Les matériaux et la conversion avancée du charbon 2^e* partie

Materials in advanced coal conversion

¹ Chef de la Division Matériaux, Commission des Communautés Européennes, Joint Research Center, Petten (Pays-Bas) ; Professeur à l’Université de Delft
² Enseignement et recherche au Service d’Analyse Physico-Chimique (S.A.P.C.) et Division Matériaux (E.R.A. 910, CNRS), Université de Technologie de Compiègne (U.T.C.) France

Résumé

Les procédés de conversion et d’utilisation du charbon sont nombreux et complexes. Ils diffèrent par les conditions opératoires mises en jeu (température, pression, vitesse de transfert des matières, etc.). Les matériaux de construction des installations modernes qui transforment ce combustible sont donc, eux aussi, très variés et leurs caractéristiques (physico-chimiques et mécaniques) doivent satisfaire à des exigences technologiques très élevées.

Les matériaux choisis sont soit métalliques (aciers, alliages spéciaux...), soit non métalliques (céramiques, réfractaires...). Les conditions sévères de leur emploi exigent de bien connaître leur comportement face aux réactions et phénomènes multiples qui entraînent leur défaillance possible.

On peut citer par exemple la corrosion chaude par les sels fondus, l’oxydation à haute température, la carburisation et la sulfuration, la corrosion-érosion, la fatigue, le fluage, la fragilisation par l’hydrogène, etc.

Bien entendu, ces processus de dégradation des matériaux seront plus ou moins importants selon les procédés choisis : combustion, liquéfaction, gazéification ou pyrolyse, mais en général ils ne se produiront pas isolément. Il est donc nécessaire d’étudier des rôles combinés des différentes circonstances et conditions qui, en synergie, favorisent l’abaissement de l’intégrité structurale des matériaux de construction des installations d’utilisation et conversion avancées.

L’étude approfondie de tous les paramètres opératoires de ces équipements industriels est impérative et les comportements des nombreux matériaux envisageables pour leur construction doivent être parfaitement maîtrisés, si l’on veut substituer dans l’avenir le charbon au pétrole pour la production d’énergie ou pour l’industrie chimique.

Abstract

The methods for conversion and utilisation of coal are both numerous and complex. They differ in the operating conditions employed (temperature, pressure, residence time, etc.). The construction materials which are used in the modern installations for transformation of this fuel, are also, therefore, very varied and their characteristics (physico-chemical and mechanical) have to satisfy very high technical demands. The materials selected include both metals (steels, superalloys...) and non-metals (ceramics, refractories...). The severe application conditions call for a good knowledge of their conduct in the face of multiple degradation reactions. One can cite, for example : hot corrosion by fused salts ; high temperature oxidation, carburisation and sulphidation ; corrosion-erosion ; fatigue, creep ; hydrogen embrittlement ; etc.

Of course, the relative importance of the degradation process will depend upon the chosen technique : combustion, liquefaction, gasification, or pyrolysis, but in general they do not occur in isolation. It is therefore necessary to study in combination the different fluctuating and steady conditions which synergistically favour the reduction of the structural integrity of the constructional materials used in the advanced conversion and utilisation installations.

A thourough knowledge of all the operating parameters of these industrial installations is absolutely necessary and the behaviour of many candidate constructional materials has to be studied in depth and mastered if one wishes, at some future date, to substitute coal for oil for the production of energy or as feedstock for industrial chemistry.