FR2876782A1

FR2876782A1 - Installation et procede de calcination d'une charge minerale contenant un carbonate pour produire un liant hydraulique

Info

Publication number: FR2876782A1
Application number: FR0411103A
Authority: FR
Inventors: Jacques Dupuis
Original assignee: Technip France SAS
Current assignee: Technip Energies France SAS
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2006-04-21
Anticipated expiration: 2024-10-19
Also published as: US7549859B2; US20070248925A1; CN101065337B; WO2006042923A2; CN101065337A; BRPI0517082A; EP1807375A2; WO2006042923A3; FR2876782B1

Abstract

Cette installation comprend une chambre de combustion (15) comportant des moyens (53) d'introduction de la charge minérale raccordés à un préchauffeur (27), des moyens (55) de combustion pour maintenir dans la chambre (15) une température comprise entre 700°C et 900°C, des moyens (57) d'introduction d'un gaz de traitement à teneur contrôlée en dioxyde de carbone pour s'opposer à la dissociation du carbonate dans la chambre (15) et des moyens (61) de prélèvement de la charge minérale calcinée débouchant dans un refroidisseur (31). La chambre (15) comprend des moyens (51) de formation d'un lit fluidisé.Les moyens (57) d'introduction des gaz de traitement sont alimentés au moins partiellement par une conduite de dérivation (91) d'une partie des fumées de combustion de la chambre (15) provenant de moyens d'évacuation (21) de ces fumées dans l'atmosphère.Application à la production d'un liant hydraulique de type ciment.

Description

La présente invention concerne une installation de calcination d'une

charge minérale contenant un carbonate pour produire un liant hydraulique, du type comprenant au moins un calcinateur, l'installation comportant successivement un préchauffeur, au moins un calcinateur de production de liant

hydraulique comprenant une chambre de combustion, et un refroidisseur; la chambre de combustion comportant: É des moyens d'introduction de la charge minérale dans la chambre, raccordés au préchauffeur; É des moyens de combustion pour maintenir dans la chambre io une température comprise entre 700 C et 900 C, les moyens de combustion comportant des moyens d'introduction dans la chambre d'un gaz comburant provenant du refroidisseur; É des moyens additionnels d'introduction dans la chambre d'un gaz de traitement à teneur contrôlée en dioxyde de carbone pour s'opposer à la 15 dissociation du carbonate dans la chambre; et É des moyens de prélèvement de la charge minérale calcinée qui débouchent dans le refroidisseur; l'installation comprenant des moyens d'évacuation dans l'atmosphère des fumées de combustion provenant du ou de chaque calcinateur.

Par liant hydraulique , on entend une matière pulvérulente composée de fines particules, qui, en contact avec de l'eau, réagissent en formant un bloc solidifié pour développer des propriétés de résistance mécanique. Des exemples de liants hydrauliques sont les ciments, les chaux, les laitiers, les pouzzolanes, les cendres de centrales thermiques.

L'installation précitée est destinée à la production d'un liant hydraulique artificiel désigné par le terme kalsin , tel que décrit dans la demande EP-A-O 167 465.

Les liants de type kalsin sont produits à base de phases argileuses, et d'au moins un carbonate, préférentiellement d'un carbonate de calcium avec éventuellement un carbonate de magnésium. Le carbonate est activé par déhydroxylation et par combinaisons calciques, sans formation de chaux libre.

Le terme carbonate désigne un sel résultant de la combinaison de l'acide carbonique avec une base. Ce sel comprend un anion carbonate et un cation métallique, de préférence alcalin ou alcalino-terreux.

L'installation peut également produire, parallèlement au kalsin, du clinker de ciment. Par clinker de ciment on entend la matière sortant d'un four rotatif de cuisson à flamme, ladite matière ayant formée des boules ou granules par fusion partielle à haute température, par exemple environ 1500 C, et par combinaisons chimiques de différents oxydes tels que les oxydes de calcium, de silicium, d'aluminium, et de fer. Le clinker ainsi obtenu est, après broyage avec io des additifs appropriés, apte à produire un ciment. Une installation connue de production de clinker est décrite dans EP 0 754 924.

On connaît de l'article High energy savings through the use of a new high performance hydraulic component de M. PALIARD and M. MAKRIS, dans l'ouvrage "Energy efficiency in the cernent industry" édité par J. SIRCHIS, aux Editions ELSEVIER (1990), une installation de production de kalsin du type précité, qui comprend un calcinateur comprenant une région de combustion du combustible, dans laquelle un gaz comburant provenant du refroidisseur est introduit, et une région de confinement de la charge à calciner, dans laquelle un gaz à pression partielle contrôlée en dioxyde de carbone est introduit.

La pression partielle en dioxyde de carbone est élevée dans la région de confinement pour s'opposer à la dissociation des carbonates.

Toutefois, le dioxyde de carbone qui est introduit dans la région de confinement est rejeté dans l'atmosphère, ce qui contribue à augmenter les émissions polluantes dans l'atmosphère.

Un but de l'invention est donc de fournir une installation de calcination du type précité qui présente des émissions polluantes réduites.

A cet effet, l'invention a pour objet une installation du type précité, caractérisée en ce que la chambre comprend des moyens de formation d'un lit fluidisé, et en ce que les moyens d'introduction du gaz de traitement sont alimentés au moins partiellement par au moins une conduite de dérivation d'une partie des fumées de combustion, la conduite de dérivation provenant des moyens d'évacuation des fumées.

L'invention peut comprendre ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement 5 possibles: - les moyens d'évacuation des fumées comprennent une conduite d'extraction des fumées de combustion provenant de la chambre de combustion, la conduite de dérivation étant piquée sur la conduite d'extraction; - la conduite d'extraction est raccordée au préchauffeur; io - elle comprend un calcinateur additionnel de production de clinker, distinct du calcinateur de production de liant hydraulique, le calcinateur additionnel comportant un four de combustion à flamme et les moyens d'évacuation des fumées comprennent une conduite additionnelle d'extraction des fumées de combustion du four de combustion à flamme, la conduite de dérivation étant piquée sur la conduite additionnelle d'extraction; - la conduite additionnelle d'extraction est raccordée à un préchauffeur additionnel, le préchauffeur additionnel débouchant dans le calcinateur additionnel; - les moyens de combustion comprennent successivement, entre les 20 moyens de formation du lit fluidisé et les moyens d'introduction d'un gaz à teneur contrôlée en dioxyde de carbone: des moyens d'alimentation en combustible; puis - les moyens d'injection dans la chambre du gaz comburant provenant du refroidisseur; - le refroidisseur est alimenté au moins partiellement par une conduite de dérivation secondaire d'une partie des fumées de combustion, provenant des moyens d'évacuation des fumées; - le refroidisseur comprend des moyens secondaires de formation d'un lit fluidisé pour refroidir la charge minérale calcinée.

