Contrôles du charbon

Les équipes mondiales de chimistes et d'experts SGS utilisent un éventail de contrôles et d'indices analytiques du charbon pour parvenir à déterminer les pouvoirs calorifiques, l'hydrogène total, l'indice de réactivité du coke (CRI) et la résistance post-réactionnelle du coke (CSR) de votre échantillon de charbon. Nos résultats d'essais et nos contrôles indépendants vous procurent des données fiables et conformes aux normes internationales.

Suivent quelques protocoles et contrôles intéressants régulièrement utilisés par les spécialistes SGS du charbon et du coke. Ces contrôles sont fournis à titre informatif, mais SGS ne peut pas garantir que toutes les données ou formules correspondent aux normes les plus récentes. Les clients opérant dans le commerce du charbon doivent se familiariser avec les normes actuelles utilisées dans les contrats.

*** Calcul du pouvoir calorifique (PC) inférieur - se reporter aux normes ASTM D5865-12 / ISO 1928-2009
*** Conversion d'humidité en différentes bases - se reporter aux normes ASTM D3180 / ISO 1170

1. Facteurs de conversion de bases :
   Réf. : ASTM D3180 / ISO 1170 – Conversion en différentes bases d'humidité
   
   
   1. Facteur AD (convertit AD en humidité désignée (NM)) : (100-NM)/(100-ADM)
      NM = AD / ((100-NM)/(100-ADM))
      
      
   2. Facteur sec (convertit AD en sec) (100-ADM)/100
      Sec = AD / ((100-ADM)/100)
      
      
   3. Facteur AR (convertit sec en AD (100-TM)/100
      AR = sec x ((100-TM))/100
      
      
   4. Facteur DAF (convertit sec en DAF) (100-cendres sèches)/100
      DAF = sec / ((100-cendres sèches)/100)
      
      
Où :
TM est l'humidité totale
ADM est l'humidité séchée à l'air (humidité dans l'échantillon d'analyse)
NM est l'humidité désignée
AR est la base humide
AD est la base sèche (séchée à l'air)
Sec est la base sèche
DAF est en fonction de l'état exempt de cendres sèches


2. Formule d'humidité totale à deux phases (se référer à l'ASTM D3302, chapitre 10)
   La détermination de l'humidité totale à deux phases est utilisée lorsque l'échantillon de charbon est d'une masse trop faible ou est trop humide pour être séparé ou concassé sans la probabilité de perdre des quantités considérables d'humidité.
   TMar, % = [Rm,ad, % x (100 – Fm,ad, %) / 100] + Fm,ad %
   TM = humidité totale ; Fm = humidité libre ; Rm = humidité résiduelle
   
   
3. Facteurs de conversion du pouvoir calorifique Réf. : ASTM 5865-12 X1.4. & ISO 1928-9 10.5
   J/g = kcals/kg divisé par 0,238846 OU multiplié par 4,1868
   J/g = Btu/lb multiplié par 2,326 OU divisé par 0,429923
   kcal/kg = J/g multiplié par 0,238846 OU divisé par 4,1868
   kcal/kg = Btu/lb divisé par 1,8 ou multiplié par 0,555556
   Btu/lb = J/g divisé par 2,326 OU multiplié par 0,429923
   Btu/lb = kcals/kg multiplié par 1,8 ou divisé par 0,555556
   
   
4. Facteur _d'émission de CO2 (Directive 2003/87/CE) Directive 2007/589/CE
   Facteur _d'émission de CO2 t CO₂/TJ =
   = carbone humide x 3,667 x [10 000/PCI(p)] en kJ/kg
   = carbone humide x 3,667 x [2388,46/PCI(p)] en kcal/kg
   
   Incertitude-type du facteur _d'émission de CO2 (t CO2/TJ)
   Dans le cadre de nouvelles exigences de la Commission Européenne (CE) en matière de déclaration des émissions de CO_2,il est demandé au laboratoire d'analyses de déclarer « l'incertitude-type du facteur d'émission de CO_{2 »,}attribué par le laboratoire d'analyses, exprimée sous forme d'écart-type.
   
   Les valeurs de reproductibilité ISO pour C (db) 1,00 % et PCS (db) 300 J/g, converties en base humide, sont utilisées dans le calcul de l'incertitude.
   
