage avec attrition,de sorte
que la turbulence et ainsi l'attrition s'accentuent. La turbulence dans la zone d'attrition peut être augmentée aussi
par l'installation de coudes en angle aigu ou de sections à passage réduit. Après le passage dans la zone d'attrition, la suspension a une meilleure aptitude au transport par pipe-line
et de plus le pouvoir calorifique du combustible sur base sèche est augmenté.
Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, le mélange chauffé de combustible solide particulaire de qualité inférieure et d'eau est soumis à un broyage. Suivant une forme d application préférée, le combustible est également valorisé en étant séparé de l'eau, puis soumis à un lavage à
l'eau. Cette séparation et ce lavage peuvent précéder le broyage ou lui succéder.
Le broyage du combustible solide est effectué dans
tout appareillage approprié, qui peut être choisi d'après les indi-
<EMI ID=16.1>
du Perry's Chemical Engineers Handbook. Le combustible solide peut être broyé à l'état de suspension aqueuse directement au sortir de la zone de chauffage) bien que suivant une forme de réalisation préférée, le combustible soit séparé de l'eau servant au traitement hydrothermal et remis en suspension dans de l'eau fraîche, puis broyé. Avantageusement, la suspension contient environ 10% de solides,de sorte que lorsque la suspension du traitement thermique est amenée directement au broyeur, il peut être nécessaire de la diluer avec suffisamment d'eau pour l'amener à la teneur voulue en solides. Le traitement thermique en présence d'eau a non seulement pour effet d'améliorer la qualité du combustible par augmentation du pouvoir calorifique, nais aussi de le rendre plus apte au broyage.
Il avait déjà été proposé de valoriser les houilles
par agglomération. Suivant ces procédés, la houille est d'a-
bord convertie en une poudre, qui est ensuite mise en sus- pension dans un liquide, par exemple l'eau. Un second liquide,
qui est habituellement un hydrocarbure, est alors mélangé à
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premier et doit mouiller sélectivement la phase hautement carbonée,de manière à l'agglutiner en gros grumeaux qui peuvent être séparés alors des constituants inorganiques subsistant dans le premier liquide. Néanmoins, l'application de ces modes opératoires à l'extraction des cendres des combustibles solides de qualité inférieure, comme la houille du gisement de Lake De Smet, n'a pas donné de résultats encourageants.
Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, un combustible solide de qualité inférieure est valorisé par chauffage de la suspension sous une pression supérieure à celle de l'atmosphère jusqu'à une température s'échelonnant d'environ
<EMI ID=18.1>
suspension chaude de combustible et d'eau, par mélange de cette suspension avec un liquide hydrocarboné à raison de 1 à 100
parties en poids de combustible par partie de liquide pour la formation d'agglomérés de combustible solide et de liquide hydrocarboné , puis par séparation des agglomérés d'une part
et de l'eau d'autre part.
Le mélange de la suspension et du liquide hydrocarboné peut être réalisé de façon continue par contact d'un courant de la suspension avec un courant du liquide hydrocarboné ou bien par charges séparées, auquel cas la suspension et le liquide hydrocarboné sont introduits dans un appareil mélangeur et modérément agités.
Le mélange peut être réalisé à toute température inférieure au point d'ébullition dé l'eau ou de l'hydrocarbure liquide et est de préférence effectué dans les conditions ambiantes.
Tout liquide hydrocarboné convient pour l'agglutination des particules du combustible solide. Ce liquide peut
<EMI ID=19.1>
toluène,ou bien un mélange d'hydrocarbures, comme le naphta,
le kérosène, le gas-oil recyclé qui a subi le cracking catalytique, etc. Ce liquide n'est pas nécessairement purement hydrocarboné et peut contenir de petites quantités d'impuretés comme des composés du soufre ou de l'azote. La quantité d'hydrocarbure liquide pour la formation des grumeaux peut varier avec les propriétés physiques des particules du combustible sol.ide et peut être de 1 partie en poids de liquide hydrocarboné pour 1 à 100 parties en poids de combustible solide sec. La quantité exacte se détermine par échantillonnage de la suspension broyée et addition du liquide hydrocarboné à l'échantillon peu à peu avec agitation intermittente jusqu'à ce que la quantité de liquide hydrocarboné soit suffisante pour provoquer l'agglomération voulue.
