<Desc/Clms Page number 1>
" La gazéification du charbon."
La présente invention se rapporte à la gazéification de substances carbonées. Elle concerne plus particulièrement un procédé perfectionné pour maintenir la température dans le générateur. Suivant'la présente invention, la température dans le générateur, tel qu'un générateur de gaz à l'eau par exemple, est maintenue par le retrait d'une partie de la substance car- bonée hors du générateur et le passage de delle-ci dans une conduite de transfert qui est en contact avec l'air pendant un laps de temps relativement court.
En opérant de cette maniè- re, on est assuré d'obtenir une production d'anhydrndccarboni- que maximum en comparaison avec celle.d'oxyde de carbone don- nant une production maximum de chaleur pour la quantité de sub- 'stance carbonée mise en circulation. on connalt bien la technique du traitement des substances carbonées tel que le charbon avec la vapeur pour la
<Desc/Clms Page number 2>
production de gaz à l'eau. Dans cette réaction endothermique, le carbone réagit avec la vapeur pour produire de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone. Les problèmes rencontrés dans une réaction de gazéification de charbon sont la transformation en coke du charbon concassé ou des restes de charbon en excès, la formation de gaz à l'eau à partir de coke et de vapeur, et la fourniture de chaleur pour la fabrication de gaz à l'eau.
La présente invention concerne plus particulièrement ce der- nier problème.
Conformément à cette invention la température dna s s le générateur de gaz à l'eau est maintenue par le retrait d'u- ne partie' de la substance carbonée hors du générateur, la com- bustion d'une partie de cette substance retirée dans des con- ditions telles qu'elle produise une quantité maximum d'anhydri- de carbonique et la remise dans le cycle du résidu chauffé vers la zone de génération. Ceci est extrêmement souhaitable parce que , dans la combustion donnant de l'anhydride carboni- que, on produit environ trois fois autant de chaleur que dan-s la combustion donnant de l'oxyde de carbone (94,0 vs. 26,4 gran- des cal. / mole de charbon), diminuant.de cette façon la quan- tité de carbone et d'air nécessaire à la production d'une quan- tité donnée de chaleur utilisable.
Puisque l'équilibre en pré- sence de carbone favorise beaucoup la formation d'oxyde de carbone aux températures auxquelles la chaleur doit être pro- duite, on peut effectuer cette opération uniquement en diminuant la chance de réaction entre le gaz et les phases solides de façon à empêcher la réaction secondaire plus lente C + C02 zeo 2C0, tout en permettant à la réaction primaire beaucoup plus rapide'C + 02 C02 de se poursuivre.
Le procédé suivant la présente invention peut être rapidement compris si l'on se réfère au dessin illustrant une modification dudit procédé.Une substance carbonée, comme par
<Desc/Clms Page number 3>
exemple du charbon ou du coke est enlevéede la trémie à char- bon (1) par la conduite (2), est introduit dans le générateur de gaz à l'eau (3) par la conduite (4). On introduit de la va- peur dans la conduite (4) par la conduite (5). La quantité de charbon ou de coke introduite dans le générateur de gaz à l'eau est commandée au moyen d'une soupape à tiroir.
Le générateur de gaz à l'eau est maintenu à une pression comprise entre environ la pressilon atmosphérique et 100 livres/pouce carré de gaz tandis que la température est maintenue entre environ 1500 F. à 2100 F. La température es maintenue dans le générateur de gaz à l'eau (3) de la fa- çon décrite ci-dessous. Les produits de réaction sont retirés par le haut du générateur (3) par une conduite (7) et introduits dans une zone de séparation (8) dans laquelle les produits carbonés ou cendreux sont séparés et enlevés par la conduite (9). Les produits de réaction du gaz à l'eau sont enlevés u système au moyen de la conduite (10) et traités suivant toute manière appropriée.
Il peut être souhaitable de remettre dans le cycle les produits cendreux séparés dans la zone (8) auquel cas ces produits sont enlevés par une conduite (11) et remis dans le cycle vers la zone de génération (3). Des quantités suffisantes et supplémentaires de vapeur peuvent être intro- duites par une conduite (12). Des soupapes à tiroir (13) et (14) commandent la quantité de cendres passant respectivement au travers des conduites (11) et (9).
