Annexe 2-3 : Pertes de chaleur par paroi des cyclones
2. Processus de fabrication du ciment de l’usine
2.3. Broyage, ensachage et expédition
Broyage du ciment
Après refroidissement du clinker, le ciment est obtenu en broyant celui-ci et en y additionnant le gypse et/ou le calcaire. Le broyage du ciment a pour but d’augmenter sa réactivité en augmentant la surface de contact avec l’eau.
Le broyage s’effectue par les mêmes procédés que lors de la préparation du cru. On effectue ensuite une séparation de type matière-matière pour trier les grains suffisamment broyés des autres.
Le clinker produit, le calcaire d’ajout et le gypse (matière importée) sont transportés au moyen de bandes et élévateurs dans trois trémies tampons différentes.
L’usine est capable de produire plusieurs types de ciment selon les besoins mais couramment, elle fabrique le CPJ, et le CEMI) et suivant le type de ciment à produire, le laboratoire définit les proportions de chaque matière dans le mélange pour alimenter le broyeur ciment. Le broyeur ciment de l’usine a un débit moyen qui est de 80 tonnes/heure.
Les pourcentages de matière suivant le type de ciment se présentent comme suit :
CEM-I 42,5 : clinker 95.5% ; calcaire 0% ; gypse 4.5%
CPJ-35 : clinker 75.5% ; calcaire 20% ; gypse 4.5%
Figure I-1.13 : Vue du broyeur à ciment
Ensachage et expédition
Des silos de stockage, le ciment est convoyé par vis sans fin et élévateur vers l’atelier d’ensachage. Cet atelier dispose de deux ensacheuses « ROTATIVE FLUX » à 12 becs et de capacité 100 tonnes par heure chacune. A ce niveau, 50 kg de ciment sont mis dans des sacs qui sont ensuite transportés par des bandes vers quatre quais de chargement de camions. Chaque ensacheuse alimente deux bandes. Des déflecteurs assurent le choix de la bande. Notons qu’une ligne est disponible pour le chargement en vrac (non ensaché).
Figure I-1.14 : Vue d'une ensacheuse
Conclusion
Ce premier chapitre donne une vision globale sur l’entreprise de la cimenterie d’Onigbolo. Nous avons présenté l’historique, l’organisation structurelle et les différents services de l’usine. Nous avons présenté aussi le processus de fabrication du ciment de l’usine.
Introduction
Les principaux combustibles fossiles utilisés par SCB- LAFARGE pour la cuisson du clinker sont : le fioul lourd N°2 et le coke de pétrole.
1. Le fuel
Le fuel ou fioul est un combustible fossile dérivé du pétrole et utilisé pour le chauffage industriel (FOL ou fioul lourd). C’est un combustible dont le prix fluctue fortement en fonction de l'offre et de la demande, des hausses et baisses du dollar, et de la situation politique.
Le fuel est un combustible stockable, cependant sa rareté en fait un combustible à préserver et à mixer autant que possible avec un combustible renouvelable. Tel est le cas de SCB-LFARGE, qui dans le cadre de la réduction de la consommation de ce combustible, la société cherche à aller vers les combustibles alternatifs.
1.1. Utilisation des fiouls lourds
On peut distinguer trois façons d’utiliser les fiouls lourds : directement comme combustibles (cas de SCB-LAFARGE) ;
en les convertissant en des produits de plus forte valeur (essence, gazole, etc.) ;
en les gazéifiant pour produire de l’électricité et, éventuellement, de l’hydrogène.
1.2. Composition élémentaire et caractéristiques du fuel
La composition élémentaire et les caractéristiques du Fioul se trouvent en annexe N°11.Chapitre II:
Les combustibles fossiles utilisés à
SCB-LAFARGE.
1.3. Approvisionnement du fuel
C’est la société ORYX qui approvisionne l’usine en fuel. Le fuel est transporté par les camions citernes d’ORYX vers l’usine.
1.4. Conditionnement et utilisation du fuel
Arrivé à l’usine, le fuel est stocké dans deux (02) tanks de stockage de capacité 2500 m3 chacun grâce à deux pompes fonctionnant alternativement. Pour alimenter le tank journalier de 30 m3 de capacité, le fuel subit une décantation. Le fuel, avant d’être admis au brûleur, subit un préchauffage de 25°C à 110°C dans un préchauffeur à vapeur. La chaleur est produite par une chaudière de timbre 10 bars et fonctionnant au gas-oil. Le four est alimenté à travers un circuit de fuel équipé d’un compteur, d’une vanne tout ou rien, d’une vanne régulée, d’un débitmètre électronique et de plusieurs vannes de sélection ou de by-pass.