Les exemples suivants illustrent l'invention sans la limiter.
EXEMPLE 1.-
On exécute l'exemple avec une houille sous-bitumineuse du Wyoming (gisement de Lake De Sret) ayant la composition suivante:
TABLEAU I
Analyse approximative
<EMI ID=20.1>
Analyse détaillée
<EMI ID=21.1>
On introduit 275 g de houille dans un autoclave avec
600 ml d'eau distillée. Après avoir purgé l'autoclave à l'azote, on l'amène sous une pression d'azote de 7 kg/cm<2> au manomètre et on le chauffe à 310[deg.]C, puis on le maintient à cette température pendant 4 heures. La pression maximale atteinte est d'en-
<EMI ID=22.1>
che la pression dans l'autoclave et on recueille ainsi 12.290 ml de gaz. Sur base exempte d'azote, on obtient 3.200 ml de gaz de la composition suivante:
TABLEAU II
<EMI ID=23.1>
La quantité de dioxyde de carbone collectée est de <EMI ID=24.1>
et on lave les solides sur un entonnoir de Buchner, puis on sèche le combustible ainsi traité. Son pouvoir calorifique supérieur est de 5.264 k.cal/kg et son pouvoir calorifique
<EMI ID=25.1>
Sur base sèche, l'augmentation du pouvoir calorifique supérieur est de 28,5%, tandis que celle du pouvoir calorifique inférieur est de 30,8%.
EXEMPLE 2.-
On mélange 269,5 g de la même houille que celle de l'exemple 1 avec 600 ml d'eau distillée et on introduit le mé-
<EMI ID=26.1>
chauffe l'auto clave à 316 [deg.]C et on le maintient à cette température pendant 4 heures. La pression maximale atteinte est d'en-
<EMI ID=27.1>
chement de la pression, on recueille 20.630 ml de gaz ayant, sur base exempte d'azote, la constitution suivante:
TABLEAU III
<EMI ID=28.1>
Le volume de gaz exempt d'azote est de 5.680 ml et le quantité calculée de dioxyde de carbone est de 10,2 g.
En filtrant la suspension, puis en lavant et en séchant la houille ainsi traitée, on obtient un produit ayant un
<EMI ID=29.1> <EMI ID=30.1>
en soufre de 1,24%. Il convient de remarquer que sur base sèche, le pouvoir calorifique supérieur de la houille est augmenté de 26,6%, tandis que son pouvoir calorifique inférieur est augmenté de 28,6%, l'augmentation n'étant donc pas aussi importante que dans l'exemple 1.
EXEMPLE
On effectue une série d'essais, chacun avec 150 g de
<EMI ID=31.1>
d'eau, après quoi on introduit le mélange dans un autoclave qu'on purge à l'azote. On ferme l'autoclave et on le chauffe sous la pression spontanée pendant 1 heure. Le tableau ciaprès résume les résultats obtenus au cours d'une série d'essais à diverses températures. Les analyses sont exprimées en pourcentages pondéraux sur base sèche.
TABLEAU IV
<EMI ID=32.1>
On peut déduire du tableau qu'aux températures inférieures à 316[deg.]C, le pouvoir calorifique de la houille augmente graduellement, mais qu'à 316[deg.]C et au-delà, l'effet d'une élé- vation de la température n'est pas aussi élevé qu'il était
à le prévoir et qu'il ne se justifie donc pas de chauffer la houille à 316[deg.]C ou au-delà.
La répartit ion du soufre dans la charge et les produits d'essais effectués à 260 et 316[deg.]C est détaillée au tableau V.