Conformément à cette invention, des substances car- bonées sont détournées de la zone du générateur de gaz à l'eau (3) par une conduite (15). La quantité de substances carbonées détournée est commandée au moyen d'une soupape à tiroir (16).
De l'air est introduit par une conduite (17) et l'air et les substances carbonées passent à travers une conduite relative- ment courte (18) afin que le temps de contact entre les sub-
<Desc/Clms Page number 4>
stances carbonées et l'air soit relativement court. Les pro- duits de réaction sont introduits dans la zone de séparation à cyclone (19) dans laquelle le gaz de fumée chaud est séparé et enlevé par une conduite (20). Ces gaz peuvent être traités de quelque manière utile comme, par exemple, passés dans des échangeurs de chaleur. Les substances carbonées non brûlées sont séparées dans une zone de séparation (19), retirées par une conduite (21), de la vapeur est ajoutée par une conduite (22) et les substances carbonées chauffées retournent alors vers la zone du générateur de gaz à l'eau (3) par la conduite (4).
Le procédé de la présente inventimn peut être modi- fié dans de larges limites. L'invention peut être adaptée à. tout procédé dans lequel on désire s'assurer la quantité ma- ximum de chaleur par la combustion de matières carbonées tel- les que du charbon. L'invention est cependant spécialement a- daptée à une réaction de générateur de gaz à l'eau dans laquel- le on désire maintenir la température dans la zone du généra- teur dans un intervalle fixe.
Conformément à la présente invention, on met du char- bon ou du coke en contact avec de l'air pendant un laps de temps relativement court, ce qui donne pour résultat la pro- duction maximum d'anhydrde carbonique et la production minimum d'oxyde de carbone. Donc, pour maintenir la température dans la zone du générateur, il est possible de mettre en circulation une plus petite quantité de matière carbonée, qu'on ne pourrait le faire autrement dans le cas où l'équilibre entre l'anhy- dride carbonique et l'oxyde de carbone serait atteint.
Le temps de contact entre l'air et le charbon peut être considérablement modifié. Cependant il est essentiel que le temps de contact soit inférieur à.secondes de préférence, moins d'une seconde. Il est particulièrement désirable de met-
<Desc/Clms Page number 5>
tre en contact l'air et le coke pendant moins de 0,7 secondes à une température de l'ordre d'environ 1600 F. à 2200 F.
La présente invention sera mieux comprise grâce à l'exemple suivant illustrant des modifications de celie-ci.
EXEMPLE I
On a effectué différentes opérations dans lesquel- les l'air et le coke ont été mis en contact pendant des pério- des de temps indiquées. Les résultats de ces opérations sont les suivants :
EMI5.1
<tb> Oper. <SEP> Oper. <SEP> Oper. <SEP> Oper. <SEP> Oper.
<tb>
<tb>
<tb>
1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Temps <SEP> de <SEP> contact <SEP> (sec.) <SEP> ,66 <SEP> ,56 <SEP> ,56 <SEP> ,53 <SEP> ,10
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> F <SEP> 1725 <SEP> 1900 <SEP> 1700 <SEP> 1900 <SEP> 1800
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Analyse <SEP> du <SEP> gaz <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fumée <SEP> - <SEP> mol <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> co2 <SEP> 18,3 <SEP> 14,4 <SEP> 18,2 <SEP> 16,3 <SEP> 3,6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CO <SEP> 3,1 <SEP> 9,7 <SEP> 3,8 <SEP> 6,4 <SEP> 27,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 02 <SEP> 0,0 <SEP> 0,1 <SEP> 0,0 <SEP> 0,2 <SEP> 0,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> N2 <SEP> 78,6 <SEP> 75,8 <SEP> 78,0 <SEP> 77,1 <SEP> 69,
4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> % <SEP> C02 <SEP> dans <SEP> CO <SEP> + <SEP> C02 <SEP> 86 <SEP> 60 <SEP> 83 <SEP> 72 <SEP> 12
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> %, <SEP> C02 <SEP> dans <SEP> CO <SEP> + <SEP> C02 <SEP> à
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> équilibre <SEP> pour <SEP> C02
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> + <SEP> ==== <SEP> 2CO <SEP> 1,5 <SEP> 0,25 <SEP> 2,8 <SEP> 0,25 <SEP> 0,50
<tb>
De ce qui précède, on voit aisément qu'en opérant conformément à la présente invention, on sera assuré d'avoir des améliorations sensibles pour des temps inférieurs à une seconde environ.
