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Revue des Energies Renouvelables Vol. 16 N°1 (2013) 75 – 89 75 Utilisation des

Revue des Energies Renouvelables Vol. 16 N°1 (2013) 75 – 89 75 Utilisation des coques de noix de palmiste comme combustible dans un four de fusion de la ferraille S. Epesse Misse 1, M. Obounou 2, L.M. Ayina Ohandja 1 et S. Caillat 3,4 1 Département de Génie Mécanique et Productique Institut Universitaire de Technologie Université de Douala, B.P. 8698, Douala, Cameroun 2 Département de Physique, Faculté des Sciences Université de Yaoundé 1, Cameroun 3 Université de Lille Sciences et Technologie, 59000 Lille, France 4 Ecole Nationale Supérieure des Mines, B.P. 10838, 59508 Douai, France (reçu le 09 Janvier 2013 – accepté le 29 Mars 2013) Résumé - Dans ce travail, la possibilité d’utiliser des coques de palmistes comme combustible de substitution au coke métallurgique qui est un combustible fossile, est menée dans un petit four métallurgique appelé cubilot. Ces déchets obtenus après extraction de l’huile de palme et de palmiste, présentent comme tout produit issu de la biomasse, un bilan nul en CO2 pendant leur combustion. L’étude montre de façon comparative, que l’emploi des coques de palmiste en lieu et place du coke métallurgique conduit aussi à la fusion de la ferraille dans le four. Pour cela, deux approches sont utilisées. La première s’appuie sur la composition élémentaire du combustible et le diagramme réticulaire du coke. Elle conduit à la détermination des bilans globaux de quantité de combustible et de chaleur requises pour la fusion d’une charge équivalente à la production horaire. La deuxième s’appuie sur un modèle de lit traversé par les gaz chauds et où l’on s’impose un fonctionnement du four pour lequel la différence des températures entre la matière et le gaz est connue le long de la colonne. On aboutit par cette approche à prédire numériquement la fusion de la ferraille par usage de coques de noix de palmiste. Abstract - In this work, the possibility of employment of the cockles of oil palm stone as fuel of substitution to the metallurgic coke that is a fossil fuel is led in a small metallurgic furnace named cupola. These wastes gotten after extraction of the oil of palm and oil palm stone, present like all product descended of the biomass, a hopeless balance in CO2 during their combustion. The survey shows in comparative way that, the use of the cockles of oil palm stone in place of the metallurgic coke also driven to the melting of the junk in the oven. For it, two approaches are used. The first leans on the elementary composition of the fuel and the reticular diagram of coke. It duct to the determination of the global balances of quantity of fuel and heat required for the fusion of a load equivalent to the hourly production. The second leans on a model of bed crossed by the hot gases and where one imposes itself a working of the oven for which the difference of the temperatures between matter and gas is known along the column. One results by this approach to predicting the fusion of the junk numerically by use of cockles of walnut of oil palm stone. Mots clés: Biocombustible - Combustion - Déchets - Métallurgie. 1. INTRODUCTION La combustion des produits issus de la biomasse est de nos jours un axe de recherche fort apprécié. En effet, comparativement aux produits fossiles, le bilan gazeux S. Epesse Misse et al. 76 en termes de CO2 (gaz à effet de serre) produit lors de la combustion est nul. Le combustible libérant dans l’atmosphère le gaz carbonique retiré de celui-ci pendant la photosynthèse. Pour ces sources d’énergie renouvelable, le gaz carbonique CO2 est donc neutre [1]. La crise économique de ces dernières années n’ayant pas épargné le secteur de la métallurgie, des industriels, mais aussi de nombreux chercheurs se tournent vers la possibilité d’emploi d’autres combustibles dans les fours en lieu et place du coke devenu plus cher sur le marché. Dans cette foulée, Chean et al. [2] montrent que la substitution de 10 % de coke par des coques de graines de tournesol comme combustible dans un four de réduction du minerai de fer ne change pas de façon significative les caractéristiques de la combustion ou la qualité de la réduction. Il en est de même de Tihon [3] qui propose l’usage du méthane, de l’anthracite ou du charbon de bois comme combustibles de substitution du coke dans la fusion au cubilot. Ceci contribuerait affirme t-il dans la foulée, à réduire les émissions de gaz à effet de serre. Quant à Choi et al. [4], ayant étudiés les caractéristiques de la combustion dans un lit de réduction de la ferraille avec substitution d’une partie du coke par de l’anthracite, ils montrent que la réactivité de l’anthracite pouvait affecter de façon significative la propagation de la combustion et la qualité de la réduction au dessus du lit de fusion. Gunther et al. [5], quant à eux proposent plutôt la conception d’un cubilot semblable au haut fourneau et qui utiliserait du charbon de bois ou l’électricité pour les opérations de fusion. 