TITRE : Unité de remplissage de coke de pétrole et procédé de remplissage

Domaine technique de l'invention

L’invention concerne le domaine de la production des anodes destinées à la production d’aluminium primaire. En particulier, l’invention concerne les unités de remplissage de coke de pétrole dans les alvéoles des fours de cuisson des anodes.

Arrière-plan technique

La production industrielle d’aluminium à partir d’alumine par le procédé Hall-Héroult est une technique bien connue. De manière générale, elle est réalisée au sein d’une installation d’électrolyse dans laquelle sont installées plusieurs cuves d’électrolyse. Chaque cuve est emplie d’un bain électrolytique comprenant notamment de la cryolite dans laquelle est dissoute de l’alumine. Des anodes en carbone sont partiellement immergées dans le bain électrolytique et se dissolvent pour produire de l’aluminium liquide s’accumulant au fond de la cuve.

Les anodes sont consommées au cours de la réaction d’électrolyse, et sont remplacées régulièrement.

Les usines de production d’aluminium comprennent, de façon générale, une unité de production d’anodes. L’unité de production d’anodes comprend un four contenant des alvéoles se présentant sous la forme de tranchées pratiquées dans le sol . Les anodes sont d’abord empilées les unes sur les autres dans les alvéoles. Puis, du coke de pétrole est déversé dans les alvéoles. Le coke de pétrole permet la conservation de la chaleur dans les alvéoles.

Le coke de pétrole est déversé au moyen d’une unité de remplissage comprenant un conduit de remplissage. Le coke de pétrole se présente sous la forme de granules de dimensions hétérogènes.

Lorsque le coke de pétrole est déversé dans les alvéoles du four de cuisson, les particules fines les plus petites, et donc les plus légères forment un brouillard de poussière, dont il est préférable de s’affranchir. Cette poussière représente un danger pour la sécurité des installations et des personnes qui y travaillent. Des particules fines sont typiquement des particules inférieures à 100 micromètres.

Les unités de remplissage actuelles comprennent un système d’aspiration qui permet d’aspirer les particules fines à l’extrémité du conduit de remplissage, lorsque le coke de pétrole sort dudit conduit de remplissage. L’objectif est d’aspirer le plus de particules fines avant que celles-ci ne se propagent dans l’air en formant un brouillard de poussière.

Les systèmes d’aspiration actuels ne donnent pas entière satisfaction car une quantité significative de particules fines échappe au système d’aspiration . Un brouillard de poussière se forme alors.

L’objet de l’invention est de remédier à ces inconvénients en proposant une unité de remplissage dont le système d’aspiration permet d’aspirer la quasi-totalité des particules fines.

Résumé de l'invention A cet effet, il est proposé en premier lieu une unité de remplissage de coke de pétrole dans une alvéole d’un four de cuisson d’anodes destinées à la production d’aluminium primaire, lesdites alvéoles contenant des anodes, l’unité de remplissage comprenant

- un conduit de remplissage dans lequel un flux de coke de pétrole se déplace selon une direction de déplacement,

- un système d’aspiration comprenant un dispositif d’aspiration et un conduit d’aspiration de particules de coke de pétrole, dites fines, unité de remplissage dans laquelle, le conduit d’aspiration débouche d’une part sur le conduit de remplissage par une ouverture d’aspiration, ledit conduit d’aspiration étant connecté d’autre part au dispositif d’aspiration de sorte que le système d’aspiration est apte à aspirer les particules fines présentes dans le conduit de remplissage.

Ce système d’aspiration permet d’aspirer les particules fines avant que le coke de pétrole ne sorte du conduit de remplissage. Ainsi le coke de pétrole est conditionné avant d’être déversé dans les alvéoles du four de cuisson. Il a alors été constaté que le coke de pétrole ne produit plus de brouillard dû aux particules fines, car une aspiration dans le conduit d’aspiration s’avère plus efficace qu’une aspiration hors de celui-ci.

Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en combinaison :

- le conduit de remplissage comporte une ouverture latérale destinée à permettre une prise d’air ;

- l’unité de remplissage comprend des ailettes agencées en regard de l’ouverture latérale et à l’intérieur du conduit de remplissage ;

- les ailettes se présentent sous la forme de plaques planes parallèles les unes aux autres et définissant un premier angle avec la direction de déplacement, compris entre 45° et 90°, de préférence environ 60°, ledit premier angle étant mesuré selon le sens anti horaire ;

- deux ailettes adjacentes sont situées à une première distance l’une de l’autre comprise entre 10 et 100 millimètres, de préférence environ 55 millimètres, ladite première distance étant mesurée selon un axe sensiblement parallèle à la direction de déplacement ;

- l’unité de remplissage comprend des déflecteurs agencés en regard de l’ouverture d’aspiration et à l’intérieur du conduit de remplissage ;

- les déflecteurs se présentent sous la forme de plaques planes parallèles les unes aux autres et définissant un deuxième angle avec la direction de déplacement, compris entre 20° et 45°, de préférence environ 30°, ledit deuxième angle étant mesuré selon le sens horaire ;

- deux déflecteurs adjacents sont situés à une deuxième distance l’une de l’autre comprise entre 30 et 200 millimètres, de préférence environ 88 millimètres, ladite deuxième distance étant mesurée selon un axe sensiblement parallèle à la direction de déplacement ;

- le conduit de remplissage comprend une paroi centrale comportant un orifice d’arrivée de coke de pétrole, unité de remplissage dans laquelle les ailettes et les déflecteurs sont agencés en regard de ladite paroi centrale selon un axe sensiblement parallèle à la direction de déplacement ;

- l’unité de remplissage comprend un dispositif de contrôle de la section de l’ouverture latérale et/ou comprend un dispositif de contrôle de la section de l’ouverture d’aspiration, ces dispositifs de contrôle étant aptes à modifier lesdites sections.

Il est proposé en deuxième lieu une usine de production d’aluminium primaire comprenant un four de cuisson et une unité de remplissage de coke de pétrole dans ledit four telle que précédemment décrite.

Il est proposé en troisième lieu un procédé de remplissage de coke de pétrole dans une alvéole d’un four de cuisson d’anodes, ladite alvéole contenant des anodes destinées à la production d’aluminium primaire, ce procédé mettant en œuvre une unité de remplissage telle que précédemment décrite, le procédé comprenant :

- une opération de mise en circulation de coke de pétrole dans le conduit de remplissage, et

- une opération d’aspiration de particules fines de coke de pétrole au moyen du système d’aspiration, procédé dans lequel, l’aspiration des particules fines est effectuée directement dans le conduit de remplissage.

Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en combinaison :

- le procédé comprend une opération de modification de la section de l’ouverture latérale et/ou de la section de l’ouverture d’aspiration ;

- le débit d’aspiration est réglé entre 1000 et 3000 mètres cube par heure, de préférence 1800 mètres cube par heure ;

- la vitesse de l’air au niveau de l’ouverture latérale est sensiblement comprise entre 5 et 25 mètre par seconde, de préférence 16 mètres par seconde.

Brève description des figures

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera au dessin annexé dans lequel :

[Fig 1 ] la figure 1 est une représentation schématique d’une unité de remplissage de coke de pétrole selon l’invention.

Description détaillée de l'invention

Sur la figure 1 est représentée une unité 1 de remplissage de coke de pétrole. L’unité 1 de remplissage est destinée à déverser du coke de pétrole dans une alvéole 2 d’un four 3 de cuisson d’anodes 4. Les anodes 4 sont empilées les unes sur les autres dans les alvéoles 2.

L’unité 1 de remplissage comprend un conduit 5 de remplissage. Un flux de coke de pétrole se déplace selon une direction de déplacement représentée par un axe X.

L’unité 1 de remplissage comprend un système 6 d’aspiration. Le système 6 d’aspiration comporte un dispositif 7 d’aspiration et un conduit 8 d’aspiration de particules de coke de pétrole. Le dispositif 7 d’aspiration est destiné à aspirer les particules de petite taille, ces particules sont dites fines.

Le conduit 5 de remplissage comporte une ouverture 9 d’aspiration . Le conduit 8 d’aspiration débouche sur le conduit 5 de remplissage par l’ouverture 9 d’aspiration . Le conduit 8 d’aspiration est connecté à son autre extrémité au dispositif 7 d’aspiration . Ainsi le système 6 d’aspiration peut aspirer les particules fines de coke de pétrole présentes directement dans le conduit 5 de remplissage.