- elle comprend des moyens de recirculation raccordant une région aval de la chambre de combustion, située en aval des moyens d'introduction du gaz de traitement, à une région amont de la chambre, située en amont des moyens de combustion; - elle comprend des moyens secondaires de prélèvement d'une partie de la charge minérale recyclée circulant dans les moyens de recirculation, les moyens secondaires de prélèvement débouchant dans le refroidisseur; - les moyens de prélèvement de la charge minérale calcinée débouchent entre les moyens d'introduction du gaz de traitement et les moyens de formation du lit fluidisé ; - les moyens de combustion comprennent une chambre secondaire de io combustion comportant: - des moyens secondaires d'introduction d'une partie de la charge minérale provenant du préchauffeur; et - des moyens d'injection dans la chambre secondaire d'un gaz comburant provenant du refroidisseur; la chambre secondaire étant reliée à la chambre de combustion par une conduite de sortie débouchant entre les moyens d'introduction de la charge minérale et les moyens additionnels d'introduction du gaz de traitement.

L'invention a également pour objet un procédé de calcination d'une charge minérale contenant un carbonate pour produire un liant hydraulique, du type comprenant au moins une phase de calcination, le procédé comportant successivement une phase de préchauffage de la charge minérale dans un préchauffeur, au moins une phase de calcination de la charge minérale préchauffée dans une chambre de combustion, et une phase de refroidissement de la charge minérale calcinée dans un refroidisseur; la phase de calcination comportant les étapes de: É introduction dans la chambre de la charge minérale provenant du préchauffeur; É combustion d'un combustible pour maintenir dans la chambre une température comprise entre 700 C et 900 C, l'étape de combustion comprenant l'introduction dans la chambre d'un gaz comburant provenant d'un refroidisseur; É introduction dans la chambre d'un gaz de traitement à teneur contrôlée en dioxyde de carbone, pour s'opposer à la dissociation du carbonate dans la chambre; et É prélèvement de la charge minérale calcinée pour l'introduire 5 dans le refroidisseur; le procédé comprenant une phase d'évacuation dans l'atmosphère des fumées de combustion produites lors de la ou de chaque phase de calcination; caractérisé en ce que la phase de calcination comprend une étape de formation d'un lit fluidisé dans la chambre, io et en ce que l'étape d'introduction d'un gaz de traitement comprend une dérivation au moins partielle d'une partie des fumées de combustion évacuées lors de la phase d'évacuation des fumées et une alimentation de la chambre par lesdites fumées de combustion dérivées.

Des exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits 15 en regard des dessins annexés, sur lesquels: - la Figure 1 est un diagramme schématique représentant une première installation selon l'invention; - la Figure 2 est une vue agrandie d'une partie amont de l'installation de la Figure 1; - la Figure 3 est une vue agrandie d'une partie aval de l'installation de la Figure 1; - la Figure 4 est une vue analogue à celle de la Figure 3 d'une deuxième installation selon l'invention; - la Figure 5 est une vue analogue à celle de la Figure 3 d'une 25 troisième installation selon l'invention; et - la Figure 6 est une vue analogue à celle de la Figure 2 d'une quatrième installation selon l'invention.

L'installation 11 de calcination d'une charge minérale brute représentée sur la Figure 1 comprend une unité 13 de production de kalsin, munie d'une chambre 15 de combustion à lit fluidisé, et parallèlement, une unité 17 de production de clinker, munie d'un four rotatif 19 à flamme.

L'installation 11 comprend également des moyens 21 d'évacuation dans l'atmosphère des fumées de combustion comportant une conduite 23 d'extraction des fumées de combustion générées dans la chambre à lit fluidisé 15, et une conduite additionnelle 25 d'extraction des fumées de combustion générées dans le four rotatif à flamme 19.

Chaque conduite 23, 25 est munie d'un ventilateur 23A, 25A, et d'un dispositif 23B, 25B de réglage du ventilateur par exemple un volet ou un ventilateur à vitesse variable pour régler séparément les débits respectifs de gaz circulant dans les installations respectives 13 et 17.

io Dans tout ce qui suit, les termes amont et aval s'entendent par rapport à la circulation de la charge minérale dans l'installation.

L'unité 13 de production de kalsin comprend successivement, d'amont en aval, un préchauffeur 27, un calcinateur 29 comprenant la chambre 15 de combustion à lit fluidisé, et un refroidisseur 31.

Comme illustré par la Figure 2, le préchauffeur 27 comprend une pluralité de cyclones de préchauffage 33 montés en cascade, afin de mettre en contact la charge minérale descendant vers le calcinateur 29 avec les fumées extraites du calcinateur 29 qui remontent vers les moyens d'évacuation 21. Dans l'exemple illustré, trois cyclones 33A, 33B, 33C sont montés en cascade.

Le préchauffeur 27 comprend une entrée supérieure 35 d'introduction de la charge minérale brute, une sortie inférieure 37 d'évacuation de la charge préchauffée débouchant dans le calcinateur 29, une entrée inférieure 39 d'introduction des fumées provenant du calcinateur 29, et une sortie supérieure 41 d'évacuation des fumées refroidies débouchant dans la conduite d'extraction 23.

Chaque cyclone 33 comprend une entrée tangentielle 43 d'alimentation en gaz et en matière, une sortie inférieure 45 d'évacuation de matière munie d'un clapet anti-retour et une sortie supérieure 47 d'évacuation de gaz.

L'entrée supérieure 35 d'introduction de la charge minérale brute est raccordée dans la conduite de gaz débouchant à l'entrée tangentielle 43A d'alimentation du cyclone supérieur 33A.