Le pourcentage de CO2, par exemple, dans le total anhydride carbonique + oxyde de carbone varie de 60 à 86% lorsque le temps est de 0,5 - 0,7 secondes, alors que lors- qu'on fait usage d'un temps de contact relativement long (10 secondes) le pourcentage d'anhydride carbonique comparé à l'anhydride carbonique + oxyde de carbone est d'environ 12.
<Desc/Clms Page number 6>
Les nombres de la dernière ligne indiquent le ; de CO2, dans CO + C02, qui en résultera pour chaque température lorsque de longs temps sont tolérés pour la réaction.
Le procédé de la présente invention ne doit pas être limité par aucune théorie au sujet du mode d'opération mais uniquement dans et par les revendications suivantes dans lesquelles on désire revendiquer toute nouveauté pour autant que lestechniques antérieures le permettent.
REVENDICATIONS
1. Un procédé perfectionné pour maintenir la tempé- rature, dans une zone de réaction, d'une réaction endothermi- que dans laquelle des substances carbonées à l'état fluide sont soumises à une réaction, comprenant le retrait d'une par- tie desdites substances carbonées hors de la zone de réac- tion, la mise en contact de celles-ci avec de l'air dans des conditions de combustion, pendant un laps de temps relativement court, la séparation des gaz de réaction et le retour des substances carbonées chauffées dans la zone de réaction.
<Desc / Clms Page number 1>
"The gasification of coal."
The present invention relates to the gasification of carbonaceous substances. It relates more particularly to an improved method for maintaining the temperature in the generator. According to the present invention, the temperature in the generator, such as a water gas generator for example, is maintained by removing part of the carbonated substance from the generator and passing it through. ci in a transfer line which is in contact with air for a relatively short period of time.
By operating in this manner, one is assured of obtaining a maximum production of carbon dioxide in comparison with that of carbon monoxide giving maximum production of heat for the quantity of carbonaceous substance used. in circulation. we know well the technique of the treatment of carbonaceous substances such as coal with steam for the
<Desc / Clms Page number 2>
production of gas to water. In this endothermic reaction, carbon reacts with vapor to produce hydrogen and carbon monoxide. Problems encountered in a coal gasification reaction are the transformation of crushed coal or excess coal scraps into coke, the formation of gas to water from coke and steam, and the provision of heat for manufacturing. from gas to water.
The present invention relates more particularly to this latter problem.
In accordance with this invention the temperature in the water gas generator is maintained by removing a part of the carbonaceous substance from the generator, combustion of a part of this substance withdrawn in heaters. conditions such as to produce a maximum amount of carbon dioxide and return the heated residue to the cycle to the generation zone. This is extremely desirable because in the combustion giving carbon dioxide about three times as much heat is produced as in the combustion giving carbon monoxide (94.0 vs. 26.4 gran - cal. / mole of coal), thereby reducing the amount of carbon and air required to produce a given amount of usable heat.
Since equilibrium in the presence of carbon greatly favors the formation of carbon monoxide at the temperatures at which heat is to be produced, this can be done only by decreasing the chance of reaction between the gas and the solid phases of the gas. so as to prevent the slower secondary reaction C + C02 zeo 2C0, while allowing the much faster primary reaction C + 02 C02 to continue.
The process according to the present invention can be quickly understood by referring to the drawing illustrating a modification of said process. A carbonaceous substance, as per
<Desc / Clms Page number 3>
For example, coal or coke is removed from the coal hopper (1) through line (2), is introduced into the water gas generator (3) through line (4). Steam is introduced into the pipe (4) through the pipe (5). The quantity of coal or coke introduced into the water gas generator is controlled by means of a slide valve.
The water gas generator is maintained at a pressure between approximately atmospheric pressure and 100 psi of gas while the temperature is maintained between approximately 1500 F. to 2100 F. The temperature is maintained in the generator. gas to water (3) in the manner described below. The reaction products are withdrawn from the top of the generator (3) through a pipe (7) and introduced into a separation zone (8) in which the carbonaceous or ashy products are separated and removed through the pipe (9). The gas-water reaction products are removed from the system via line (10) and processed in any suitable manner.
