Projet de stockage de matériaux de graphite pour anodes : 13 silos d'une capacité totale de 150 000 m³

Défis techniques liés au stockage du coke de pétrole et du coke calciné dans les silos de stockage de graphite anodique

D'un point de vue technique, la conception d'un système de stockage pour anode en graphite il faut tenir compte de la distribution granulométrique (généralement comprise entre 0,5 et 10 mm pour le coke de pétrole), la densité apparente qui peut varier entre 650 et 900 kg/m³, et le teneur en humidité qui est inférieure à 1,51 TP6T et se situe en dessous du seuil de sensibilité critique. Ces facteurs influencent la stabilité du système de déchargement et la conception du silo. Dans le cadre d’un modèle EPC (ingénierie, approvisionnement et construction), les silos font partie d’un système continu de traitement des matières premières conçu pour répondre à une demande de 50 à 300 tonnes par heure. Les usines modernes de matériaux pour batteries à grande échelle adoptent de plus en plus le concept d’un silo modulaire industriel système visant à améliorer l'évolutivité et l'efficacité des travaux de construction.

Silo de stockage de coke calciné

Silo industriel pour matériaux pulvérulents

La croissance rapide de la production de batteries lithium-ion a rendu nécessaire la mise en place d’une logistique stable pour l’approvisionnement en matières premières destinées à la fabrication des anodes. Au sein de ce réseau, la conception des silos de stockage, tant pour le coke de pétrole que pour le coke calciné, revêt un rôle crucial pour garantir la disponibilité continue des matières premières nécessaires aux processus de graphitisation et de mélange des anodes. La plupart des installations industrielles qui traitent ces matériaux disposent de capacités de stockage comprises entre 5 000 et 80 000 tonnes par complexe de silos. Dans les projets EPC, il convient de mentionner en détail Caractéristiques techniques d'un silo en acier assemblé par boulons est souvent utilisé pour normaliser les paramètres de conception et garantir la cohérence au sein des installations de stockage de grande capacité.

La fiabilité du système en fonctionnement dépend en grande partie de la classification du comportement du flux. Dans les usines modernes de fabrication de matériaux pour batteries, systèmes de stockage de masse sont tenus de mettre en place des systèmes de déchargement contrôlé qui évitent le phénomène d'écoulement en entonnoir et réduisent au minimum les temps d'arrêt de production d'une durée supérieure à 8 à 12 heures.

Logique de conception des silos de matières premières à anodes à compartiments multiples dans les lignes de production à grande capacité

Stratégie d'agencement du système pour assurer la stabilité de l'alimentation en continu dans les configurations à plusieurs bacs

Afin de dissocier les processus en amont et en aval de la carbonisation et de la graphitisation, respectivement, dans les usines de matériaux pour batteries à haut débit, le architecture d'un système de silos à compartiments multiples Il s'agit de la configuration la plus courante. Elle se compose généralement de 4 à 12 silos, dont la capacité de stockage individuelle varie entre 2 000 et 10 000 m³. Conçu de cette manière, le système est destiné à absorber les fluctuations d'approvisionnement au cours des processus en amont, avec une capacité approximative de temps tampon de 24 à 72 heures afin d'assurer le fonctionnement ininterrompu de l'usine.

La conception des systèmes d'alimentation en continu repose sur la stabilité du système. Pour une alimentation en continu, les débits de décharge doivent se situer dans le même ordre de grandeur (c'est-à-dire. ±5%) les uns par rapport aux autres, sous peine de rendre instable le processus en aval. Les alimentateurs rotatifs à fréquence variable, par exemple, permettent de réguler des débits compris entre 20 et 200 tonnes/heure pour chacune des lignes d’alimentation rotatives. Si le système de régulation permet de contrôler les débits vers les alimentateurs rotatifs, le processus de calcination en aval ne subira pas de variations de température supérieures à 30 à 50 degrés Celsius, ce qui aurait un impact négatif sur la qualité du produit.

Le système présente les caractéristiques de conception suivantes :

• Capacité tampon : Assure la continuité des opérations pendant 24 à 72 heures.
• Régulation du débit : Régle le débit de déchargement des sorties du silo avec une précision de ±5%.
• Redondance : Conçoit le système de manière à atteindre le même débit même si 1 à 2 silos sont hors service.
• Système de débit massique : La discontinuité et la ségrégation ultra-faible constituent des principes fondamentaux de conception et sont garanties avec un niveau de fiabilité supérieur à celui de l'alliage 80%.