   
5. Rapport combustible
   = carbone fixe / matières volatiles
   
   Ballast
   = cendres (humide) + humidité totale
   
   
6. Hydrogène dans le charbon : Se référer à l'ASTM 3180/ISO 1170
   Les valeurs d’hydrogène peuvent être rapportées à l’hydrogène contenu ou non dans l’eau (humidité) des échantillons. Pour cette raison, il existe des procédures de conversions alternatives définies ci-dessous :  
   
   Utilisation des conversions suivantes pour rapporter H, incluant ou excluant H dans l'humidité :
   
   Hydrogène total tel que déterminé (ad) : inclut H dans l'humidité d'analyse
   
   
   1. Hydrogène (excluant H dans l'humidité)
      H (base sèche) = [hydrogène total(ad)-(AMx0,1119)] x (100/(100-AM))
      
      
   2. Hydrogène ( incluant H dans l'humidité)
      H(ar) = [hydrogène total(db) x ((100-TM)/100)]+(0,1119*TM)
      
      
   3. La norme ISO 1170 rapporte une base H séchée à l'air excluant H dans l'humidité ainsi analysée.
      H (séchée à l'air) = hydrogène total (tel que déterminé) - (humidité d'analyse x 0,1119)
      
      Facteurs d'hydrogène et d'oxygène basés sur le poids atomique de H₂0
      Hydrogène = humidité X 0,1119
      Oxygène = humidité X 0,8881
      
      
7. Calculs eau et matières minérales exclues (DMMF)
   Calculs eau et matières minérales exclues (référence ASTM D388)
   
   
8. Formule empirique pour l'estimation du pouvoir calorifique supérieur à l'aide de l'analyse élémentaire
   (Réf. : COAL Typology - Physics - Chemistry - Constitution ; auteur D.W Krevelen ; troisième édition 1993, page 528). Tous les résultats d'entrée sur une base sèche (DB) sont exprimés en % du poids.

   DULONG (1820) = (80,8 x C) + (344,6 x H) – (43,1 x O) + (25 x S)		BOIE (1953) = (84 x C) + (277,7 x H) – (26,5 x O) + (15,0 x N) + (25 x S)
   SEYLER (1938) = (123,9 x C) + (388,1 x H) + (25 x O2) - 4269		NEAVEL (1986) = (81,05 x C) + (316,4 x H) – (29,9 x O) + (23,9 x S) - (3,5x cendres)
   MOTT & SPOONER (1940) OXYGÈNE < 15 % = (80,3 x C) + (339 x H) - (34,7 x O) + (22,5 x S)		GIVEN (1986) = (78,3 x C) + (339,1 x H) – (33,0 x O) + (22,1 x S) + 152
   MOTT & SPOONER (1940) OXYGÈNE > 15 % = (80,3 x C) + (339 x H) - (36,6 x O) + (0,17 x O2) + 22,5 x S   REMARQUE : ces formules ne s'appliquent pas aux mélanges de charbon. Se reporter à la remarque ci-dessus pour la formule de Seyler.

   Extrait de COAL - D.W. Krevelen. (page 529) « Toutes les équations empiriques sont des modifications de l'équation originale de Dulong avec « des fondements théoriques », et sont, par adaptation aux données empiriques de PC du charbon, des relations empiriques de fait. Les corrélations données par GIVEN (1986) et NEAVEL (1986) sont les plus fiables.

9. Calculs du pouvoir calorifique inférieur (PCI) et facteurs de conversion
   Réf. : Pouvoir calorifique inférieur (ASTM D5865-12)
   La chaleur produite par la combustion d'une substance à une pression constante de 0,1 Mpa (1 Atm), combinée avec toute formation d'eau résiduelle sous forme de vapeur.
   
   ASTM D5865-12 / D3180 à pression constante
   Qv-p= 0,01 * RT * (Had / (2*2,016)) - Oad / 31,9988 - Nad / 28,0134)
   Qh = 0,01 * Hvap * (Had / 2,016)
   Qmad = 0,01 * Hvap * (Mad / 18,0154)
   Qmar = 0,01 *Hvap * (Mar / 18,0154)
   Qvar = Qvad *((100-Mar) / (100-Mad))
   Qpad(inférieur) = Qvad(supérieur) + Qv-p - Qh – Qmad
   Qpd (inférieur) = (Qvad(supérieur) + Qv-p - Qh) * (100/(100-Mad)
   Qpar (inférieur) = (Qvad(supérieur) + Qv-p - Qh) * (100 - Mar) / (100 - Mad) – Qmar
   
   Où :
   Qv-p = L'énergie associée au changement de volume de la phase gazeuse pour la réaction de combustion
   R = la constante universelle des gaz [8,3143 J/(mol *K)]
   T = la température-type thermochimique de référence (298,15 K)
   Had = Had,m – 0,1119 * Mad (hydrogène total – H dans l'humidité)
   Oad = Oad,m – 0,8881 * Mad (oxygène total – O dans l'humidité)
   Hvap = chaleur de vaporisation de l'eau à une pression constante (43985 J/mol)
   Qh = chaleur de vaporisation de la teneur en hydrogène de l'échantillon
   Qmad = chaleur de vaporisation de la teneur en eau de l'échantillon d'analyse
   Qmar = chaleur de vaporisation de la teneur totale en humidité de l'échantillon
   Masses atomiques :  O₂= 31,998 / N₂= 28,0134 / H₂2,016 / H₂O = 18,0154
   