La sortie inférieure 37 d'évacuation de la charge préchauffée est formée par la sortie inférieure 45C du cyclone inférieur 33C.

L'entrée inférieure 39 d'introduction des fumées provenant du calcinateur débouche dans l'entrée tangentielle 43C du cyclone inférieur 33C.

La sortie supérieure 41 d'évacuation des fumées refroidies est formée par la sortie supérieure 47A du cyclone supérieur 33A.

L'entrée tangentielle 43B du cyclone intermédiaire 33B est raccordée d'une part, à la sortie inférieure 45A du cyclone supérieur 33A, et d'autre part, à la sortie supérieure 47C du cyclone inférieur 33C.

io La sortie supérieure 47B du cyclone intermédiaire 33B est raccordée à l'entrée tangentielle 43A du cyclone supérieur 33A. La sortie inférieure 45B du cyclone intermédiaire 33B débouche dans l'entrée tangentielle 43C du cyclone inférieur 33C.

Comme illustré par la Figure 2, la chambre 15 de combustion à lit fluidisé s'étend sensiblement verticalement. Elle comporte, d'amont en aval, de bas en haut sur la Figure 2, des moyens 51 de formation d'un lit fluidisé, une entrée 53 d'introduction de la charge minérale préchauffée, des moyens 55 de combustion, une entrée 57 d'introduction d'un gaz de traitement à teneur contrôlée en dioxyde de carbone, et des moyens 59 de recirculation de la charge minérale calcinée. La chambre 15 est par ailleurs munie, entre les moyens de formation du lit fluidisé 51 et l'entrée d'introduction 53 de la charge minérale, d'une sortie 61 latérale réglable de prélèvement de la charge minérale calcinée.

Les moyens de formation du lit fluidisé 51 comprennent un compresseur 63 raccordé d'une part, à une source de gaz 65, et d'autre part, à une pluralité de buses 67 d'injection de gaz de fluidification.

La source 65 contient par exemple du dioxyde de carbone, ou un gaz comprenant un mélange de dioxyde de carbone et d'oxygène, par exemple de l'air mélangé avec des fumées de combustion ou des gaz provenant d'un réacteur produisant du dioxyde de carbone comme par exemple le four rotatif 19.

La teneur volumique en dioxyde de carbone de ce gaz est par exemple comprise entre 10% et 40%. La teneur volumique en oxygène de ce gaz, si celui-ci en contient, est par exemple comprise entre 3% et 21%.

Les buses 67 sont disposées dans le fond de la chambre de combustion 15. Chaque buse 67 est raccordée au compresseur 63 par une conduite 69 munie d'une vanne de réglage 71.

L'entrée 53 d'introduction de charge minérale est raccordée à la sortie 5 d'évacuation 37 du préchauffeur 27. Elle débouche latéralement dans la chambre de combustion 15.

Les moyens de combustion permettent l'introduction dans la chambre 15 de combustible, avec ou sans gaz comburant, au moyen de brûleurs.

Les moyens de combustion 55 comprennent une entrée 73 io d'alimentation en combustible et une entrée 75 d'injection de gaz comburant.

L'entrée 73 d'alimentation en combustible est disposée sensiblement au même niveau que l'entrée 53 d'introduction de charge minérale. Elle est décalée latéralement par rapport à cette entrée d'introduction 53.

L'entrée 73 est raccordée à une installation de stockage, dosage et 15 transport de combustibles (non représentée) qui contient par exemple des combustibles de mauvaise qualité.

Par combustible de mauvaise qualité , on entend par exemple des déchets ou des sous-produits tels que du coke de pétrole, des pneumatiques usagés, des résidus de plastique, des sciures de bois, des huiles usagées, des boues, des farines animales, qui possèdent un faible pouvoir calorifique et qui sont difficiles à brûler. Ces combustibles de mauvaise qualité étant généralement disponibles sur le marché à faible coût, leur utilisation représente donc un intérêt économique important.

L'entrée 75 d'injection de gaz comburant débouche en aval de l'entrée 25 73 d'alimentation en combustible, au voisinage de cette entrée 73.

Cette entrée 75 est formée d'une pluralité d'ouvertures périphériques débouchant dans la chambre 15. Ces ouvertures sont réparties le long d'une couronne amont 77 d'injection de gaz, entourant la chambre de combustion 15.

Cette couronne amont 77 est raccordée directement à une sortie supérieure 79 d'évacuation de fumées du refroidisseur 31. Le gaz comburant introduit par la couronne d'injection 77 est relativement riche en oxygène. La teneur volumique en oxygène de ce gaz est par exemple comprise entre 3% et 21%.

Avantageusement, ce gaz est relativement pauvre en dioxyde de carbone. La teneur volumique en dioxyde de carbone de ce gaz est par exemple 5 comprise entre 0% et 5%.

La région 81 située entre les buses d'injection 67 et l'entrée 75 d'injection de gaz comburant définit une région de lit fluidisé dense, dans laquelle la charge minérale est confinée. La région 83 en aval de l'entrée 75 définit une région de lit fluidisé expansé.

io La hauteur de la région dense 81, c'est-à-dire la distance qui sépare les buses d'injection 67 de l'entrée 75 d'alimentation en gaz comburant est choisie lors de la conception de l'installation 11, en fonction de la nature du combustible qui sera utilisé dans cette installation 11. Plus précisément, cette hauteur est augmentée dans le cas où des combustibles de mauvaise qualité sont utilisés et diminuée si les combustibles utilisés sont faciles à brûler, comme les combustibles à pouvoir calorifique élevé tels que le fioul, le gaz naturel ou certains charbons.

L'entrée 57 d'introduction d'un gaz à teneur contrôlée en dioxyde de carbone est formée par une pluralité d'ouvertures périphériques débouchant dans la chambre 15, reparties le long d'une couronne aval 85 d'introduction de gaz.

La couronne aval 85 est disposée en aval de la couronne amont 77, au dessus de cette couronne 77 sur la Figure 2.

L'entrée d'introduction 57 est alimentée par des première et deuxième conduites de dérivation 91 et 93 provenant des moyens 21 d'évacuation des 25 fumées de combustion.