Ce système 6 d’aspiration permet d’aspirer les particules fines avant que le coke de pétrole ne sorte du conduit 5 de remplissage. Ainsi le coke de pétrole est conditionné avant d’être déversé dans les alvéoles 2 du four 3 de cuisson . Il a alors été constaté que le coke de pétrole ne produit plus de brouillard dû aux particules fines, car une aspiration dans le conduit 8 d’aspiration s’avère plus efficace qu’une aspiration hors de celui-ci.

Lorsqu’une alvéole 2 est remplie de coke de pétrole, l’unité 1 de remplissage est déplacée vers une autre alvéole 2 et ainsi de suite. Une fois les opérations de remplissage terminées, une flamme est déployée dans les parois des alvéoles. Ceci est réalisé au moyen de brûleurs et de ventilateurs non représentés.

Avantageusement, le conduit 5 de remplissage comprend une ouverture 10 latérale. L’ouverture 10 latérale permet une prise d’air de sorte à permettre au système 6 d’aspiration de fonctionner convenablement. Avantageusement, l’unité 1 de remplissage comporte des ailettes 1 1 . Les ailettes 1 1 sont agencées en regard de l’ouverture 10 latérale. Elles sont situées à l’intérieur du conduit 5 de remplissage.

Les ailettes 1 1 permettent de dévier le flux d’air d’aspiration provenant de l’ouverture 10 latérale. Cette déviation permet d’allonger la longueur du flux d’air d’aspiration traversant le conduit 5 de remplissage, ce faisant améliorant la captation des particules fines par le système 6 d’aspiration .

Avantageusement les ailettes 1 1 se présentent sous la forme de plaques planes parallèles les unes aux autres. Elles définissent un premier angle a avec l’axe X compris entre 45° et 90°. Le premier angle a est mesuré selon le sens anti horaire (trigonométrique). Dans un mode préféré de réalisation, le premier angle a est d’environ 60° .

Un tel agencement des ailettes 1 1 permet de dévier le flux d’air dans le sens de l’axe X, et non à contre sens de la direction de déplacement du coke de pétrole dans le conduit 5 de remplissage. La captation des particules fines de coke de pétrole est alors optimisée selon des essais et analyses réalisées par la demanderesse.

Avantageusement, les ailettes 1 1 sont espacées les unes des autres selon l’axe X. Deux ailettes 1 1 adjacentes sont avantageusement espacées les unes des autres par une première distance a mesurée selon l’axe X et comprise entre 10 et 100 millimètres. Dans un mode préféré de réalisation, la première distance a est d’environ 55 millimètres.

Cet espacement entre les ailettes 1 1 permet d’obtenir un flux d’air d’aspiration permettant d’obtenir la captation des particules fines sans capter les grosses particules.

Avantageusement, l’unité 1 de remplissage comprend des déflecteurs 12. Les déflecteurs 12 sont agencés en regard de l’ouverture 9 d’aspiration . Les déflecteurs 12 se situent à l’intérieur du conduit 5 de remplissage.

Avantageusement, les déflecteurs 12 se présentent sous la forme de plaques planes parallèles les unes aux autres. Elles définissent un deuxième angle p avec l’axe X. Le deuxième angle P est mesuré selon le sens horaire. Avantageusement, le deuxième angle P est compris entre 20° et 45°. Dans un mode préféré de réalisation, le deuxième angle P est d’environ 30°.

Les particules de coke de pétrole heurtent les déflecteurs 12 au cours de leur trajet dans le conduit 5 de remplissage. Les déflecteurs 12 ainsi agencés, permettent au système 6 d’aspiration de ne capter que les particules fines. En effet, en heurtant les déflecteurs 12, les particules fines sont aspirées par l’ouverture 9 d’aspiration grâce au flux d’air d’aspiration . Les particules plus grosses, sous l’effet de la gravité reprennent leur chemin selon l’axe X.

Avantageusement, les déflecteurs 12 sont espacés les uns des autres selon l’axe X. Deux déflecteurs 12 adjacents sont avantageusement espacés les uns des autres par une deuxième distance b mesurée selon l’axe X et comprise entre 30 et 200 millimètres. Dans un mode préféré de réalisation, la deuxième distance b est d’environ 90 millimètres. Cet espacement entre les déflecteurs 12 permet d’obtenir un flux d’air d’aspiration permettant d’obtenir la captation des particules fines sans capter les grosses particules.

