Boue d'eau de charbon
I. Propriétés et fonctions physiques
La suspension charbon-eau est une suspension composée de charbon, d'eau et d'une faible quantité d'additifs chimiques. Selon son usage, on distingue la suspension charbon-eau à haute concentration comme combustible et la suspension charbon-eau destinée à la gazéification dans les fours Texaco. La suspension charbon-eau peut être pompée, atomisée, stockée, allumée et brûlée de manière stable. Environ deux tonnes de suspension charbon-eau peuvent remplacer une tonne de fioul.
La combustion de charbon en suspension aqueuse offre un rendement élevé, des économies d'énergie et des avantages environnementaux significatifs, constituant ainsi un élément important des technologies propres du charbon. Ce type de combustible peut être transporté sur de longues distances par pipeline, ce qui réduit les coûts d'investissement et d'exploitation. À son arrivée au terminal, il peut être brûlé directement sans déshydratation, et le processus de stockage et de transport est entièrement automatisé.
L'eau provoque des pertes de chaleur et ne contribue pas à la combustion. Par conséquent, la concentration de charbon doit atteindre un niveau relativement élevé, généralement de 65 à 70 %. Les ajouts chimiques représentent environ 1 %. Les pertes de chaleur dues à l'eau représentent environ 4 % du pouvoir calorifique du mélange charbon-eau. L'eau est une matière première indispensable à la gazéification. De ce point de vue, la concentration de charbon peut être abaissée à 62-65 %, ce qui pourrait potentiellement améliorer la combustion de l'oxygène.
Afin de faciliter les réactions de combustion et de gazéification, la suspension charbon-eau doit répondre à certaines exigences de finesse du charbon. La taille maximale des particules de la suspension charbon-eau destinée au combustible (taux de passage d'au moins 98 %) est de 300 µm, et la proportion de particules inférieures à 74 µm (maille 200) doit être d'au moins 75 %. La finesse de la suspension charbon-eau destinée à la gazéification est légèrement supérieure à celle de la suspension charbon-eau destinée au combustible. La taille maximale des particules autorisée est de 1 410 µm (maille 14), et la proportion de particules inférieures à 74 µm (maille 200) doit être comprise entre 32 % et 60 %. Afin de faciliter le pompage et l'atomisation de la suspension charbon-eau, une certaine fluidité est également requise.
À température ambiante et pour un taux de cisaillement de 100 s⁻¹, la viscosité apparente ne doit généralement pas dépasser 1 000 à 1 500 mPa·s. La suspension charbon-eau utilisée pour le transport par pipeline longue distance exige une viscosité apparente inférieure ou égale à 800 mPa·s à basse température (la température la plus basse de l'année pour les canalisations enterrées) et pour un taux de cisaillement de 10 s⁻¹. De plus, la suspension charbon-eau doit présenter une viscosité plus faible en écoulement, ce qui facilite son utilisation ; à l'arrêt, elle peut présenter une viscosité plus élevée pour simplifier son stockage.
La stabilité de la suspension charbon-eau pendant le stockage et le transport est primordiale, car cette suspension, composée d'un mélange de phases solide et liquide, est sujette à la séparation. Il est donc impératif d'éviter la formation de précipités figés durant ces opérations. Par « précipités figés », on entend des précipités qui ne peuvent être ramenés à leur état initial par simple agitation de la suspension. La capacité de la suspension charbon-eau à maintenir l'absence de tels précipités est appelée « stabilité ». Une suspension instable, en cas de précipitation durant le stockage ou le transport, peut gravement impacter la production.
II. Aperçu de la technologie de préparation des suspensions charbon-eau
La suspension charbon-eau nécessite une concentration élevée en charbon, une granulométrie fine, une bonne fluidité et une bonne stabilité pour éviter la précipitation de particules dures. Il est difficile de réunir simultanément toutes ces propriétés, car certaines sont incompatibles. Par exemple, une augmentation de la concentration entraîne une hausse de la viscosité et une baisse de la fluidité. À l'inverse, une bonne fluidité associée à une faible viscosité nuit à la stabilité. Il est donc nécessaire de contrôler la concentration en temps réel.Lonnmètredensimètre portatifpossède une précision allant jusqu'à 0,003 g/ml, ce qui permet une mesure précise de la densité et un contrôle précis de la densité de la suspension.
1. Sélectionner correctement le charbon brut pour la fabrication de la pâte à papier
Outre les exigences des utilisateurs en aval, la qualité du charbon destiné à la fabrication de pâte à papier doit également prendre en compte ses propriétés de mise en pâte, notamment la difficulté de cette mise en pâte. Certains charbons permettent d'obtenir facilement une suspension charbon-eau à haute concentration dans des conditions normales. Pour d'autres, l'obtention d'une telle suspension est plus difficile, nécessite un procédé de mise en pâte plus complexe et plus coûteux. Les propriétés de mise en pâte des matières premières ont un impact considérable sur l'investissement, le coût de production et la qualité de la suspension charbon-eau de l'usine de pâte à papier. Il est donc essentiel de maîtriser ces propriétés et de sélectionner le charbon brut en fonction des besoins réels, des principes de faisabilité technique et de la rationalité économique.
2. Évaluation
La préparation d'une suspension charbon-eau exige non seulement que la granulométrie du charbon atteigne la finesse spécifiée, mais aussi une bonne distribution granulométrique. Ainsi, les particules de charbon de différentes tailles peuvent s'imbriquer les unes dans les autres, minimisant les espaces entre elles et optimisant l'empilement. Moins d'espaces vides permettent de réduire la quantité d'eau nécessaire et facilitent la production d'une suspension charbon-eau à haute concentration. Cette technique est parfois appelée « calibrage ».
3. Procédé et équipement de fabrication de la pâte à papier
Compte tenu des caractéristiques granulométriques et des conditions de broyage données du charbon brut, la manière d'obtenir une distribution granulométrique plus élevée du produit final de la suspension charbon-eau nécessite une sélection raisonnable de l'équipement de broyage et du procédé de mise en pâte.
4. Sélection d'additifs aux performances adaptées
Pour obtenir une suspension charbon-eau à haute concentration, faible viscosité, et présentant une bonne rhéologie et une bonne stabilité, il est nécessaire d'ajouter une petite quantité d'agents chimiques, appelés « additifs ». Les molécules de ces additifs agissent à l'interface entre les particules de charbon et l'eau, ce qui permet de réduire la viscosité, d'améliorer la dispersion des particules de charbon dans l'eau et d'accroître la stabilité de la suspension. La quantité d'additifs représente généralement de 0,5 % à 1 % de la masse de charbon. Il existe de nombreux types d'additifs, et leur formulation n'est pas fixe ; elle doit être déterminée par des essais expérimentaux.
Date de publication : 13 février 2025
