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Methode de production de gaz pour la fourniture d'energie La présente invention concerne un procédé de production de gaz susceptible de fournir de l'énergie, par gazéification du charbon en contre-courant dans une gaze cuve, afin de produire un gaz ayant une température d'environ 500 deg C et, outre H2, CO et N2, contenant des composes sulfurés et des substances goudronneuses, lesdits gaz étant soumis ä un procédé pour enlever les substances goudronneuses avant d'entre conduits dans une cuve contenant de la dolomite ou du calcaire pour l'élimination des composes sulfurés.
L'utilisation du charbon pour la production d'energie est substantiellement gênée par des facteurs écologiques associes avec la combustion du charbon. Le problème principal résulte de la production de substances acides telles les oxydes de soufre et d'azote. Dans une certaine mesure des tentatives ont été faites pour résoudre ce problème en adoptant differentes étapes de lavage mais celles-ci entrainent une augmentation considerable du coQt. 11 est extrêmement difficile ou impossible d'atteindre avec une technologie conventionnelle le degré de purification exige pour faire accepter le charbon comme un des premiers matériaux de choix pour la production d'énergie.
Ces problèmes peuvent être résolus en gazéifiant d'abord le charbon et produisant alors 1'énergie par combustion du gaz généré. 11 est relativement aisé d'obtenir un degré élevé de purification, c'est à dire plus de 95%, par élimination du soufre dans le mélange
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charbon-gaz réducteur et puisque la combustion est alors celle d'un combustible gazeux il peut etre adapté de manière à ce que beaucoup moins d'oxide d'azote soit formé par rapport à ce qui est possible avec des combustibles solide ou liquide. La gazéification offre aussi des solutions plus adaptées à differents autres effets écologiques défavorables de la combustion du charbon, par exemple au niveau de la production de mercure, d'hydrocarbones polyaromatiques, de métaux lourds et de cendres dispersées.
Un effort considerable a été fait récemment pour développer une méthode de gazéification du gaz pour produire de l'énergie, mais à chaque fois les problèmes de couts se sont avérés insurmontables. La raison première en est la consommation importante de gaz oxygène, en regard des couts d'investissement élevés et la consommation relativement élevée d'electricité necessaires pour produire le gaz oxygène. De plus dans la plupart des gazificateurs de charbon 10-20% du gaz formé est brulé dans le réacteur de gazéification afin de produire la chaleur exigée pour la gazéification et obtenir une température de réaction favorable.
Les procédés de gazéification du charbon sont des méthodes simples et peu couteuses pour produire du gaz pour la fourniture d'energie en utilisant l'air tout en consommant le minimum de charbon. Le charbon, essentiellement sous forme brute, est gazéifié en contre-courant par soufflage d'air chauffé dans 1a cuve. Le gaz formé a une température de 500 degC et étant donné cette température basse contient des
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quantites raisonnables de substances goudronneuses et des petites quantités de charbon non brulé sous forme de particules.
Comme divulgué dans 1a demande de brevet suédois 85 04 439-4 et 85 04 440-2 du meme déposant. il a été proposé de décomposer thermiquement les hydrocarbones présents dans un gaz produit par gazÉification du charbon, en injectant un gaz chauffe par un générateur de plasma.
Après cracking partiel, le gaz est conduit à travers un filtre à dolomite du type utilise dans le procédé Wiber-Soderfors. Le craking complet des goudrons subsistant étant obtenu durant le transport à travers le filtre, le gaz étant purifié de son soufre en même temps.
Le procédé selon la présente invention est basé sur la technique signalée dans le preambule ci-dessus, et est caracterisé en ce que le gaz quittant la cuve est introduit dans une chambre en même temps qu'un gaz comprenant de l'oxygène, afin de decomposer au moins partiellement les goudrons présents dans le gaz, la quantité d'oxygène ajoutée etant ajustée afin que le quotient C02/CO dans le gaz résultant n'exède pas 0, 1, une température de 900 - 1200 deg C étant maintenue dans ladite chambre, et le gaz est ulterieurement introduit dans un cuve ä dolomite ou calcaire pour élimination des composes sulfures et des substances goudronneuses restantes, et gazéification de toutes particules de charbon résiduelles.
Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention de l'énergie est fournie ä la chambre de réaction de façon a obtenir une temperature favorable pour le cracking.
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Ceci peut être fait en pré-chauffant le gaz oxygène avant son entrée dans la chambre. L'énergie est de prference fournie en partie par le prechauffage du gaz oxygène et en partie par une combustion partielle dans la chambre.
Le gaz oxygèné est de préférence l'air ou de l'air enrichi en oxygène.
L'intervalle de température est essentiel pour fournir un cracking sans fusion et le quotient gazeux est essentiel pour l'elimination du soufre et, evidemment pour la densité énergétique du gaz produit.
Des avantages et caractéristiques supplémentaires de l'invention seront évidents à la lecture de la description qui suit. L'invention est également illustrée ci-dessous ä l'aide d'un exemple.
La cuve de gazéification est du type des générateurs de gaz d'usage généralisé en particulier en Angleterre, durant la première partie du 20ème siècle. Ces générateurs de gaz étaient alimentées entièrement par du charbon en masse et fournissaient un gaz avec un contenu très é1evé en goudrons. Dans notre conception, le générateur est opéré par un courant ou jet d'air chaud et la cendre est fondue en une scorie liquide tout en permettant à une partie du charbon d'être sous la forme de poussière de charbon si la différence de chaleur est compensée par la température du jet.
La conversion des cendres de charbon en scories confère un rendement é1evé calculé par. rapport au charbon car des quantités negligeables restent dans les scories, le
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volume des cendres est grandement réduit et les vitesses de'leaching'sant considérablement inférieures.
