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RÉSUMÉ
Les produits carbonés naturels, tels que charbon, houille, biomasse, ou transformés comme coke de houille, coke de pétrole, présentent une hétérogénéité de constitution qui exige à la fois des précautions spécifiques au cours des opérations d’échantillonnage, préparation des échantillons et lors des essais et analyses au laboratoire.La complexité chimique de ces matériaux, ainsi que les problématiques techniques depuis leur production à la mine et jusqu’à leur traitement final pour leur commercialisation, a nécessité la mise en œuvre de normes précises, constamment révisées, qui fixe les règles des bonnes pratiques et de la conduite à tenir pour déterminer avec rigueur et précision la qualité des combustibles.Cet article apporte une aide à une meilleure compréhension du comportement des combustibles solides et des critères pour définir leurs propriétés
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Natural carbon products, such as coal, coal, biomass, or processed such as metallurgical coke, petroleum coke, present an heterogeneity in their constitution which requires specific precautions during sampling and sample preparation, also during laboratory testing and analysis.The chemical complexity of these materials, as well as the technical problems encountered from their production at the mine to their final processing for marketing, has necessitated the implementation of precise and constantly revised standards which set the rules of good practices in order to determine strictly and accurately the quality of the fuels.This article leads to a better understanding of the behavior of solid fuels and of the criteria for determining their properties.
Auteur(s)
-
Alain DELOYE : Directeur technique - INCEPTIS Expertise & Conseil (anciennement ATIC Services) Nice
INTRODUCTION
Les produits carbonés naturels, tels que le charbon et la biomasse, ou transformés, comme le coke de houille et de pétrole présentent une hétérogénéité de constitution qui exige à la fois des précautions spécifiques au cours des opérations d’échantillonnage, de préparation des échantillons et lors des essais et analyses au laboratoire.
Il convient de distinguer les matériaux bruts soit extraits de la mine, soit issus de productions végétales, qui sont caractérisés par la variété de leur composition chimique, des produits transformés tel que les cokes de houille et de pétrole, les granulés de bois.
Les biocombustibles (bois, déchets industriels ou agricoles, etc.) ne sont pas traités fondamentalement dans cet article, mais abordés pour certains thèmes en raison de leur similitude avec des combustibles solides d’origine fossiles.
Les précautions nécessaires pour les appréhender sont communes à l’ensemble des matériaux en vrac mais elles sont notoirement renforcées dans le cas des houilles et de la biomasse avant traitement. En effet, la sensibilité à l’oxydation par l’oxygène de l’air exige par exemple des mesures appropriées au cours du stockage, du transport des échantillons et de la conservation au laboratoire.
La faculté des matériaux poreux hydrophiles d’absorber ou de rejeter l’humidité suivant les conditions atmosphériques locales conduit à observer des règles strictes pour la détermination de la teneur en eau dont la double incidence technique et commerciale est particulièrement importante.
Enfin, la fragilité mécanique des houilles, qui se traduit par un bris plus ou moins notable des morceaux et la formation de poussières lors des opérations de manutention, doit être également prise en compte, notamment pour la détermination de la granulométrie et celle du pouvoir calorifique.
La quantité de matière prélevée pour l’analyse est directement liée à la dimension maximale des morceaux (dite dimension nominale maximale). Sauf exception, relative à la détermination directe de propriétés physiques et mécaniques sur des particules de calibres divers, les analyses chimiques portent généralement sur un à quelques grammes de produits broyés à la finesse d’analyse.
Cela confère aux opérations d’échantillonnage et de préparation des échantillons une importance primordiale, qui se résume par un chiffre : 90 % des erreurs analytiques constatées sont liées à une malfaçon lors de l’échantillonnage ou de la préparation.
Les opérations d’échantillonnage des combustibles solides font l’objet d’études qui relèvent tout autant de la physique et de la chimie industrielle, que de travaux de statisticiens. Afin de vulgariser ces thèses complexes pour le secteur industriel concerné et les prestataires de terrain, elles ont été décrites principalement dans des recueils de normes internationalement reconnues. Ainsi, les conditions a minima d’une sélection représentative de l’échantillon de charbon ou de coke de houille sont précisées aux laboratoires et elles ont valeur égale dans le cadre des échanges internationaux. Le coke de pétrole, matériau similaire dans son apparence de constitution, fait l’objet d’une assimilation au charbon pour la majorité des questions liées tant à son échantillonnage qu’à l’analyse générale.