Comme illustré par la Figure 1, la première conduite de dérivation 91 est piquée sur la conduite 23 d'extraction des fumées de combustion générées dans la chambre de combustion 15.

La deuxième conduite de dérivation 93 est piquée sur la conduite 30 additionnelle 25 d'extraction des fumées de combustion générées par le four à flamme 19.

Chaque conduite de dérivation 91, 93 est munie d'une instrumentation comprenant, successivement depuis la conduite d'extraction 21, 25 respectivement, un volet 95 de régulation du débit, un ventilateur 97 de soufflage, un débitmètre 99, et un capteur 101 de mesure de la teneur volumique en dioxyde de carbone dans la conduite 91, 93.

Chaque élément contenu dans l'instrumentation est relié électriquement à une unité centrale 103 de régulation de la teneur en dioxyde de carbone dans le gaz à teneur contrôlée qui passe par l'entrée 57.

Le gaz à teneur contrôlée en dioxyde de carbone est relativement io riche en dioxyde de carbone. La teneur volumique en dioxyde de carbone de ce gaz est par exemple comprise entre 20% et 40%.

De manière avantageuse, ce gaz est par ailleurs relativement pauvre en oxygène. La teneur volumique en oxygène de ce gaz est par exemple comprise entre 0% et 5%.

En référence à la Figure 2, les moyens de recirculation 59 comprennent successivement d'amont en aval, de haut en bas sur la Figure 2, une conduite 111 d'évacuation de matière et de gaz et un cyclone de séparation 113.

La conduite d'évacuation 111 débouche transversalement à l'extrémité 20 supérieure de la chambre de combustion 15.

Le cyclone 113 comprend une entrée tangentielle 115 raccordée à la conduite d'évacuation 111, une sortie inférieure 117 d'évacuation de matière, et une sortie supérieure 119 d'évacuation de gaz formant l'entrée inférieure 39 d'introduction de fumées dans le préchauffeur 27.

La sortie 117 débouche dans une conduite de recirculation 121 qui s'ouvre latéralement dans la chambre de combustion 15 entre les buses d'injection de gaz 67 et l'entrée 53 d'introduction de charge minérale, au voisinage de cette entrée 53. L'ouverture de la conduite 121 dans la chambre 15 est située de préférence du même côté que l'entrée 53. La conduite de recirculation 121 est pourvue d'un clapet anti-retour 121A.

En référence à la Figure 3, la sortie 61 de prélèvement de matière débouche dans une entrée 122 d'alimentation de matière du refroidisseur 31. Elle est munie d'une vanne de commande 123 de la quantité de charge minérale prélevée.

La vanne de commande 123 comprend par exemple un passage 125 de circulation de forme tronconique et un piston mobile conique 127 d'obturation 5 de ce passage 125.

Le piston d'obturation 127 est monté à l'extrémité d'une tige mobile en translation entre une position d'obturation du passage et une position d'ouverture totale du passage.

La sortie de la vanne 123 est munie d'un clapet anti-retour.

io Le refroidisseur 31 comprend une pluralité de cyclones de refroidissement 133 montés en cascade, de même structure que le préchauffeur 27, et une vis 135 d'extraction de produit fini.

Toutefois à la différence du préchauffeur 27, l'entrée tangentielle 137A du cyclone de refroidissement supérieur 133A est raccordée à une sortie de la 15 vanne de prélèvement 123.

Par ailleurs, la sortie supérieure 139A du cyclone supérieur 133A est raccordée à la couronne d'injection amont 77.

L'entrée tangentielle 137C du cyclone inférieur 133C est alimentée par une conduite 140 d'introduction d'air frais munie d'un ventilateur réglable 141 d'aspiration d'air frais et d'un débitmètre 143 en aval du ventilateur 141 dans le sens de circulation de l'air frais.

Un piquage 145 est prévu entre l'entrée tangentielle 137C et la vis d'extraction 135, sous la conduite d'introduction 140, pour récupérer des matières minérales provenant de la sortie inférieure 147B du cyclone intermédiaire 133B qui ne seraient pas entraînées par le courant d'air frais provenant de la conduite d'introduction d'air 140.

La sortie 147C d'évacuation de matières du cyclone inférieur 133C débouche également dans la vis d'extraction 135.

La vis d'extraction 135 est disposée dans une chambre 149 de refroidissement dont les parois sont refroidies par circulation d'eau. On effectue ainsi un refroidissement de la matière provenant du piquage 145 et de la sortie 147C, par échange indirect, sans contact ni mélange avec l'eau de refroidissement. La chambre 149 débouche dans une sortie inférieure 151 d'évacuation de kalsin.

L'unité 13 de production de kalsin est dépourvue de moyens de broyage.

En référence à la Figure 1, l'unité de production de clinker est par exemple du type décrit dans la demande EP 0 754 924. Elle comprend, d'amont en aval, un préchauffeur de farine 161, un calcinateur additionnel 163 de la farine préchauffée, muni du four rotatif de combustion 19 à flamme, un refroidisseur 165 de la farine calcinée formant le clinker, et un dispositif de broyage 167 du clinker io refroidi.

L'unité 13 comprend une conduite 169 d'évacuation des fumées de combustion générées dans le four rotatif 19 qui s'étend entre le calcinateur 163 et le préchauffeur 161. Par ailleurs, la conduite additionnelle d'extraction 25 est raccordée au préchauffeur 161. Les fumées de combustion produites dans le four 19 remontent à travers le préchauffeur 161 et sont évacuées via la conduite 25.

Les moyens 21 d'évacuation de fumées comprennent au moins un filtre 171 dans lequel débouchent les conduites d'extraction 23, 25, et un ventilateur 173 d'évacuation de fumées dans l'atmosphère, relié à une sortie d'évacuation des gaz dépoussiérés du filtre 171.

Le procédé de production de kalsin dans l'installation 11 va maintenant être décrit.

Ce procédé comprend une étape de préchauffage de la charge minérale, une étape de calcination de la charge minérale préchauffée, et une étape de refroidissement de la charge minérale calcinée.

Dans l'étape de préchauffage, la charge minérale brute ou farine est introduite dans le préchauffeur 27 par l'entrée 35.

La farine est obtenue à partir d'un mélange, appelé cru , de carbonate de calcium, avec ou sans carbonate de magnésium, et d'argiles ou de marnes, contenant des oxydes de silicium, d'aluminium ou/et de fer.