TABLEAU V
<EMI ID=33.1>
<EMI ID=34.1>
la constitution ci-après:
TABLEAU VI
<EMI ID=35.1>
<EMI ID=36.1>
On introduit 300 g de lignite et 600 ml d'eau distillée dans un autoclave. On purge l'autoclave à l'azote pour en
<EMI ID=37.1>
et on le maintient à cette température pendant 30 minutes au terme desquelles on le refroidit. La pression a la valeur atmosphérique au début de l'opération et atteint 4,9 kg/cm<2> au manomètre à la fin. En rétablissant le pression atmosphérique
<EMI ID=38.1>
l'autoclave et on le rince à l'eau distillée, puis on filtre la suspension et on lave les solides avec 300 ml d'eau. Le volume cumulé d'eau de lavage et de filtrat est de 1.412 ml et contient 0,023% en poids de soufre, tandis que les gaz contiennent 0,35 mole % de sulfure d'hydrogène. Les solides filtrés et séchés ont un pouvo ir calorifique de 6.501 k.cal/kg. EXEMPLE 5.-
On utilise une houille sous-bitumineuse de la composition suivante:
TABLEAU VII
Analyse détaillée
<EMI ID=39.1>
On effectue une série de 3 essais, à savoir les essais 1 et 2 avec de l'hydrogène et l'essai 3 avec de l'azote, les essais 1 et 2 étant représentatifs du procédé de l'invention et l'essai 3 constituant le témoin représentatif de la conduite
du traitement hydrothermal en l'absence d'hydrogène ajouté. Pour les essais, on introduit dans l'autoclave une suspension de
la houille en poudre dans de l'eau en purgeant toujours d'abord l'autoclave à l'azote. Pour les essais 1 et 2, on purge l'autoclave ensuite encore à l'hydrogène pour chasser l'azote. On met l'autoclave sous pression avec le gaz nécessaire. Après maintien à la température de réaction pendant 1 heure, on sépare la phase liquide et la phase gazeuse de la houille à 260[deg.]C et, tandis qu'on les soutire, on refroidit le liquide et le Car. jus- <EMI ID=40.1>
phases. On recueille la houille contenue dans l'autoclave et
on l'analyse. Les résultats des essais sont rassemblés au ta- bleau VIII.
TABLEAU VIII
<EMI ID=41.1>
A* = base sèche
Il convient de noter que l'incorporation de l'hydrogène pour le traitement hydrothermal aux essais 1 et 2 a un effet favorable qui est non seulement une réduction de la teneur en soufre, mais aussi une augmentation du pouvoir calorifique de la houille, comme le montre la comparaison avec l'essai 3.
EXEMPLE 6.-
On utilisa un lignite de l'Alabama ayant la constitution suivante:
TABLEAU IX
Analyse détaillée
<EMI ID=42.1>
On effectue deux essais comme dans l'exemple 5. Pour l'essai 4, on ajoute de l'hydrogène et pour l'essai 5 de l'azote. Les essais sont différents de ceux de l'exemple 5, du fait qu'àprès avoir chauffé l'autoclave sous pression élevée, on le laisse refroidir jusqu'à environ 27[deg.]C avant de relâcher les gaz. On recueille l'eau et la suspension de houille que contient l'autoclave et on les sépare par filtration. Les résultats des essais � et 5 sont rassemblés au tableau X.
TABLEAU X
<EMI ID=43.1>
TABLEAU X (suite)
<EMI ID=44.1>
a sur base humide
b sur base sèche
Il convient de noter que sur base sèche, le lignite
<EMI ID=45.1>
6.265 k.cal/kg. Après le traitement hydrothermal de la suspension aqueuse de lignite en présence d'hydrogène ajouté, la teneur en soufre tombe à 3%, tandis que le pouvoir calorifique augmente jusqu'à 6.541 k.cal/kg. Au cours de l'essai 5 sans apport d'hydrogène, la teneur en soufre du lignite sur base sè- <EMI ID=46.1>
mente jusqu'à 6.501 k.cal/kg. Ces résultats montrent que bien que le traitement hydrothermal soit par lui-même avantageux, les avantages augmentent lorsqu'il est effectué en présence d'hydrogène.
Les houilles et en particulier les houilles de qualité inférieure, comme les houilles sous-bitumineuses et le lignite, contiennent des quantités sensibles d'oxygène. Une partie de l'oxygène peut exister sous forme de matière minérale à. l'état d'oxydes inorganiques, comme la silice et l'alumine, et de sels inorganiques,comme les sulfates tels que le sulfate de calcium.
Une autre fraction de l'oxygène peut exister sous forme de matière organique à l'état de composés tels que des alcools ou cétones.
