Study of the wall presure phenomenon in relation with the plastic layer in coke ovens
Etude du phénomène de poussée dans les réacteurs de cokéfaction en relation avec la couche plastique
Résumé
Coking pressure is known in coke industry as a phenomenon responible for coke oven damages. This phenomenon is due to the development of internal gas pressures during carbonization of coal, these pressures being induced by difficulties in volatile matter circulation. The study has been focused on two essential aspects : the different evolution stages undergone by carbonaceous material during pyrolysis, and especially the plastic phase stage ; the circulation of volatile matter (gases and tars). Five coals representative of a series of different coking pressures were selected. By quenching of coal charges at pilot as well as at laboratory scale, the circulating ways of the volatile matters during coking were identified by analyses of the different carbonization phases (raw coal, non transformed coal, plastic layer and semi-coke). By solvent extraction (N-methyl-2-pyrrolidinone), impregnation of non coked coal contiguous to the plastic layer was noted in the case of dangerous coal. Besides extraction yields, this impregnation, due to condensation of tar vapors circulating in the charge during coking, was also confirmed by other analytical techniques (infrared spectroscopy, hydrogen transfer, elemental analysis). Thus, tar circulation is mainly directed from the plastic layer to semi-coke in the case of safe coals, and from the plastic layer to non coked coal in the case of dangerous coals. This way of circulation could be due, for dangerous coals, to the choking of porous media (semi-coke) by tars of high viscosity. Complementary studies carried out on blends of safe and dangerous coals have shown a direct relation between impregnation level and coking pressure intensity. By this means, a predictive test for coking pressure was proposed
La poussée est un phénomène connu dans l'industrie cokière pour les dommages occasionnés sur les réacteurs de pyrolyse. Ce phénomène trouve son origine dans le développement de pressions internes au sein de la charge carbonisée, celles-ci étant liées à des difficultés de circulation des matières volatiles produites au stade caractéristique de la phase plastique. L'étude a été menée sur deux aspects essentiels : les différents stades d'évolution du matériau carbone au cours de la pyrolyse, avec notamment le passage par la phase plastique ; la circulation des matières volatiles (gaz et goudrons). Cinq charbons de pouvoir poussant différents ont été utilisés. Par des trempes de charges aussi bien au stade pilote qu'a l'échelle laboratoire, les chemins de circulation des matières volatiles ont pu être identifiés par analyses des phases de carbonisation (charbon brut, charbon non transformé, couche plastique et semi-coke). Au moyen de l'extraction par solvant (n-méthyl-2-pyrrolidinone), une importante imprégnation du charbon non transformé contiguë à la couche plastique a pu être constatée chez les charbons poussants. En plus des rendements d'extraction, cette imprégnation, due à la condensation de vapeurs de goudrons circulant dans la charge en cours de pyrolyse, a également été confirmée par différentes techniques (spectroscopie infrarouge, transfert d'hydrogène, analyse élémentaire). Ainsi, un cheminement préférentiel des goudrons, orienté majoritairement vers le semi-coke chez les charbons non poussants et majoritairement vers le charbon non transforme chez les charbons poussants, a pu être mis en évidence. Ce sens de migration pourrait être du, chez les charbons poussants dangereux, a un colmatage de la porosite du semi-coke par des goudrons à forte viscosité. Une étude complémentaire, menée sur des mélanges de charbons non poussants et poussants, a permis de montrer l'existence d'un lien direct entre taux d'imprégnation et niveau de poussée. Par ce moyen, un test utilisable pour la prédiction de l'intensité de la poussée a pu être proposé
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