Un autre avantage résultant de la conversion de la cendre de charbon en scorie est que des formateurs de scorie peuvent être utilisés pour controler la composition de la cendre par exemple pour la fabrication d'un ciment. Un désavantage avec ce type de gazéificateur est que toutes les sortes de charbon ne gaze sont pas susceptible de gazéification par contre-courant avec augmentation lente de température.
Ceci s'applique d'abord au charbon qui est converti sous forme liquide sous l'influence de la chaleur ou qui'explose'en des petites particules. Ceci est partiellement compense par le fait que 70% du charbon brut est injectable sous forme finement désagrégée et les limitations décrites ci-dessus ne sont pas applicable a ce pourcentage.
Le gaz du générateur est mélangé avec de l'air afin d'obtenir la quantité d'oxygène requise pour le cracking des substances goudronneuses. L'air est de preference pré-chauffé pour éviter un contenu trop élevé de C02 dans le gaz car ceci conduirait à un efficacité plus faible de l'étape ultérieure d'élimination du soufre. Une partie du besoin d'énergie peut être cependant couverte par une combustion partielle dans la chambre.
Pour donner une indication de la quantite de C02 qui est permise dans le gaz, le quotient C02/CO ne devrait pas excéder 0, 1.
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La température dans la chambre devrait se situer dans l'intervalle compris entre 900 et 1200 deg C, de préférence environ 1100 deg C. re p Le melange et l'augmentation de température s'effectuent en une étape dans la chambre de mixage en contact direct avec la cuve de désulfuration dans laquelle le gaz reste pendant une temps suffisant pour permettre un cracking complet et la purification par élimination du soufre.
Le filtre à soufre est un type de filtre deja utilisé dans le procédé Wiber-Soderfors pour éliminer le soufre du gaz reducteur.
Selon les mesures effectuées sur des gaz comparables dans le cadre de ce procédé, le contenu en soufre du gaz sortant reste constamment inferieur à 20-30 ppm, la dolomite étant entièrement utilisée jusqu'a une profondeur d'à peu près 6 mm si le gaz reste dans la cuve pendant environ 36 heures. La raison principale pour laquelle l'augmentation totale de la température du gaz entrant dans le filtre n'est pas produite par une combustion partielle du gaz est que le gaz acquerait alors un potentiel d'oxygène plus élevé. entrainant une détérioration des conditions de purification par Elimination du soufre.
Le grand avantage d'une purification par elimination du soufre avec un agent désulfurant en phase solide (au lieu d'être sous forme de scorie par exemple) est que l'actiuite de l'oxyde de calcium reste proche de l'unite, produisant ainsi une purification plus complète et une diminution de la consommation de l'agent désulfurant.
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Dutre les substances goudronneuses, le gaz quittant la cuve de gazéification contient également des quantités variables de fine particules de charbon. Celles sont captées dans la cuve de désulfuration et, puisque le gaz est légèrement oxydant (environ 5% de C02 + H20), elles seront lentement gazéifiées et la dolomite est en consequence pratiquement depourvue de charbon lors de sa décharge.
La combinaison des opérations de conversion des cendres en scories et de cracking dans les filtres de dolomite produit donc un rendement de 100% à partir du charbon.
L'agent de desulfuration dans le filtre est de la dolomite brute qui est brulée dans la partie supérieure de la cuve. Ceci produit à peine une addition de 1% et reduit la température du gaz de 50 à 75 deg C de manière telle que le filtre est à environ 1000 deg C.
Le gaz purifié est soumis à un échange de chaleur avec le jet d'air entrant et quitte le dispositif de gazéification à environ 6500 deg C. Le gazifieateur est concu pour fonctionner à un intervalle de surpression compris entre 0 et 3 bar, selon le type d'utilisation prévue du gaz.
Le gaz produit a une valeur thermique d'environ 4, 6 MJ/m3N. La température de flamme et la quantité de résidu émis par unité d'énergie sont proches des valeurs obtenues avec une combustion normal de Pétrole. Le gaz peut donc être considéré comme extrêmement eficace pour la production d'énergie.
Exemple
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Le charbon est gazéifié dans une cuve en contre courant avec un soufflage d'air préchauffé. L'analyse du charbon fournit la composition suivante :
C 75, 9 %
H 4, 3 %
H20 9, 4 %
N 1, 3 %
5 0, 5 %
Cendres 8, 6 % dont Eau 4 % Le gaz sortant de la cuve a une température d'environ 500 deg C et a la composition suivante
CnHm 6.5 %
C02 1, 8 %
H20 1, 4 %
CO 30, 0 %
N2 60, 2 %
H2S 0.1 % Du point de vue stoechiométrique 29, 3 m3N d'air par 100 kg de charbon sont nécessaire pour décomposer tous les hydrocarbones dans le gaz en CO et H2.
La température du gaz quittant la cuve à dolomite apres la chambre de mixage est d'à peu près 1000 deg C et sa composition est la suivante :
C02 0, 3 %
H20 0, 1 %
H2 12, 0 %
CO 32.0 %
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N2 55,6 % Le rapport entre CaO + H2S et CaS + H20 gouverne la purification et dans le cas stoechiométrique on obtient un rapport H20 : H2S de 180 correspondant ä 99% de désulfuration.
Avec un mélange de gaz dans la chambre de mixage, ayant une composition correspondant au quotient C02 + H20/C02 + H20 + CO + H2 = 0, 075 il est requis 64, 1. m3N d'air par 100 kg de charbon. Le gaz quittant le filtre à dolomite a alors une température d'environ 1100 deg C avec la composition suivante :
C02 1, 9 %
CO 28, 4 %
H20 1, 6 %
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H2 9, 7 % N2 58, 4 % H2S 0. 009 %.
Dans ce cas le degré de de'sulfuration est de 87, 5 %.