La complexité du matériau et les enjeux techniques rencontrés (de la mine au lavoir), puis commerciaux (coûts de production, détermination de la qualité intrinsèque, adéquation avec les critères définis par l’utilisateur) ont imposé l’usage de ces normes devenues arguments indiscutables entre vendeur et acheteur, ou service commercial et production.
Comme, il est d'usage courant dans la profession, les teneurs indiquées sont, sauf précision contraire, massiques.
MOTS-CLÉS
KEYWORDS
humidity | standards | granulometry | calorific value
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 2007 par Alain DELOYE
DOI (Digital Object Identifier)
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4. Glossaire
Rang ; rank
Le rang du charbon est à la fois un indicateur du degré de carbonisation de la matière. Un charbon de haut rang est caractérisé par un taux de carbone élevé (> 70 % sur sec) et un charbon de bas rang par un taux de carbone plus faible. Divers paramètres servent à classifier le charbon entre bas et haut rangs : l’indice de matières volatiles (faible = haut rang / élevé = bas rang), le contenu en carbone, mais également son humidité de constitution, son pouvoir de réflectance maximal. L’ensemble de ces paramètres sont présents dans les tableaux de classification des charbons des Nations Unies.
Échantillon ; sample
Un échantillon est constitué de la somme des prélèvements élémentaires collectés selon des règles d’intervalle dans le temps et dans l’espace, de manière optimale sur un flux de matières en mouvement pour garantir sa représentativité.
Prélèvement ; increment
Il s’agit de collecter une certaine quantité de matière en une seule prise ; la masse dépend du calibre et de la densité du produit. Le prélèvement est dit « élémentaire » ou « individuel » et ne peut être considéré à lui seul comme un échantillon, mais comme une partie de l’échantillon. Le nombre de prélèvements élémentaires constituant un échantillon est fixé par la norme en vigueur pour la matière considérée.
Prise d’essai ; sample for analyse
La prise d’essai est la quantité de matière requise pour réaliser un test physique ou une analyse chimique dans des conditions prédéterminés par la norme et l’équipement utilisé.
Tonnes métriques tm ; metric tonnes
Unité de masse du système métrique égale à 1 000 kg à ne pas confondre avec des unités du système anglo-saxon telle que la tonne courte (short ton aux USA) égale à 907 kg ou la tonne longue en UK égale à 1 016 kg.
Calibre ; sizing
C’est la dimension du charbon exprimée entre le calibre inférieur (la plus petite dimension majoritairement recensée) et le calibre supérieur (la plus large dimension majoritairement recensée). Par exemple, un charbon peut avoir...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - * - Bulletin de la Société Géologique de France, 162/2 (1991).
-
(2) - * - Cahiers de l’Utilisation du Charbon, vol. 1 à 12, CERCHAR (1983).
-
(3) - Le Charbon vapeur. Perspectives jusqu’en l’an 2000. - OCDE (1978).
-
(4) - Du charbon et des hommes. - HBL (1983).
-
(5) - MARE (A.-G.) - Science et Technologie des Combustibles Minéraux Solides. - ATIC (1984).
-
(6) - LEONARD (J.W.) (éd.) - Coal preparation. - Society for Mining Metallurgy (1991).
-
(7)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Thermique industrielle.
-
Ressources énergétiques et stockage.
-
Cocombustion du charbon et de la biomasse. Cas des chaudières industrielles.
NORMES
-
Standard terminology of coal and coke. - ASTM D 121 - 2015
-
Standard classification of coals by rank. - ASTM D 388 - 2017
-
Classification des charbons. - ISO 11760 - 2005
-
Combustibles minéraux solides. Vocabulaire – Partie 1 : Termes relatifs à la préparation du charbon. - ISO 1213-1 - 1993
-
Combustibles minéraux solides. Vocabulaire – Partie 2 : Termes relatifs à l'échantillonnage, l'essai et l'analyse. - ISO 1213-2 - 2016
-
Standard guide to the evaluation of measurements made by online coal analyzers. - ASTM D 6543 -
-
Standard Practice for Manual Sampling of Stationary Coal from Railroad Cars, Barge, Trucks, or Stockpiles. - ASTM D 6883 - 2017
-
Standard practice for Mechanical Sampling of Coal. - ...
ANNEXES
Association française de normalisation (Afnor)
ASTM International
British Standards Institution (BSI)
Deutsches Institut für Normung (DIN)
Organisation internationale de normalisation (ISO)
IEA Clean coal centre
HAUT DE PAGE
Bulk Testing International (BTI)
INCEPTIS E&C
https://inceptis2018.wordpress.com/
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