Le traitement hydrothermal de ces houilles en atmosphère inerte produit des quantités sensibles de gaz contenant à peu près 90% de dioxyde de carbone. Toutefois, en présence d'hydrogène, une réaction compétitive tend à former de l'eau. La consommation de l'hydrogène fait alors augmenter le coût d'exécution du procédé. La Demanderesse a découvert à présent qu'une économie considérable peut être réalisée sur la consommation d'hydrogène par conduite d'un premier traitement hydrothermal en atmosphère inerte, par dégagement des gaz produits au cours de ce traitement hydrothermal, puis par conduite d'un second traitement hydrothermal en présence d'hydrogène ajouté. Ce procédé est illustré par l'exemple suivant.
EXEMPLE 7.-
On utilise une houille du gisement de Lake De Smet ayant la composition suivante:
TABLEAU XI
Analyse détaillée
<EMI ID=47.1>
On introduit 150 g de cette houille du gisement de Lake De Smet réduite en poudre dans un autoclave de 1.740 ml contenant 300 ml d'eau distillée. On purge l'autoclave et au moyen d'azote, on l'amène à une pression de 32 kg/cm<2> au manomètre, puis on le chauffe jusqu'à 288[deg.]C. On maintient l'autoclave à cette température pendant 1 heure, on le refroidit jusqu'à la température ambiante, on relâche les gaz, on purge l'autoclave à l'hydrogène et on le met sous pression d'hydrogène de 28 kg/cm<2> au manomètre. On chauffe l'autoclave jus-
<EMI ID=48.1>
résultats de l'examen de la houille sont donnés ci-après:
TABLEAU XII
Analyse détaillée
<EMI ID=49.1>
Au cours d'une série d'expériences effectuées comme dans l'exemple 7 et comme dans l'essai 3 de l'exemple 5 à 288[deg.]C pour le traitement hydrothermal, on réalise une désulfuration moyenne de 28,3% et une augmentation moyenne du pouvoir calori-
<EMI ID=50.1>
hydrothermal avec relâchement des gaz et poursuite du traitement hydrothermal en présence d'hydrogène a jouté, comme dans
<EMI ID=51.1>
une augmentation moyenne du pouvoir calorifique supérieur de 22,6%.
Au cours d'une autre série d'expériences, on obtient les résultats moyens rassemblés dans le tableau suivant à la colonne A lorsque l'essai est effectué en atmosphère d'azote et aux colonnes B et C lorsque l'essai est effectué en atmosphère d'hydrogène.
TABLEAU XIII
<EMI ID=52.1>
<EMI ID=53.1>
tuer le traitement hydrothermal en présence d'hydrogène ajouté ou d'effectuer un traitement hydrothermal simple, de relâcher les gaz, puis d'effectuer un deuxième traitement hydrothermal en présence d'hydrogène ajouté. Il en ressort aussi qu'il peut être avantageux de travailler à 316[deg.]C plutôt qu'à 260[deg.]C. EXEMPLE 8.-
On utilise une houille sous-bitumineuse de la composition suivante:
TABLEAU XIV
Analyse approximative
<EMI ID=54.1>
Analyse détaillée
<EMI ID=55.1>
<EMI ID=56.1>
TABLEAU XIV (suite)
<EMI ID=57.1>
Pouvoir calorifique, k.cal/kg
<EMI ID=58.1>
On introduit la houille dans un broyeur à cylindres
<EMI ID=59.1>
On transfère la houille à l'aide d'un transporteur indépendant permettant d'opérer la pesée jusqu'à une cuve de mélange dans laquelle on ajoute de l'eau en quantité suffisante pour obtenir
<EMI ID=60.1>
d'une pompe pour haute pression, on débite 1.000 tonnes par heure de la suspension sous une pression de 120 kg/cm2 au manomètre dans un four d'une puissance de 151 10 <1><2> k.cal/heure. La
<EMI ID=61.1>
au manomètre. On amène la suspension dans une conduite d'attrition d'un diamètre de 12,7 cm et d'une longueur de 244 m. L'écoulement y est turbulent comme l'indique le nombre de Reynolds qui atteint 10.000. Le spectre granulométrique de la houille et son pouvoir calorifique avant et après le traitement sont indiqués ci-après:
<EMI ID=62.1>
<EMI ID=63.1>
On amène la suspension dans un tube en acier n[deg.] 40
<EMI ID=64.1>
stable, c'est-à-dire qu'elle conserve sa fluidité en condition statique plutôt que de retourner à l'état de masse immobile.
