Study and modelling of coal pyrolysis in a rotary kiln
Étude et modélisation de la pyrolyse du charbon en four tournant
Abstract
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La pyrolyse de grains de charbon en four tournant permet de produire un coke réactif principalement utilisé en électrométallurgie. Le but de cette étude est d'analyser et de modéliser les différents phénomènes impliqués dans ce procédé afin d'améliorer le fonctionnement et la conduite de l'installation industrielle. La pyrolyse du charbon a été étudiée par thermogravimétrie et analysé chromatographique des gaz émis afin de déterminer la cinétique de dégagement de chaque constituant des matières volatiles. L’enthalpie de réaction de la pyrolyse a été mesurée par calorimétrie à flux différentiel. Le mouvement de la charge en four tournant a été étudié grâce à des expérimentations en four pilote. Les mesures effectuées concernent le temps de séjour moyen, la distribution des temps de séjour, le profil de chargement et le temps moyen passe par un grain en surface du talus. Des corrélations adaptées à la modélisation du mouvement de la charge ont été déterminées. Les transferts de chaleur ont fait l'objet d'une étude approfondie: ils incluent le transfert en régime transitoire à travers la paroi et le rayonnement paroi/solide qui est partiellement absorbé par le gaz qui s'interpose. La démarche adoptée pour la modélisation de ce procédé a consisté à simuler, dans un premier temps, la pyrolyse d'une particule isolée. Le modèle de grain ainsi établi a ensuite été inséré dans une représentation globale du four en tenant compte de l'hydrodynamique du réacteur, des transferts de chaleur entre la paroi, le solide et le gaz et des réactions de combustion des matières volatiles. Ce modèle a été validé grâce à un ensemble de mesures effectuées sur le four tournant industriel et utilisé avec succès pour l'amélioration du fonctionnement de cette installation
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