Figure I-2.1 : Schéma synoptique du circuit d’alimentation du fuel.
2. Le coke de pétrole
Face à l’augmentation des coûts des ressources énergétiques traditionnelles (par exemple le fuel), il devient toujours plus stratégique de trouver des solutions alternatives qui permettent d'abaisser les coûts de production d'énergie. Le coke de pétrole, ou « pétro-coke », une substance solide essentiellement composée de carbone,
est un sous-produit du raffinage du pétrole. Son coût décroit sensiblement lorsque la broyabilité et le taux de soufre augmentent.
2.1. Composition élémentaire et Caractéristiques du coke de pétrole.
Le coke de pétrole utilisé à l’usine d’Onigbolo a les caractéristiques suivantes :
Dureté : faible
Qualité spécial : Couleur noir
Lieu d’origine : Afrique du Sud
Utilisation fonctionnelle : coke de placement est le coke de carbone qui est relativement pur et peut être vendu pour être utilisé comme combustible.
Les caractéristiques se trouvent en (annexe N°11).
Tableau I-2.1 : Composition élémentaire du coke de pétrole
Eléments Pourcentage
Carbone 87,5
Hydrogène 3,5
Soufre 5-6
Azote 1,5
Oxygène 1
Autres 0,5
Eau < 10
2.2. Approvisionnement du coke de pétrole
SCB-LAFARGE achète le coke de pétrole en Afrique du Sud. La matière est transportée par bateau vers le port de Cotonou et transportée par les camions vers l’usine.
2.3. Conditionnement et utilisation du coke de pétrole
L’usine dispose d’un hall de stockage dont la capacité ne permet pas de garder tout le stock du coke de pétrole. Pour pouvoir utiliser de façon rentable cetrès fin. Le broyeur installé dans l’usine pour le coke de pétrole se prête parfaitement au broyage de ce combustible.
2.4. Présentation de l’atelier du coke de pétrole
L’atelier de broyage du coke de pétrole permet de : Fragmenter la matière afin d’obtenir la finesse requise pour le process.
Sécher la matière, opération combinée avec le broyage.
L’atelier du coke de pétrole est composé :
D’une Trémie par laquelle on charge la matière première (coke de pétrole) ;
D’un générateur de chaleur ;
D’un broyeur vertical (ou à galets) ;
D’un filtre à manche ;
D’un silo de stockage de la matière broyée ;
D’un doseur ;
Des moyens de transport mécanique (vis) et pneumatique (air).
Figure I-2.2 : Schéma synoptique du circuit d’alimentation du coke de pétrole.
Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons présenté les combustibles fossiles utilisés dans le four de l’usine d’Onigbolo. Les combustibles alternatifs feront l’objet du deuxième chapitre.
Introduction
L’usine d’Onigbolo de la SCB-LAFARGE, utilise des combustibles alternatifs pour réduire sa consommation de combustibles fossiles depuis Avril 2005.
Aujourd'hui, la cimenterie atteint des records en matière d’utilisation de combustibles alternatifs. Pour économiser les énergies fossiles non renouvelables, tout en apportant une solution locale à l'élimination de déchets et produire moins chers le ciment, elle a développé l'utilisation de combustibles alternatifs.
L'usine valorise ainsi par combustion dans le four des déchets locaux provenant des activités industrielles et ménagères. Chaque type de combustible à valoriser fait l'objet de contrôle et d'une procédure rigoureuse d'acceptation. La très haute température dans le four (environ 2 000 °C) et le temps de combustion garantissent l'élimination complète des déchets. Les besoins calorifiques sont essentiellement liés à la cuisson des matières premières dans le four, les matériaux devant être portés à une température de l’ordre de 1800°C. [1]
1. Les catégories des combustibles alternatifs
Les combustibles alternatifs utilisés dans le four de la cimenterie d’onigbolo sont essentiellement de la biomasse.
La biomasse est la fraction biodégradable des produits, déchets et résidus provenant de l’agriculture, y compris les substances végétales et animales, et de la sylviculture et des industries connexes. Elle est également composée des déchets et résidus végétaux issus de l’industrie.