Les systèmes de manutention des matériaux utilisés dans les applications industrielles haut de gamme sont souvent optimisés davantage grâce à une <a href="https://www.neoriginsteelsilo.com/silo en acier revêtu d'inox afin d'améliorer la résistance structurelle à long terme et la protection des matériaux.

Variabilité des flux de matière entre les systèmes de stockage du coke de pétrole et du coke calciné

Les différents matériaux présentent des comportements d'écoulement différents. Le coke calciné présente un écoulement en poudre plus cohésif et dispose d'une surface spécifique plus élevée ainsi que de particules plus fines (D50 < 2 mm) par rapport au coke de pétrole. De ce fait, le coke de pétrole est plus granuleux et s'écoule plus librement. Ces comportements d'écoulement influencent la conception des trémies et des sorties des canaux d'écoulement.

Matériaux en vrac à base de coke de pétrole calciné

Le coke de pétrole et le coke calciné présentent également des différences densités apparentes ce qui a une incidence sur la conception des silos. Le coke de pétrole présente une densité apparente comprise entre 650 et 850 kg/m³, mais celle du coke calciné est plus variable, en fonction de la température de calcination (1 200 à 1 350 °C), et peut se situer entre 900 et 1 050 kg/m³. Cela signifie que les systèmes de silos doivent pouvoir s'adapter à 20 Variations de charge % et ne subisse pas de dommages structurels.

Les angles des trémies sont fixés entre 55° et 70° afin d'éviter tout risque de formation de ponts ou de trous de rat, le coefficient de frottement sur les parois des silos revêtus d'acier se situant généralement entre 0,35 et 0,55.

• Contrôle de la ségrégation des matériaux : Empêche la séparation des particules lorsque le nombre de cycles de décharge dépasse 1 000 cycles par jour.
• Optimisation de la géométrie de la trémie : Améliore la stabilité de l'écoulement pour des coefficients de frottement par rapport à la paroi de 0,55.
• Adaptation de la fluidité : Modèles adaptés à des granulométries comprises entre 0,5 mm et 10 mm.
• Conception de la compensation de densité : S'adapte à une variation de la masse volumique apparente de 300 kg/m³.

Nécessité technique du débit massique dans les silos de matériaux pour batteries à grande capacité

La conception d'un silo à débit massique s'impose lorsque le débit de production de matériau d'anode dépasse 150 tonnes/heure. Contrairement aux systèmes à écoulement en entonnoir, les systèmes à écoulement massique assurent également un déchargement selon le principe « premier entré, premier sorti » et réduisent considérablement la variation du temps de séjour du flux de matière, qui passe de 30 à 60 jours à seulement 5 à 15 jours.

Un système de déchargement de silo correctement conçu permet de réduire les fluctuations de pression interne de 25-40%, ce qui permet d'améliorer la stabilité structurelle des parois des silos en acier. Cette conception revêt une importance particulière pour les silos dont le diamètre est supérieur à 25 mètres et la hauteur supérieure à 40 mètres, où les pressions exercées sur les parois peuvent dépasser 120 à 180 kPa en fonction du niveau de remplissage. Les projets EPC modernes recourent à des systèmes de surveillance en temps réel équipés de capteurs de force et de capteurs de pression, avec 6 à 12 points de mesure par silo, afin de garantir un contrôle continu de l'uniformité du déversement.

• Contrôle du régime d'écoulement : Garantit un débit uniforme avec un écart inférieur à 5%.
• Stabilisation de la pression : Réduit la contrainte maximale sur la paroi jusqu'à 40 kPa.
• Efficacité opérationnelle : Prolonge les intervalles d'entretien jusqu'à 12 mois.
• Cohérence de la qualité des matériaux : Réduit la ségrégation de plus de 30%.

Stratégie de contrôle coordonnée entre les systèmes de commutation des silos et les systèmes de transport

Dans les installations intégrées, les systèmes de transport pneumatique et les unités de déchargement des silos fonctionnent selon des boucles de régulation coordonnées. Les systèmes de transport ont généralement une capacité de 30 à 180 tonnes par heure et par ligne, ce qui nécessite une synchronisation avec les alimentateurs à la sortie des silos.

Grâce à l’architecture intégrée des systèmes de transport, ceux-ci peuvent être basculés d’un silo à l’autre en 10 à 30 secondes, ce qui facilite le changement de matériaux et permet de réduire au minimum les temps d’arrêt. Cela est essentiel pour assurer la production continue de matériaux d’anode pendant 330 à 350 jours d’exploitation par an. La logique de commande est pilotée par des systèmes de contrôle basés sur des automates programmables (PLC), où le temps de réponse pour la commande des mécanismes de commutation est inférieur à 200 millisecondes et celui pour le contrôle du débit est de 200 millisecondes.