On exécute les exemples ci-après à l'aide d'une houille sous-bitumineuse du Wyoming ayant la composition suivante:
TABLEAU XVI
Analyse approximative
<EMI ID=65.1>
EXEMPLE 9.-
<EMI ID=66.1>
d'eau pendant environ 18 heures. On soutire la suspension du broyeur qu'on rince avec 1.300 ml d'eau distillée qu'on ajoute
<EMI ID=67.1>
dans un récipient avec environ 12 ml de xylène et on agite le mélange pendant 5 minutes. On transfère le tout rapidement dans un système à tamis et on laisse s'égoutter l'eau dans la cuvette. On recueille les différentes fractions en vue du séchage et de l'analyse.
EXEMPLE 10.-
<EMI ID=68.1>
10 ml de xylène.
EXEMPLE 11.-
On introduit dans un autoclave 275 g de houille et
600 ml d'eau distillée. Après purge à l'azote, on ferme l'auto-
<EMI ID=69.1>
au manomètre, puis qu'on chauffe à 316[deg.]C et qu'on maintient alors à cette température pendant 4 heures sous la pression spontanée d'environ 141 kg/cm<2> au manomètre. On refroidit l'autoclave jusqu'à la pression ambiante et on rétablit la pression atmosphérique. On sèche le produit, on le mélange avec un poids égal d'eau distillée et on le fait passer au broyeur à boulets pendant environ 18 heures. On ajoute de l'eau en quantité suffisante pour forcer une suspension à 10%. On introduit la suspension dans un mélangeur avec du xylène dans un rapport pondéral de la houille au xylène de 4,2:1 et on agite le mélange pendant 5 minutes. On transfère le mélange dans un système à tamis et on le laisse égoutter jusque dans la cuvette. On recueille les différentes fractions pour le séchage et l'analyse.
EXEMPLE 12 . -
On répète les opérations de l'exemple 11, mais en donnant au rapport pondéral de la houille au xylène, la valeur
<EMI ID=70.1>
Les résultats des exemples 9 à 12 sont rassemblés au tableau XVII.
<EMI ID=71.1>
<EMI ID=72.1>
Ces résultats montrent que dans l'exemple 9 et dans l'exemple 10, l'agglomération est faible puisque la majeure partie de la houille et du liquide se retrouve dans la cuvette. On ne peut donc conclure à aucun enrichissement d'une fraction sensible quelconque tant pour le pouvoir calorifique que pour
la teneur en cendres, ou la teneur en carbone. Toutefois, dans les exemples 11 et 12, où la houille subit un traitement thermique et un traitement aqueux au préalable, l'agglomération devient sensible. Dans l'exemple 9, on retrouve 86,2% de la houille sèche dans la cuvette, tandis que dans l'exemple 11,
on ne retrouve que 21,2% de la houille sèche dans la cuvette.
De même, on constate une amélioration du pouvoir calorifique
et de la concentration en cendres et en carbone lorsque la houille est soumise au traitement thermique préliminaire et
au traitement aqueux. Dans les exemples 9 et 10, la fraction
à pouvoir calorifique élevé ne s'agglomère pas et se retrouve dans la cuvette, tandis que dans les exemples 11 et 12, la fraction à pouvoir calorifique élevé s'agglomère et subsiste
sur le tamis, tandis que la fraction à faible pouvoir calorifique parvient à la cuvette.
Pour les exemples ci-après, on utilise une houille sous-bitumineuse du Wyoming (gisement de Lake De Smet) ayant
la composition suivante:
TABLEAU XVIII
Analyse approximative
<EMI ID=73.1>
TABLEAU XVIII (suite) Analyse détaillée
<EMI ID=74.1>
Pouvoir calorifique k.cal/kg
<EMI ID=75.1>
<EMI ID=76.1>
On déverse sur une tôle d'aluminium un cône de houille d'un poids de 1.200 g. Au moyen d'une grosse spatule, on répartit l'amas de houille en quatre fractions géométriquement semblables.. On pèse chacune des fractions qu'on conserve en atmosphère d'azote.
