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RÉSUMÉ
Cet article donne un aperçu général sur les procédés de fabrication du coke métallurgique pour le haut-fourneau. Après une rapide description des propriétés fondamentales des charbons et des mécanismes de transformation du charbon en coke, les éléments de technologie et d’exploitation des fours à coke classiques sont présentés en détail. Les facteurs de production du coke et leur influence sur la qualité du coke sont ensuite passés en revue. Des exemples types de bilans matières et de bilans thermiques des fours à coke sont proposés. Pour terminer, des aspects complémentaires sont abordés sur les procédés de fabrication du coke non conventionnels faisant appel à des technologies différentes des cokeries classiques.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Jean-Marie DUCHÊNE : Ingénieur - Chef du groupe Carbonisation au Centre de Pyrolyse de Marienau (CPM)
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Daniel ISLER : Ingénieur Civil des Mines - Nancy - Responsable des Recherches Carbonisation au Centre de Pyrolyse de Marienau (CPM)
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Émile YAX : Ingénieur chimiste de l’École Nationale Supérieure de Chimie de Strasbourg - Docteur ès Sciences - Directeur du Centre de Pyrolyse de Marienau (CPM)
INTRODUCTION
La valeur d’usage d’un coke pour le haut fourneau résulte de ses propriétés chimiques, physico-chimiques et mécaniques.
Un bon coke doit :
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présenter un taux de cendres faible et régulier et une basse teneur en soufre et en alcalins ;
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avoir une distribution granulométrique homogène et stable sous l’effet de sollicitations mécaniques, thermiques et chimiques : résistance élevée au morcellement et à l’effritement jusqu’à haute température et après agression chimique ;
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être léger, perméable ;
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être organisé et peu réactif.
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VERSIONS
- Version archivée 2 de mars 2008 par Daniel ISLER
- Version courante de sept. 2016 par Daniel ISLER
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3. Fabrication du coke métallurgique
3.1 Aperçu d’ensemble sur la cokéfaction conventionnelle
De plus en plus intégrée en amont dans le complexe sidérurgique de bord de mer (cokerie sidérurgique) et de moins en moins intégrée en aval de la mine de charbon (cokerie minière), l’unité économique de cokéfaction fabrique environ 1,5 Mt/ an de coke tout‐venant, et produit 600 à 750 Mm3 de gaz à 60 % d’hydrogène et 25 % de méthane, 15 000 à 22 000 t de benzol et 45 000 à 60 000 t de goudrons par an. La valorisation de ces coproduits intervient dans le prix de revient du coke.
Après épuration (désulfuration profonde), le gaz de cokerie remplace progressivement le gaz naturel dans l’aciérie. Cette utilisation énergétique du gaz de cokerie s’est substituée à la valorisation chimique historique de production d’ammoniac. Une faible proportion du gaz de cokerie sert à doper le gaz de haut fourneau, utilisé pour le chauffage des fours à coke.
Le gaz de cokerie peut également être valorisé comme source d’hydrogène, par la technique d’extraction, moins onéreuse que la cryogénie, que constitue l’adsorption sur les tamis moléculaires (procédé PSA : pressure swing adsorption). La taille économique actuelle d’un tel atelier se situe aux environs de 5 000 à 10 000 Nm3/ h d’hydrogène à 99,999 % de pureté, absorbant ainsi environ 10 à 20 % du gaz produit par la cokerie de taille économique.
La valorisation chimique du benzol (80 % benzène + 15 % toluène + 5 % xylène) et des goudrons se poursuit à travers des pools de traitement pour arriver aux covolumes économiques de ces activités, parfois intégrées dans la pétrochimie, qui sont respectivement d’environ 100 000 t / an et 150 000 t / an.
Sur le plan technique, l’usine cokière est donc une juxtaposition de sections de préparation et de transfert des solides – charbons et cokes – et de sections de transfert et de traitement de gaz à faible pression, en amont et en aval des batteries de fours à coke.
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