• Le temps d'indisponibilité lors du basculement entre silos est compris entre 10 et 30 secondes.
• Le débit du pipeline est adapté au débit de déchargement des silos, compris entre 30 et 180 tonnes par heure.
• Le temps de réponse de l'automate est réglé sur moins de 200 millisecondes.
• Le système est conçu pour fonctionner en continu plus de 330 jours par an.

Maîtrise des risques structurels dans les silos profonds de grand diamètre destinés au stockage du coke de pétrole

Répartition des charges et stabilité structurelle des silos de stockage de matières solides en vrac

Les grands silos de stockage de matières solides en vrac destinés au coke de pétrole ont généralement un diamètre compris entre 20 et 35 mètres et une hauteur comprise entre 25 et 60 mètres. L'analyse structurelle de ces grands silos constitue un élément essentiel de la conception technique, car pressions latérales exercées sur les murs peut atteindre 100 à 200 kPa selon la hauteur de remplissage des silos et le compactage.

La conception des parois des silos en acier tient compte répartition des contraintes et donne généralement une épaisseur comprise entre 8 et 25 mm. L'analyse par éléments finis (AEF) se concentre sur les zones de “ concentration des contraintes ”, en particulier sur les zones de transition des trémies, car les parois des silos peuvent être soumises à des charges 1,5 à 2,0 fois supérieures à la pression moyenne exercée sur les parois en raison de l'amplification des charges.

• La modélisation de la répartition des charges permet d'obtenir une variation des contraintes comprise entre ±15% pour les sections verticales.
• L'épaisseur des parois pour les différentes zones de hauteur est prévue dans une fourchette comprise entre 8 et 25 mm.
• La zone de transition des trémies fait l'objet d'un renforcement afin de limiter les pics de concentration de contraintes à 2,0 fois la pression moyenne exercée sur la paroi.
• La conception du transfert des charges des fondations est prévue pour une charge de base comprise entre 1 500 et 3 000 kN.

Principes de conception des systèmes d'atténuation des risques d'explosion et d'inertage

La nécessité éventuelle d’un système de protection contre les explosions de poussière peut résulter d’une concentration maximale de poussière comprise entre 40 et 60 g/m³ dans les locaux de stockage de coke de pétrole mal ventilés. Étant donné que le énergie minimale d'allumage (MIE) Bien que la concentration de poussières fines de carbone ait été mesurée à des niveaux aussi bas que 30 à 60 mJ, on insiste sur la nécessité d'un niveau de sécurité plus élevé lors de la conception technique.

Une pratique courante en ingénierie consiste à utiliser un système d'inertage à l'azote pour réduire la concentration en oxygène à une valeur comprise entre 10% et 12%, ce qui réduit considérablement le risque d'incendie. Il est d'usage d'installer des capteurs de surveillance de la concentration en oxygène à l'intérieur des silos, à trois à six niveaux verticaux différents.

• La concentration d'oxygène admissible est maintenue en dessous de 12%.
• La concentration de poussière en suspension dans l'air est maintenue à un niveau de sécurité inférieur à 50 g/m³.
• La conception technique permet de réduire le risque d'inflammation pour une valeur MIE de 60 mJ.
• La surveillance s'effectue sur trois à six niveaux au sein de chaque silo.

Lignes directrices pour la conception technique des systèmes de stockage de matériaux anodiques à grande échelle

Un site bien conçu système de stockage à anode en graphite contribue à un flux fluide et continu des matériaux, à une réduction au minimum des temps d'arrêt et à un calendrier de production ordonné et prévisible. Lors de la prise de décisions techniques, il convient de mettre l'accent sur fiabilité du débit et la sécurité structurelle, ainsi que l’intégration du système avec les unités de traitement en amont et en aval.

Notre groupe d'ingénierie EPC dispose d'une expertise approfondie pour concevoir des systèmes de stockage en silos et de transport entièrement intégrés destinés aux matériaux carbonés de qualité batterie, notamment le coke de pétrole, le coke calciné et les matières premières pour anodes en graphite. Chaque projet est adapté aux besoins spécifiques en fonction des débits prévus, des propriétés des matériaux et des contraintes du site. La planification intégrée des projets comprend souvent des solutions sur mesure solutions de stockage pour silos de coke de pétrole afin de garantir un traitement sans heurts, de la réception jusqu’aux étapes de transformation en aval.