   ISO 1928-2009 à volume constant
   Qv, inférieur,m,J/g = (Q gr,v,d - 206,0 [ wHd ] ) x (1-0,01xM_T) - (23,05x M_T)
   Qv, inférieur,m,kcal/kg = (Q gr,v,d - 49,20 [ wHd ] ) x (1-0,01xM_T) - (5,51x M_T)

   ISO 1928-2009 à pression constante
   Qp, inférieur,m,J/g =
   { Q gr,v,d - 212,2 [ wHd ] - 0,8 x [wOd + wNd] } x (1- 0,01M_T) - 24,43 x M_T
   Qp, inférieur, m, kcal/kg =
   { Q gr,v,d - 50,68 [ wHd ] - 0,191 x [wOd + wNd] } x (1- 0,01M_T) - 5,84 x M_T

   [ wHd ] = teneur en H de l'échantillon moins l'hydrogène présent dans l'humidité
   w(H)d = w(H) x 100/100-M_T
   M_T= humidité totale

10. Formule de Seyler
    Différents paramètres du charbon peuvent être évalués à partir de l'analyse élémentaire et des déterminations du pouvoir calorifique, en utilisant la formule de Seyler, et d'autres calculs similaires (la formule de Dulong par exemple).
    
    ISO 1928-2009 Détermination du pouvoir calorifique supérieur
    La norme ISO est la seule norme internationale permettant de calculer l'estimation de la teneur en hydrogène à l'aide de la formule de Seyler.
    
    Le calcul de Seyler est applicable à la plupart des charbons bitumineux uniquement.
    Remarque 1 : NON applicable lorsque l'Hdb est inférieur à 3%.
    Remarque 2 : NON applicable lorsque la teneur en Odaf est supérieure à 15%.
    Remarque 3 : NON applicable pour l'estimation de H si les expéditions de charbon sont un mélange de charbon de qualité inférieure, ou de l'anthracite, ou du coke de pétrole, et des charbons bitumineux.
    Remarque 4 : NON applicable pour le charbon de qualité inférieur, l'anthracite, le coke de pétrole ou le coke.
    
    ISO 1928-2009 Partie E.3.3
    wH = 0,07 x w(V) + 0,000165 x qv,gr,m - 0,0285 x [ 100 - M_T- w(A) ]
    w(H) - est la teneur en H de l'échantillon moins l'H contenu dans l'humidité, en % massique
    w(V) - est la teneur en VM de l'échantillon avec la teneur en l'humidité M_T, en % massique
    w(A) - est la teneur en cendres de l'échantillon avec la teneur en humidité M_T, en % massique
    qv,gr,m - est le PC supérieur de l'échantillon avec la teneur en humidité M_T, en joules/g

11. TAILLE MOYENNE DU COKE (référence : ISO 728, annexe A)
    = (B(a-c)+C(b-d)+…+J(h-k) +100j)/200

    Où : a, b, c, d…h, j, k les dimensions des trous, en mm des tamis successifs ; 'A, B, C, D…H, J, K les surdimensions cumulées en pourcentage pour chacun des tamis.
    
    Remarque : Le tamis avec la dimension de trou « a » représente le plus petit tamis à travers lequel passe tout le coke (c.-à-d. A = 0 %). Le tamis présentant la dimension de trou « k » représente en théorie le tamis à travers lequel le coke ne passera pas (k = 0 mm, K = 100 %).

Indice de réactivité du coke (CRI) et indice de résistance post-réactionnelle du coke (CSR)

Lorsque le coke descend dans le haut fourneau, il est soumis à une réaction avec le CO₂à contre-courant et l'abrasion. Ces processus simultanés affaiblissent le coke et réagissent chimiquement avec ce dernier pour produire des poudres excessives qui peuvent réduire la perméabilité de la charge du haut fourneau. SGS mène des essais CRI et CSR en vue de fournir rapidement des résultats précis. Les essais CRI et CSR déterminent la quantité d'énergie que votre charbon produira lorsqu'il sera brûlé dans le four.

L'essai CRI/CSR mesure le coke réactivement dans le dioxyde de carbone à des températures élévées et sa résistance post-réactionnelle par culbutage. Lors de l’analyse 200 g de prise d’essai d’un échantillon de coke 19 x 22 mm est constitué à partir d’un échantillon parent de 1 kg et mis dans un réacteur en présence de CO₂ pendant 2 heures à 1100°C. Le coke ayant subi des réactions est ensuite culbuté dans un culbuteur en forme de I pendant 600 tours à 20 rpm, et est ensuite pesé. Le pourcentage du poids du coke dont la taille est supérieure à ⅜” égale le CSR. La plupart des hauts fourneaux requerront un coke avec un CSR supérieur à 60 % et un CRI inférieur à 25. SGS s'engage à fournir une analyse du coke métallurgique précise et rentable pour votre exploitation.

SGS est le leader mondial dans la prestation d'analyses et d'essais du charbon et du coke. Les données résultant de nos processus analytiques garantissent un rendement et des taux de récupération optimaux de votre charbon ou coke.

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