Par définition scientifique, la biomasse est le produit de la photosynthèse. La photosynthèse une réaction par laquelle sous l’action du rayonnement solaire, les végétaux créent de la matière organique à partir du CO2 et d’O2 de l’air.
Chapitre III:
Les combustibles alternatifs utilisés à
SCB-LAFARGE.
La biomasse est principalement composée de carbone (C), d’oxygène (O), d’hydrogène (H) mais également d’azote (N) et de matières minérales (retrouvées dans les cendres). Si la composition en carbone est assez constante entre les différents types de biomasses, le taux d’azote varie de manière plus importante.
De par sa capacité à recycler, capter et stocker le CO2, la biomasse est une source d’énergie renouvelable conduisant à un bilan de gaz à effet de serre avantageux lors de sa valorisation énergétique.
2. La combustion de la biomasse
La combustion est le processus qui libère le plus rapidement le contenu énergétique de la biomasse. La cassure brutale et l’oxydation des longues chaînes moléculaires qui le composent s’accompagnent d’un fort dégagement de chaleur. La combustion se déroule en présence de l’excès d’air.
Biomasse + comburant produits de réaction + chaleur (3) (bois) (air ou oxygène) (gaz, cendres)
La combustion de la biomasse est une succession de réactions chimiques dont le bilan est une oxydation complète des molécules organiques et un dégagement de chaleur. Il s’agit bien sûr du procédé de conversion thermochimique le plus ancien et le plus fréquemment utilisé pour convertir la biomasse en chaleur et/ou en électricité.
3. Les caractéristiques physico-chimiques de la biomasse
Les combustibles issus de la biomasse sont caractérisés par plusieurs paramètres qui définissent leurs compositions.
3.1. Humidité
L’humidité peut s’exprimer de deux manières :
• Par rapport à la masse anhydre :
(4)
• Par rapport à la masse humide :
(5) On peut passer de l’une à l’autre par les formules suivantes :
(6)
Figure I-3.1 : Relation entre l’humidité exprimée en fonction de la masse humide et de la masse sèche (CARRE et al. 1991)
3.2. Pouvoir calorifique
Le pouvoir calorifique est la quantité de chaleur dégagée par la combustion complète d’un corps. On distingue le pouvoir calorifique inférieur PCI et le pouvoir calorifique supérieur PCS. Dans la détermination du PCS, on tient compte de la chaleur libérée par la condensation de la vapeur d’eau. Le PCI est le PCS duquel on a retiré la quantité de chaleur correspondante à la condensation de vapeur d’eau fournie lors de la combustion.
Dans la pratique, quand il s’agit de combustion, on ne bénéficie pas de la chaleur apportée par la condensation de la vapeur d’eau et on utilise surtout le PCI. Il s’exprime en MJ/kg ou kcal/kg
PCI= [
] [ ] (7)
On peut aussi le calculer d’après la composition chimique du combustible (teneur en carbone, hydrogène et oxygène). Ce sont en effet ces éléments chimiques qui interviennent dans les différentes réactions libérant la chaleur (AMY, 1961) :
(8) Le pouvoir calorifique supérieur et la teneur en carbone sont liés par l’expression : (9)
Figure I-3.2 : Relation entre le pouvoir calorifique et la teneur en carbone (d’après TILLMAN, 1978)
3.3. Masse volumique
La masse volumique de la biomasse, exprimée en kg/m³ représente la masse de la biomasse par unité de volume :
Masse volumique (kg/m3) =
(10)
Selon que l'on considère le volume réel d'un morceau de la biomasse ou le volume d'encombrement d'un empilement de combustible (biomasse), on parlera respectivement de la masse volumique réelle ou de la masse volumique apparente. La connaissance de la masse volumique de la biomasse est importante car celle-ci est parfois vendue par unité de volume apparent alors que son contenu énergétique dépend de sa masse.
4. Facteurs affectant la combustion 4.1. L'humidité de la biomasse
L’humidité aura une influence sur le type d’équipement, mais aussi sur le stockage de la biomasse (dégradation biologique). L’humidité provoque une perte de rendement puisqu’une partie de la chaleur produite est utilisée pour l’élimination de l’eau. Avec de la biomasse sèche, il est plus aisé d’obtenir une combustion complète.