Le cru est broyé de manière connue dans des broyeurs à meules verticales ou dans des broyeurs à boulets, jusqu'à une finesse caractérisée par une quantité massique de particules inférieures à 200 microns de l'ordre de 98 %, et une quantité massique de particules inférieures à 100 microns de l'ordre de 80% à90%.

En référence à la Figure 2, la charge minérale brute circule successivement de haut en bas dans les cyclones 33, à contre-courant des 5 fumées de combustion provenant du calcinateur 29 via l'entrée 39.

La charge minérale est ainsi préchauffée dans le préchauffeur 27 par les fumées de combustion jusqu'à une température sensiblement comprise entre 650 et 800 C au niveau de la sortie 37.

Au cours de ce préchauffage, des réactions de déshydroxylation des io argiles se produisent lorsque la température est comprise entre 500 C et 700 C.

A l'étape de combustion, la charge minérale préchauffée est introduite dans la chambre de combustion 15 à travers l'entrée d'introduction de matière 53.

Sous l'effet de l'injection par les buses 67 du gaz de fluidification 15 provenant de la source 65, la charge minérale forme un lit fluidisé dense dans la région 81.

La concentration en matière dans la région dense 81 est sensiblement comprise entre 50 kg/Nm3 à 200 kg/Nm3 de gaz considéré aux conditions normalisées de température et de pression (0 C et 100000 Pascals). La vitesse des gaz dans la région 81 est comprise entre 0,6 m/s et 0,8 m/s, considérée aux conditions réelles de température et de pression.

Au-dessus de la région dense 81, la matière mise en suspension sous la forme d'un flux ascendant est ensuite prise en charge par les gaz en provenance des entrée d'alimentation de gaz 75 et entrée d'introduction de gaz 57. On obtient ainsi dans la région expansée 83, un lit fluidisé expansé en phase diluée dans lequel la vitesse des gaz est supérieure à 2 m/s et de préférence comprise entre 3 m/s à 5 m/s, et la concentration en matière est diminuée par rapport à celle de la phase dense dans la région dense 81.

Simultanément, le combustible est introduit dans la région 81 par l'entrée d'alimentation 73. Le combustible est mis en contact intime avec la charge par le brassage produit par le phénomène de fluidisation produit par les moyens 51.

Dans la région dense 81, la combustion du combustible est amorcée, grâce à l'oxygène contenu dans le gaz de fluidification. Ce début de combustion consomme tout l'oxygène provenant de la source de gaz 65, en créant une atmosphère de gaz riche en dioxyde de carbone tout autour des particules de charge minérale.

Au contact du gaz comburant provenant du refroidisseur 31 à travers la couronne 77, la combustion du combustible se poursuit de manière plus vive.

La température est alors comprise entre 700 C et 900 C dans la chambre de combustion 15.

to Des combinaisons calciques se produisent entre les oxydes de silicium, d'aluminium ou/et de fer activés lors de l'étape de préchauffage, et le carbonate de calcium activé, sans libération de dioxyde de carbone.

Pour éviter que les carbonates contenus dans la charge minérale ne se dissocient après l'introduction du gaz comburant par l'entrée 77, le gaz à teneur contrôlée en dioxyde de carbone, constitué par une partie des fumées de combustion générées dans le calcinateur 29, et par une partie decelles générées dans le calcinateur 163 de l'unité 17 de production de clinker est introduit dans la chambre 15 à travers la couronne aval 85.

L'unité centrale 103 règle le débit du gaz injecté en fonction des teneurs en dioxyde de carbone mesurées par les capteurs 101 pour maintenir la teneur en dioxyde de carbone dans la chambre 15 mesurée par un capteur 199 sensiblement comprise entre 25% et 40%.

La dissociation des carbonates dans la région expansée 83 est ainsi réduite, ce qui diminue la production de dioxyde de carbone.

Ce résultat est également obtenu lorsqu'une source externe de gaz à teneur contrôlée en dioxyde de carbone, telle qu'une citerne, est raccordée à la couronne 85, à la place des conduites 91 et 93.

Dans l'exemple représenté, le recyclage d'une partie des fumées de combustion provenant de la chambre de calcination 15 et du four à flamme 19 évite l'introduction de dioxyde de carbone additionnel dans l'installation 11, ce qui contribue également à réduire les émissions polluantes dans l'atmosphère.

Par ailleurs, le gaz introduit par la couronne 85 a une teneur en dioxyde de carbone adaptée pour ne pas nuire à la combustion du combustible dans la région expansée 83, même si ce combustible est de mauvaise qualité. Il est donc possible d'utiliser une chambre 15 à lit fluidisé pour effectuer la calcination, même avec un combustible de mauvaise qualité.

De plus, la distance entre les couronnes 85 et 77 est choisie plus grande lorsque le combustible utilisé est de mauvaise qualité. Comme la dissociation des carbonates avec émission de dioxyde de carbone est liée à l'apport de chaleur provoqué par la combustion du combustible, il est possible io lorsque des combustibles de mauvaise qualité qui brûlent lentement sont utilisés, de disposer d'un volume de réaction plus important entre les deux couronnes 85 et 77, sans risquer une combustion trop vive provoquant une dissociation des carbonates. Cette disposition facilite l'utilisation de combustibles de mauvaise qualité.

La charge minérale est ensuite convoyée par les gaz vers l'extrémité supérieure de la chambre 15, puis évacuée à travers la conduite 111 et le cyclone 113. Elle est ensuite réintroduite dans la région dense 81 par la conduite de recyclage 121. La charge effectue ainsi en moyenne plusieurs cycles de calcination dans la chambre de combustion 15.

Dans l'étape de refroidissement, selon la Figure 3, une partie de la charge calcinée est prélevée à travers la vanne 123 et s'écoule par gravité dans les cyclones de refroidissement 133 successifs. La charge est refroidie par l'air frais introduit par la conduite 140 et circulant à contre-courant de la charge dans les cyclones de refroidissement 133.

La charge ainsi refroidie présente une température comprise entre 350 C et 250 C à l'entrée de la vis 135. Elle est ensuite évacuée par la vis 135, en subissant un refroidissement final. Le produit fini évacué par la sortie 151 est un liant hydraulique désigné par le terme kalsin.