Avantageusement le conduit 5 de remplissage comporte une enveloppe extérieure. L’enveloppe extérieure comporte une paroi 13 latérale et une paroi 14 centrale. La paroi 14 centrale est agencée perpendiculaire à la paroi 13 latérale. La paroi 14 centrale comporte un orifice 15 d’arrivée de coke de pétrole. Ainsi le conduit 5 de remplissage est relié à une conduite 16 d’arrivée de coke de de pétrole. La conduite 16 d’arrivée de coke de pétrole débouche dans le conduit 5 de remplissage par l’orifice 15 d’arrivée.

Avantageusement, les ailettes 1 1 et les déflecteurs 12 sont agencés en regard de la paroi 14 centrale, selon l’axe X.

Un tel agencement permet de ne pas obstruer le conduit 5 de remplissage.

Avantageusement, l’unité 1 de remplissage comprend un dispositif 17 de contrôle de la section de l’ouverture 10 latérale.

Avantageusement, l’unité 1 de remplissage peut comprendre un dispositif 17 de contrôle de la section de l’ouverture 9 d’aspiration .

Dans le mode de réalisation représenté, l’unité 1 de remplissage ne comprend qu’un dispositif 17 de contrôle de la section de l’ouverture 10 latérale et est dépourvue d’un dispositif 17 de contrôle de la section de l’ouverture 9 d’aspiration.

Ces dispositifs permettent de faire varier la vitesse du flux d’air d’aspiration localement, au niveau de l’ouverture 10 latérale et/ou de l’ouverture 9 d’aspiration . Ainsi, il est possible de faire varier la vitesse du flux pour adapter l’aspiration au coke de pétrole utilisé. En augmentant la vitesse du flux d’air d’aspiration dans le conduit 5 de remplissage il est possible d’aspirer des particules de tailles plus importantes et inversement.

Dans ce qui suit, un procédé de remplissage de coke de pétrole va être décrit. Il s’agit d’un procédé de remplissage de coke de pétrole dans une alvéole 2 d’un four 3 de cuisson d’anodes 4. L’alvéole 2 comprend des anodes 4 empilées les unes sur les autres, et destinées à la production d’aluminium primaire.

Le procédé met en œuvre l’unité 1 de remplissage précédemment décrit.

Le procédé comprend une opération de mise en circulation de coke de pétrole dans le conduit 5 de remplissage. Le coke de pétrole est initialement stocké dans une trémie. Le coke de pétrole descend ensuite une conduite d’alimentation et enfin une conduite de remplissage afin d’être déversé dans une alvéole 2 de four ce cuisson d’anodes 4.

Le procédé comprend une opération d’aspiration des particules fines. Cette opération est réalisée au moyen du système 6 d’aspiration . Au cours de cette étape un flux d’air d’aspiration s’étendant de l’ouverture 10 latérale à l’ouverture 9 d’aspiration capte les particules fines dans le conduit 5 de remplissage, ces particules fines étant acheminées vers le conduit 8 d’aspiration .

Ainsi l’aspiration des particules fines, est effectuée directement dans la conduite de remplissage, ce qui améliore la captation des particules fines par rapport aux procédés actuels.

Avantageusement, le procédé comprend une opération de modification de la section de l’ouverture 10 latérale et/ou de la section de l’ouverture 9 d’aspiration. Cette opération est réalisée lorsqu’un brouillard de particules fines devient trop important. Afin de réduire la densité du brouillard, la section de l’ouverture 10 latérale est ajustée au moyen du dispositif 17 de contrôle de la section .

Avantageusement le débit d’aspiration dans le conduit d’aspiration est réglé entre 1000 et 3000 mètres cubes par heure. Dans un mode préféré de réalisation, le débit d’aspiration est de 1800 mètres cubes par heure.

Un débit choisi dans cet intervalle permet d’obtenir une captation des particules fines et d’éviter un brouillard en sortie du conduit 5 de remplissage.

Avantageusement, la vitesse de l’air au niveau de l’ouverture 10 latérale est sensiblement comprise entre 5 et 25 mètres par seconde. Dans un mode préféré de réalisation, la vitesse est d’environ 16 mètres par seconde.

Une vitesse choisie dans cet intervalle permet d’obtenir la captation des particules fines en particulier celle ayant une dimension inférieure à 100 micromètres et qui sont celles susceptible de provoquer un brouillard à la sortie du conduit 5 de remplissage.