4.2. La granulométrie
La taille des particules du combustible doit être compatible avec le système d’alimentation. Le taux de fines particules doit faire l’objet d’une attention particulière pour la sécurité et pour déterminer le type d’équipement à utiliser.
Si la granulométrie est petite, le processus de dégazage et d’inflammation est très rapide, on obtient une bonne flamme, même pour des masses humides. Si les particules sont de grandes dimensions, le processus de combustion se poursuit par couche successive. Les matières volatiles et l’eau proviennent des couches de plus en plus profondes.
5. Les principales biomasses utilisées dans le four de l’usine.
Les principales biomasses utilisées sont :
Les coques de palmistes (PKS) ;
Les coques de coton ;
Les balles de riz ;
Les coques d’anacarde ;
Les coques et tourteaux de jatropha ;
Les coques et tourteaux de karité ;
Nous allons présenter quelques de ces combustibles de substitution dans les paragraphes suivants.
5.1. Les coques du palmiste (PKS)
5.1.1. La production du palmier à huile au Bénin
Le palmier à huile est une plante largement cultivée pour ses fruits et ses graines riches en huiles à usage alimentaire et industriel, appelée huile de palme.
Les noix de palme sont groupées en régime. Un régime peut porter jusqu’à 1000 -1500 drupes. Il contient un noyau très dur. Le noyau constitué d’amande et de coque pèse de 1 à 6 g selon les variétés. A l’intérieur du noyau, la graine ou amande, appelée palmiste, est également riche en lipides et fournit l’huile de palmiste. La coque représente 40 à 60% de la masse du noyau.
Le palmier à huile donne des fruits douze mois sur douze, mais les conditions climatiques font qu’au Bénin le rendement n’est pas le même sur toute l’année : une grande saison de productivité couvre de janvier à juin et une petite saison de productivité de juillet à décembre. Le rendement à l’hectare est largement inférieur à 10 tonnes pendant qu’il est supérieur à 16 t/ha en Côte d’Ivoire et 23 t/ha en Malaisie et en Indonésie sans irrigation.
5.1.2. Processus de production de l’huile jusqu’aux déchets (coques de palmiste)
Traditionnellement, le procédé de transformation était entièrement manuel. Le processus de la transformation comprend plusieurs étapes :
Egrappage : À partir des régimes de palme, l’égrappage permet de séparer les fruits des rafles. Il faut sectionner le régime à l’aide d’une machette et récupérer les fruits à la main.
Cuisson : La cuisson des fruits est réalisée à la vapeur d’eau et permet de ramollir les fruits afin de faciliter leur pressage.
Pressage : Les fruits encore chauds sont pressés, permettant d’obtenir de l’huile brute (mélange huile, eau et boue). Pour les fruits de variété non sélectionnée, deux passages dans la presse sont nécessaires. Pour les fruits sélectionnés, un seul passage suffit.
Séparation fibres/noix : Le mélange fibres/noix est déposé dans un bassin rempli d’eau.
Le mélange est placé dans une trémie. Cette dernière est secouée dans l’eau afin de récupérer les noix plus lourdes alors que les fibres sortent de la trémie et tombent au fond de la bassine.
Les fibres permettent de fabriquer des boulettes à l’aide d’une passoire. Une fois séchées, ces boulettes appelées délian, servent de combustible pour la préparation des repas.
Clarification : Le mélange obtenu à la presse est chauffé avec de l’eau pour séparer l’huile des autres éléments. La teneur en eau de l’huile est réduite, permettant d’augmenter la durée de conservation.
Fabrication de "K’plébé" : Le fond de clarification (mélange de boues et de fibres) est récupéré et mélangé avec des fibres de palme. Le mélange est aplati et séché sur les murs des habitations. Ces galettes, appelées "K’plébé", sont utilisées comme combustible pour la préparation des repas.
Concassage : Après le séchage des noix au soleil, elles sont introduites dans un concasseur dans lequel elles sont brisées, permettant de séparer la coque de l’amande.
Séparation amandes/coques : Dans des barils, les coques et amandes sont mélangés avec de l’eau et du sable (latérite) ou de la cendre. Les amandes les plus légères flottent à la surface et sont récupérées. Elles serviront à produire de l’huile palmiste.
Figure I-3.3 : Coques de palmistes
Figure I-3.4 : Schéma simplifié des processus d’extraction d’huile à partir du palmier
5.1.3.