Ce produit fini ne requiert qu'une faible énergie de broyage, car il se 30 présente sous la forme d'une poudre fluide, dont seulement quelques particules peuvent parfois s'agglomérer.

Si nécessaire, le produit fini est mélangé partiellement avec le clinker produit dans l'unité 17 de production de clinker dans les proportions précisées dans EP 0 167 465 pour constituer, après broyage, un liant hydraulique.

Dans une variante représentée en pointillés sur la Figure 2, une conduite 201 de dérivation de matière est piquée entre la sortie de matière 37 du préchauffeur 29 et l'entrée 53 d'introduction dans la chambre de calcination 15, pour dériver une partie de la charge minérale préchauffée. Cette conduite 201 débouche dans la conduite de recirculation 121.

En variante, l'entrée 57 est raccordée uniquement à la conduite de to dérivation 93 des fumées de combustion produites dans le four rotatif 19 de l'unité 17.

En référence à la Figure 4, la deuxième installation 211 selon l'invention est analogue à la première installation 11.

Toutefois, à la différence de la première installation 11, le refroidisseur 15 31 est dépourvu de cyclones de refroidissement en cascade.

Le refroidisseur 31 comprend des couloirs à lit fluidisé amont et aval 213 et 215, disposés en cascade.

Le couloir amont 213 s'étend sensiblement horizontalement entre une entrée 217 d'introduction de matière, à gauche sur le dessin, et une sortie 219 d'évacuation de matière débouchant dans la chambre aval 215. Il comprend une pluralité de buses d'injection de gaz 221 et une ouverture aval d'évacuation 223 de gaz.

L'entrée 217 d'introduction de matière est reliée d'une part à un dispositif 225 de prélèvement piqué sur le cyclone de recyclage 113, et d'autre 25 part, à la sortie de la vanne de prélèvement 123.

Les buses d'injection 221 sont réparties au fond du couloir 213 entre l'entrée 217 et la sortie 219. Elles sont aptes à produire un lit fluidisé dense avec la charge minérale reçue du calcinateur 29, au moyen d'air ou d'un mélange d'air et de dioxyde de carbone comprimé reçu d'un compresseur 226.

Le fond du couloir amont 213 est légèrement incliné pour favoriser l'écoulement de la charge depuis l'entrée 217 vers la sortie 219.

En variante, le couloir 213 est dépourvu de buses. L'air de refroidissement est injecté par une pluralité d'orifices ménagés dans le fond du couloir 213.

L'ouverture 223 d'évacuation de gaz est ménagée à l'extrémité aval 5 supérieure du couloir 213. L'ouverture est reliée à une conduite tangentielle 227 d'introduction dans un cyclone d'évacuation 229.

La sortie supérieure 231 du cyclone 229 alimente en gaz comburant la couronne amont 77 de l'entrée 75, par l'intermédiaire d'un ventilateur 232A et d'un capteur 232B de mesure de débit.

to Par ailleurs, la sortie de matière inférieure 233 du cyclone 229 débouche dans la sortie 219, à travers un clapet anti-retour.

La structure du deuxième couloir 215 est analogue à celle du premier couloir 213. Toutefois, à la différence du premier couloir 213, un échangeur de chaleur 235 à faisceau de tubes, alimenté par de l'eau, est disposé dans le couloir 215 en regard des buses d'injection 221. Par ailleurs, la sortie supérieure du cyclone d'évacuation 239 du deuxième couloir 215 débouche dans les moyens d'évacuation de fumées 21, en amont du filtre 171 et en aval des conduites 23 et 25, via un ventilateur 237A.

Le compresseur 238 du couloir 215 est de préférence alimenté par de 20 l'air ambiant.

Les gaz en provenance des cyclones 229 et 239 sont aspirés par les ventilateurs 232A et 237A. Le débit de gaz circulant dans la conduite 231 est mesuré par le dispositif 232B, tandis que son débit est contrôlé par la vitesse de rotation du ventilateur 232A ou bien au moyen de registres réglables en position.

Le débit de gaz passant par le cyclone 239 est contrôlé par la vitesse du ventilateur 237A de manière à obtenir une pression statique légèrement négative dans le conduit 219A reliant la sortie 219 du premier couloir 213 au deuxième couloir 215. Un dispositif de mesure de pression est installé à cet effet dans le conduit 219A. Cette disposition dans le conduit 219A évite une remontée de gaz en provenance du couloir 215 vers le couloir 213 par le conduit 219A.

Le dispositif d'extraction de matière 225 comprend une chambre 251 de fluidification, débouchant dans le prolongement inférieur du cyclone de recirculation 113, et une sortie latérale 253 de prélèvement de matière obturée par une vanne de prélèvement secondaire 255.

La chambre de fluidification 251 comprend dans son fond, une pluralité de buses d'injection 257 d'air comprimé provenant d'un compresseur 259.

La vanne 255 présente une structure analogue à la vanne de prélèvement 123. Elle est disposée entre la sortie 253 de prélèvement de matière et de l'entrée 217 du couloir amont 213. La sortie de la vanne 255 est munie d'un clapet anti-retour.

Le fonctionnement de cette installation 211 est par ailleurs analogue à io celui de l'installation 11 décrite en regard de la Figure 1.

Toutefois, à la différence de l'installation 11, la charge minérale calcinée est refroidie par le gaz de fluidification injecté dans les couloirs 213, 215 successifs.

L'installation 311 représentée sur la Figure 5 diffère de la première is installation 11 par le fait que l'entrée 57 d'introduction du gaz à teneur contrôlée en dioxyde de carbone est raccordée uniquement à la deuxième conduite de dérivation 93 provenant de l'unité 17 de production de clinker.

Par ailleurs, le refroidisseur 31 comprend un refroidisseur primaire 313A et un refroidisseur secondaire 313B disposé sous le refroidisseur primaire 20 313A.

Le refroidisseur primaire 313A comprend deux cyclones 315A, 315B de refroidissement montés en cascade, comme décrit précédemment.