On introduit 295 g de houille dans un système à ternis qu'on fait fonctionner pendant 15 minutes. Les résultats obtenus sont rassemblés au tableau XIX.
TABLEAU XIX
<EMI ID=77.1>
(1) Voir Perry's Chemical Engineers" Handbcok.
<EMI ID=78.1>
On fait passer au broyeur à boulets 305,5 g de houille en atmosphère d'azote pendant 30 minutes, puis on tamise le produit broyé pendant 15 minutes dans une série de tamis. Les résultats sont rassemblés ci-après:
TABLEAU XX
<EMI ID=79.1>
En conséquence du broyage, la fraction d'un calibre
<EMI ID=80.1>
On introduit 307 g de houille et 600 ml d'eau distillée daas un autoclave de 2.500 ml. On purge l'autoclave à l'azote, on le ferme et on le chauffe jusqu'à 316[deg.]C. On maintient l'au-
<EMI ID=81.1>
la température ambiante. On rétablit la pression atmosphérique et on recueille ainsi 5.720 ml de gaz ayant la constitution suivante:
TABLEAU XXI
<EMI ID=82.1>
On soutire la suspension contenue dans l'autoclave et on rince celui-ci avec 257 g d'eau. On mélange l'eau de lavage avec la suspension et on évapore l'eau de la houille dans un appareil chauffé à la vapeur d'eau. On protège la houille
par une atmosphère d'azote pendant l'évaporation. On recueille ainsi 206 g de houille sèche. On passe la houille au broyeur à boulets en atmosphère d'azote pendant 30 minutes, puis on tamise le produit pendant 15 minutes dans une série de tamis donnant les résultats suivants:
TABLEAU XXII
<EMI ID=83.1>
La comparaison de l'analyse granulométrique ci-dessus avec celle de la fraction non traitée montre que l'abondance des fines augmente beaucoup en conséquence du traitement dans l'eau chaude. La houille non traitée, mais passée au broyeur à boulets, est retenue pour 39,8% sur le tamis à mailles de
<EMI ID=84.1>
EXEMPLE 16.-
On introduit 302 g de houille dans un autoclave avec
600 ml d'eau distillée. Après avoir purgé l'autoclave à l'azo-
<EMI ID=85.1> pendant 2 heures. On soumet le produit séché et passé au broyeur à boulets à un tamisage de 15 minutes dans une série de tamis donnant les résultats suivants:
TABLEAU XXIII
<EMI ID=86.1>
La comparaison des résultats avec ceux que �.onne le produit traité à 316[deg.]C montre que la fraction collectée dans la cuvette passe de 37,2% à 30,2% et diminue donc de 18,8% en valeur relative. Il est évident que la température inférieure est moins efficace que la température supérieure. On constate une nouvelle atténuation de l'aptitude au broyage lorsque l'o-
<EMI ID=87.1>
EXEMPLE 17.-
On introduit 297 g de houille dans un autoclave avec
600 ml d'eau distillée. Après avoir purgé l'autoclave à l'azote, on fait fonctionner celui-ci comme dans l'exemple 16, mais
<EMI ID=88.1>
tamis donnant les résultats suivants-
TABLEAU XXIV
<EMI ID=89.1>
La fraction massique collectée dans la cuvette, à savoir 25,7%, est inférieure de 30,9% en valeur relative à la fraction recueillie dans la cuvette après traitement à 316[deg.]C et de 14,9% en valeur relative à la fraction recueillie après traitement à 260[deg.]C. Dans tous les cas, l'énergie de broyage est la même et le broyeur à boulets fonctionne pendant 30 minutes.
REVENDICATIONS
1.- Procédé de valorisation d'un combustible solide de qualité inférieure, caractérisé en ce qu'on fo-rne un mélange de ce combustible en particules et d'eau, on chauffe le
<EMI ID=90.1>
sion suffisante pour que l'eau reste en phase liquide dans la zone de réaction et pendant une durée suffisante pour une réduction de la teneur en soufre et en cendres et une augmentation du pouvoir calorifique du combustible, puis on sépare l'eau du combustible ainsi traité.