Disponibilité et Approvisionnement des coques du palmiste
Pour pouvoir faire la reconnaissance de la disponibilité de stock de coques de palmiste, une mission a été organisée le 22 Juillet 2011 sur certains sites de production de l’huile de palme.
L’objectif de la mission est de se rendre compte de la disponibilité des coques à la source, d’analyser les conditions de stockage, de donner des suggestions pour éviter de polluer les coques avec des débris de bois, de cailloux et autres, d’éviter aussi de laisser le stock exposé à la pluie.
Vu, les différents processus de récupération des coques, la présence de débris de bois, de cailloux est faible. Toutefois, la délégation a fortement mis l’accent sur la nécessité de veiller à garder les coques à l’abri de l’eau, des débris de bois et des
cailloux. Pour les producteurs de palmistes (amandes), les coques sont fondamentalement des déchets. Cependant, ce déchet a plusieurs usages : les coques sont, soit mises dans des sacs ou directement versées sur les pistes ou aux abords des maisons pour lutter contre l’érosion. Elles sont utilisées comme combustible à la place du charbon de bois dans certains ménages ; les fabricants de savons traditionnels y ont très souvent recours à cause de son pouvoir calorifique ; les huileries l’utilisent comme principal combustible dans leurs chaudières.
Avec le stock de coques disponible et le stock potentiel dans les autres villages, un potentiel fournisseur de coques de palmistes estime pouvoir livrer environ 100 t/semaine à l’usine. Mais aujourd’hui, l’usine a plusieurs fournisseurs et ces derniers peuvent satisfaire à sa demande.
5.1.4. Conditionnement et utilisation PKS à l’usine.
Les coques sont transportées par camion vers l’usine et sont stockées à l’air libre et bâchées. Le PKS est injecté à l’amont du four au niveau de la tour préchauffeur. On l’utilise dans sa forme brute ou broyée pour augmenter les surfaces de contacts. Pour alimenter le four, la chargeuse alimente la trémie PKS. Cette dernière alimente la vis doseuse qui à son tour alimente la vis inférieure inclinée. Cette vis alimente l’élévateur à godets qui transporte la matière et alimente la vis supérieure.
Cette dernière vis alimente le SAS à double clapets qui envoie la matière vers la boîte à fumée (BAF) par l’intermédiaire d’une goulotte inclinée.
Figure I-3.5 : Schéma synoptique du circuit d’alimentation du PKS
5.1.5. Composition élémentaire et Caractéristiques du PKS
Le tableau donnant la composition élémentaire et les caractéristiques des coques de palmiste non broyée est en annexe N°11.
5.2. Les coques de coton
Le cotonnier est un arbuste originaire de l'Inde, cultivé dans de nombreux pays chauds pour les fibres qui entourent les graines à maturité du fruit. Suivant les pays, la plante est plus ou moins arborescente mais c'est le cotonnier herbacé (50-60 cm) qui donne les plus belles fibres.
5.2.1. La production du coton au Bénin
Il est traditionnellement risqué de prévoir l’évolution d’une production agricole dans un pays. La production du coton au Bénin ne cesse d'augmenter.
Depuis le début des années 1980 la production a crû plus de vingt fois pour arriver à une production nationale d'environ 400.000 tonnes de coton-graine en 2003/04, soit après l'égrenage, 160.000 tonnes de coton-fibre d'une bonne qualité reconnue sur le plan international [18]. Peu de valeur n'est toujours ajoutée localement à ce produit de qualité. Le coton-fibre béninois est exporté quasi dans sa totalité. La transformation du coton-fibre par les industries textiles de la place est estimée à 2 % environ. [18]
5.2.2. Production de l’huile jusqu’aux déchets de coton
Décorticage et dépelliculage
Délintage qui a pour but de retirer un duvet ou lint qui recouvre la graine et décorticage dans des décortiqueuses à couteaux ou à disques puis tamisage pour séparer les coques et les amandes. De plus en plus, le décorticage se fait sans passer par le délintage
Broyage à cylindre lisse
Les graines de coton sont toujours décortiquées et se présentent à ce stade sous forme de grains de riz. Elles sont ensuite passées sur aplatisseurs des cylindres lisses
Les graines de coton sont toujours décortiquées et se présentent à ce stade sous forme de grains de riz. Elles sont ensuite passées sur aplatisseurs des cylindres lisses