La sortie de la vanne de prélèvement 123 est raccordée à l'entrée tangentielle 317A du cyclone supérieur 315A du refroidisseur primaire 313A. Par ailleurs, la première conduite de dérivation 91 est raccordée à l'entrée tangentielle 317B du cyclone inférieur 315B du refroidisseur primaire 313A. Cette entrée tangentielle 317B est par ailleurs raccordée à une vis primaire 319A d'extraction de produit.

La sortie supérieure 321A du cyclone 315A débouche dans la 30 couronne amont 77.

Le refroidisseur secondaire 313B présente une structure analogue au refroidisseur 31 de l'installation 11. Toutefois, l'entrée tangentielle 329A du cyclone supérieur 331A du refroidisseur secondaire 313B est raccordée à la sortie inférieure 333B du cyclone inférieur 315B du refroidisseur primaire 313A.

Par ailleurs, la sortie supérieure 335A du cyclone supérieur 331A du refroidisseur secondaire 313B débouche dans la chambre de combustion 15 par une entrée secondaire 337 d'alimentation en gaz comburant. L'entrée secondaire 337 s'ouvre en amont de la couronne amont 77 au voisinage de cette couronne 77.

La charge minérale sortant du cyclone inférieur 331C du refroidisseur secondaire 313B débouche dans la vis secondaire d'extraction de produit 337B.

La charge minérale extraite par les vis d'extraction de produit 319A, 337B respectives des refroidisseurs primaire 313A et secondaire 313B forme le liant hydraulique sous forme pulvérulente désigné par kalsin.

En variante (non représentée), l'installation 11 est dépourvue d'unité de production de clinker. Dans cette variante, l'entrée 57 d'introduction du gaz de is traitement est uniquement reliée à la première conduite de dérivation 91.

L'installation 411 représentée sur la figure 6 diffère de celle représentée sur la Figure 2 en ce que les moyens de combustion 55 comprennent une chambre 413 de combustion secondaire raccordée à la chambre de combustion à lit fluidisé 15 par l'intermédiaire d'une conduite 415 de sortie, inclinée vers le bas.

La conduite de sortie 415 débouche dans la chambre de combustion 15 entre l'entrée 53 d'alimentation de charge minérale et la couronne 85 d'injection du gaz à teneur contrôlée en dioxyde de carbone, au-dessus de la région dense 81. La chambre 15 est ainsi dépourvue de couronne amont 77 d'introduction de gaz comburant, la conduite inclinée 415 formant des moyens 75 d'injection de gaz comburant dans la chambre 15.

La chambre de combustion secondaire 413 comprend des moyens 417 d'alimentation en combustible débouchant dans la partie supérieure 418 de la chambre 413. La quantité de combustible introduit dans la chambre secondaire 413 par les moyens 417 est réglable par rapport à la quantité totale de combustible envoyée dans le calcinateur 29.

Par ailleurs, la chambre de combustion secondaire 413 comprend deux conduites 419 et 421 d'injection de gaz comburant débouchant tangentiellement dans la chambre 413, respectivement dans la partie supérieure 418 et dans une partie médiane 422 de la chambre 413. Ces conduites 419 et 421 sont reliées à la sortie 79 supérieure d'évacuation des fumées du refroidisseur 31. La sortie 79, à la différence de l'installation 11 représentée sur les figures 1 à 2, n'est pas reliée directement à la chambre de combustion 15.

La chambre de combustion secondaire 413 comprend en outre une entrée 423 d'alimentation en charge minérale débouchant entre les conduites io tangentielles d'amenée de gaz comburant 419 et 421. Cette entrée d'alimentation 423 est reliée à un dispositif répartiteur 425 placé sur la conduite 427 qui relie la sortie 37 du préchauffeur à l'entrée 53 d'introduction de charge minérale dans la chambre 15. Le dispositif répartiteur 425 est piloté pour régler la proportion relative de charge minérale introduite dans la chambre de combustion à lit fluidisé 15 et dans la chambre de combustion secondaire 413.

Dans cette installation 411, la combustion du combustible introduit par les moyens 417 d'introduction est amorcée dans la partie supérieure 418 de la chambre de combustion secondaire 413, en l'absence de charge minérale.

Ainsi, les combustibles extrêmement difficiles à brûler commencent à s'enflammer dans la partie supérieure 418 de la chambre de combustion secondaire 413.

La chaleur générée par la combustion du combustible dans cette partie supérieure 418 est alors transmise à la partie médiane 422 où la charge minérale introduite par l'entrée d'alimentation 423 subit une combustion au moins partielle, qui se poursuit dans la conduite de sortie 415. La proportion relative de charge minérale introduite respectivement dans la chambre de combustion 15 et dans la chambre de combustion secondaire 413 est réglée en fonction de la quantité de combustible respective introduite dans ces chambres 15 et 413.

Grâce à l'invention qui vient d'être décrite, il est possible de disposer d'une installation de production de liant hydraulique qui réduit notablement les émissions de dioxyde de carbone rejetées dans l'atmosphère, par l'utilisation d'une chambre de calcination à lit fluidisé et par un recyclage des fumées de combustion générées dans l'installation.

L'injection de fumées de combustion recyclées dans la région aval de la chambre de combustion limite par ailleurs la production de dioxyde de carbone 5 par décarbonation dans cette région aval.

L'énergie thermique consommée pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention dans l'installation est réduite, compte tenu de la faible chaleur de réaction et des températures de combustion plus faibles par rapport à une unité de production de clinker. Par ailleurs, l'utilisation du kalsin comme liant io hydraulique ne nécessite qu'une faible énergie électrique de broyage sur le produit délivré en aval du refroidisseur.

L'installation selon l'invention permet également d'utiliser une chambre à lit fluidisé pour effectuer la calcination de la charge minérale, ce qui autorise l'utilisation de combustibles de mauvaise qualité.

L'installation peut comprendre une unité de production de kalsin raccordée à une unité de production de clinker classique, pour augmenter la capacité globale de production de liant hydraulique dans l'installation, tout en limitant les émissions de gaz polluants par rapport à une unité de production unique de clinker de capacité équivalente.