2. PRESENTATION DES COQUES DE NOIX DE PALMISTE ET DU FOUR DE FUSION La noix de palme appartient à la famille des Arecacées, genre elaeis, épithète spécifique guineensis. Otée de ses couches fibreuses et donc aussi de son huile de palme, la noix de palme est appelée noix de palmiste. On distingue quatre variétés et celle qui est employée dans cette étude est la variété elaeis guineensis var sauvage (coque moyenne plus ou moins dure). Ces coques proviennent de la région du littoral (Bessounkang par Bonaléa). (Fig. 1). Fig. 1: Coques de noix de palmiste (elaeis guineensis var sauvage) Utilisation des coques de noix de palmiste comme combustible dans un four de… 77 Ce combustible a les caractéristiques chimiques et physiques consignées dans les Tableaux ci-après: Tableau 1: Analyses physiques, de base et élémentaire des coques de noix de palmiste Tableau 2: Analyses thermiques et chimiques des coques de noix de palmiste S. Epesse Misse et al. 78 Le four de fusion employé est un four à cuve constitué principalement d’une virole cylindrique garnie de réfractaire. Il se présente comme un réacteur où se réalise un contre courant gaz-solide. Les charges métalliques s’échauffant au fur et à mesure de leur descente jusqu’à la zone de fusion où elles passent à l’état liquide. Le modèle utilisé et qui est en exploitation à l’Institut Universitaire de Technologie de l’Université de Douala se présente comme suit (Fig. 2): Fig. 2: Utilisation du four de fusion Il présente les caractéristiques suivantes: - Production horaire: P = 153.6 kg/h, soit 0.1536 t/h. - Volume de préchauffage: V = 38.25 l, soit 38.25 × 10-3 m3. - Indice de capacité de préchauffage: ICP = 0.25 m3/t. - Durée maxi de fonctionnement (journalier): 3 heures. - Débit de vent: de 130 m3/h à 190 m3/h. - Pression du vent: de 5000 Pa à 6800 Pa. 3. DETERMINATION DES BESOINS EN COMBUSTIBLE ET EN COMBURANT 3.1 Besoins en combustible Nous partons des considérations suivantes: - Température de coulée: c = 1425 °C, - Température de fusion: fus  = 1200 °C, - Chaleur latente de fusion du fer: f L = 46 kcal/kg Utilisation des coques de noix de palmiste comme combustible dans un four de… 79 - Chaleur d’échauffement de la fonte liquide de 1200 à 1425°C: pl C = 0.21 kcal/kg.°C - Chaleur d’échauffement de la fonte solide: ps C = 0.17 kcal/kg.°C - Les charges sont introduites à la température ambiante: a  =25 °C - La quantité de chaleur Q est apportée par le carbone du combustible - Le taux de carbone servant à la recarburation entre gueulard et chenal est égal à 1% Nous calculons la quantité de chaleur requise pour la fusion d’un kilogramme de ferraille [6] par la relation:     fus c pl f a fus ps C L C q          (1) Nous déduisons alors la quantité de chaleur nécessaire à la fusion d’une masse de ferraille correspondant à la production horaire: hor P q Q   (2) Le PCI du combustible étant connu, l’on déduit donc la masse théorique de combustible: PCI Q mth  (3) Afin de tenir compte des pertes (débris de combustible qui échappent à la combustion, pertes thermiques par les parois et les gaz d’échappement, échauffement des différents éléments d’addition (Si, P, CaCO3…)), nous majorons la valeur de la masse théorique de combustible précédemment calculée en nous référant au diagramme réticulaire du coke (Fig. 3). Fig. 3: Diagramme réticulaire se rapportant au coke [7] En effet, le diamètre de fusion du cubilot expérimental étant connu ( D = 0.16 m), nous calculons la production horaire ramenée à la surface de fusion; ici: horf P = 7.63. Connaissant, horf P , le choix du débit de vent et de la température de coulée au chenal nous permet de trouver le taux de carbone par rapport au métal enfourné. On en déduit le taux de combustible à enfourner uploads/Industriel/ pouvoir-calorifique-noix-de-palmiste.pdf