Claims

REVENDICATIONS

1. Installation (11; 211; 311; 411) de calcination d'une charge minérale contenant un carbonate pour produire un liant hydraulique, du type comprenant au moins un calcinateur (29; 163), l'installation comportant successivement un préchauffeur (27), au moins un calcinateur (29) de production de liant hydraulique comprenant une chambre de combustion (15) et un refroidisseur (31) ; la chambre de combustion (15) comportant: É des moyens (53) d'introduction de la charge minérale dans la chambre (15), raccordés au préchauffeur (27) ; io des moyens (55) de combustion pour maintenir dans la chambre (15) une température comprise entre 700 C et 900 C, les moyens de combustion (55) comportant des moyens (75) d'introduction dans la chambre (15) d'un gaz comburant provenant du refroidisseur (31) ; É des moyens additionnels (57) d'introduction dans la chambre (15) 15 d'un gaz de traitement à teneur contrôlée en dioxyde de carbone pour s'opposer à la dissociation du carbonate dans la chambre (15) ; et É des moyens (61) de prélèvement de la charge minérale calcinée qui débouchent dans le refroidisseur (31) ; l'installation (11; 211; 311; 411) comprenant des moyens (21) 20 d'évacuation dans l'atmosphère des fumées de combustion provenant du ou de chaque calcinateur (29; 163) ; caractérisée en ce que la chambre (15) comprend des moyens (51) de formation d'un lit fluidisé, et en ce que les moyens (57) d'introduction du gaz de traitement sont alimentés au moins partiellement par au moins une conduite (91; 93) de dérivation d'une partie des fumées de combustion, la conduite de dérivation (91; 93) provenant des moyens d'évacuation des fumées (21).

2. Installation (11; 211; 311; 411) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'évacuation des fumées (21) comprennent une conduite (23) d'extraction des fumées de combustion provenant de la chambre de combustion (15), la conduite de dérivation (91) étant piquée sur la conduite d'extraction (23).

3. Installation (Il; 211; 311; 411) selon la revendication 2, caractérisée en ce que la conduite d'extraction (23) est raccordée au préchauffeur (27).

4. Installation (11; 211; 311; 411) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend un calcinateur additionnel (163) de production de clinker, distinct du calcinateur de production de liant hydraulique (29), le calcinateur additionnel (163) comportant un four (19) de combustion à flamme et en ce que les moyens d'évacuation des fumées (21) comprennent une conduite additionnelle (25) d'extraction des fumées de combustion du four de combustion à flamme (19), la conduite de dérivation (93) étant piquée sur la io conduite additionnelle d'extraction (25).

5. Installation (11; 211; 311; 411) selon la revendication 4, caractérisée en ce que la conduite additionnelle d'extraction (25) est raccordée à un préchauffeur additionnel (161), le préchauffeur additionnel (161) débouchant dans le calcinateur additionnel (163).

6. Installation (11; 211; 311; 411) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de combustion (55) comprennent successivement, entre les moyens de formation (51) du lit fluidisé et les moyens d'introduction (57) d'un gaz à teneur contrôlée en dioxyde de carbone: - des moyens (73) d'alimentation en combustible; puis - les moyens (75) d'injection dans la chambre (15) du gaz comburant provenant du refroidisseur (31).

7. Installation (311) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le refroidisseur (31) est alimenté au moins partiellement par une conduite de dérivation secondaire (91) d'une partie des fumées de combustion, provenant des moyens d'évacuation des fumées (21).

8. Installation (211) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le refroidisseur (31) comprend des moyens secondaires (213, 215) de formation d'un lit fluidisé pour refroidir la charge minérale calcinée.

9. Installation (11; 211; 311; 411) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (59) de recirculation raccordant une région aval (83) de la chambre de combustion (15), située en aval des moyens d'introduction du gaz de traitement (57), à une région amont (81) de la chambre (15), située en amont des moyens de combustion (55).

10. Installation (211) selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens secondaires (225) de prélèvement d'une partie de la charge minérale recyclée circulant dans les moyens de recirculation (59), les moyens secondaires (225) de prélèvement débouchant dans le refroidisseur (31).

11. Installation (11; 211; 311; 411) selon l'une quelconque des io revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de prélèvement (61) de la charge minérale calcinée débouchent entre les moyens d'introduction du gaz de traitement (57) et les moyens de formation du lit fluidisé (51).

12. Installation (411) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de combustion (55) comprennent une chambre (413) secondaire de combustion comportant: - des moyens (417) secondaires d'introduction d'une partie de la charge minérale provenant du préchauffeur (27) ; et - des moyens d'injection (419, 421) dans la chambre secondaire (413) d'un gaz comburant provenant du refroidisseur (31) ; la chambre secondaire (413) étant reliée à la chambre de combustion (15) par une conduite de sortie (415) débouchant entre les moyens d'introduction (53) de la charge minérale et les moyens additionnels d'introduction (57) du gaz de traitement.

13. Procédé de calcination d'une charge minérale contenant un carbonate pour produire un liant hydraulique, du type comprenant au moins une phase de calcination, le procédé comportant successivement une phase de préchauffage de la charge minérale dans un préchauffeur (27), au moins une phase de calcination de la charge minérale préchauffée dans une chambre de combustion (15), et une phase de refroidissement de la charge minérale calcinée dans un refroidisseur (31) ; la phase de calcination comportant les étapes de: É introduction dans la chambre (15) de la charge minérale provenant du préchauffeur (31) ; É combustion d'un combustible pour maintenir dans la chambre (15) une température comprise entre 700 C et 900 C, l'étape de combustion comprenant l'introduction dans la chambre (15) d'un gaz comburant provenant d'un refroidisseur (31) ; É introduction dans la chambre (15) d'un gaz de traitement à teneur contrôlée en dioxyde de carbone, pour s'opposer à la dissociation du carbonate dans la chambre (15) ; et É prélèvement de la charge minérale calcinée pour l'introduire dans le refroidisseur (31) ; io le procédé comprenant une phase d'évacuation dans l'atmosphère des fumées de combustion produites lors de la ou de chaque phase de calcination; caractérisé en ce que la phase de calcination comprend une étape de formation d'un lit fluidisé dans la chambre (15), et en ce que l'étape d'introduction d'un gaz de traitement comprend une dérivation au moins partielle d'une partie des fumées de combustion évacuées lors de la phase d'évacuation des fumées et une alimentation de la chambre (15) par lesdites fumées de combustion dérivées.