It may be desirable to re-cycle the ashy products separated in the zone (8) in which case these products are removed through a line (11) and returned to the cycle to the generation zone (3). Sufficient and additional amounts of steam can be introduced through a line (12). Slide valves (13) and (14) control the quantity of ash passing through the pipes (11) and (9) respectively.
In accordance with this invention, carbonaceous substances are diverted from the area of the water gas generator (3) through a pipe (15). The amount of diverted carbonaceous substances is controlled by means of a slide valve (16).
Air is introduced through a pipe (17) and the air and carbonaceous substances pass through a relatively short pipe (18) so that the contact time between the sub-
<Desc / Clms Page number 4>
carbonaceous stanzas and air is relatively short. The reaction products are introduced into the cyclone separation zone (19) where the hot flue gas is separated and removed through a line (20). These gases can be treated in any useful way such as, for example, passed through heat exchangers. The unburned carbonaceous substances are separated in a separation zone (19), withdrawn through a pipe (21), steam is added through a pipe (22) and the heated carbonaceous substances then return to the zone of the gas generator. the water (3) through the pipe (4).
The method of the present invention can be varied within wide limits. The invention can be adapted to. any process in which it is desired to secure the maximum amount of heat by the combustion of carbonaceous materials such as coal. The invention is however especially suited for a water gas generator reaction in which it is desired to maintain the temperature in the generator region at a fixed range.
In accordance with the present invention, coal or coke is contacted with air for a relatively short period of time, resulting in maximum carbon dioxide production and minimum carbon dioxide production. carbon monoxide. Therefore, in order to maintain the temperature in the generator area, it is possible to circulate a smaller quantity of carbonaceous material, than could otherwise be done in the case where the equilibrium between carbon dioxide and carbon monoxide would be reached.
The contact time between air and carbon can be changed considerably. However, it is essential that the contact time is less than seconds, preferably less than one second. It is particularly desirable to put
<Desc / Clms Page number 5>
be in contact with air and coke for less than 0.7 seconds at a temperature of the order of about 1600 F. to 2200 F.
The present invention will be better understood by virtue of the following example illustrating modifications thereof.
EXAMPLE I
Various operations were carried out in which air and coke were contacted for indicated periods of time. The results of these operations are as follows:
EMI5.1
<tb> Oper. <SEP> Oper. <SEP> Oper. <SEP> Oper. <SEP> Oper.
<tb>
<tb>
<tb>
1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Time <SEP> of <SEP> contact <SEP> (sec.) <SEP>, 66 <SEP>, 56 <SEP>, 56 <SEP>, 53 <SEP>, 10
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Temperature <SEP> F <SEP> 1725 <SEP> 1900 <SEP> 1700 <SEP> 1900 <SEP> 1800
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Analysis <SEP> of the <SEP> gas <SEP> of
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> smoke <SEP> - <SEP> mol <SEP>%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> co2 <SEP> 18.3 <SEP> 14.4 <SEP> 18.2 <SEP> 16.3 <SEP> 3.6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CO <SEP> 3.1 <SEP> 9.7 <SEP> 3.8 <SEP> 6.4 <SEP> 27.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 02 <SEP> 0.0 <SEP> 0.1 <SEP> 0.0 <SEP> 0.2 <SEP> 0.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> N2 <SEP> 78.6 <SEP> 75.8 <SEP> 78.0 <SEP> 77.1 <SEP> 69,
4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>% <SEP> C02 <SEP> in <SEP> CO <SEP> + <SEP> C02 <SEP> 86 <SEP> 60 <SEP> 83 <SEP> 72 <SEP> 12
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>%, <SEP> C02 <SEP> in <SEP> CO <SEP> + <SEP> C02 <SEP> to
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> balance <SEP> for <SEP> C02
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> + <SEP> ==== <SEP> 2CO <SEP> 1.5 <SEP> 0.25 <SEP> 2.8 <SEP> 0.25 <SEP> 0.50
<tb>
From the foregoing, it is easily seen that by operating in accordance with the present invention, it will be ensured to have significant improvements for times less than about one second.
The percentage of CO2, for example, in the total carbon dioxide + carbon monoxide varies from 60 to 86% when the time is 0.5 - 0.7 seconds, whereas when a time is used of relatively long contact (10 seconds) the percentage of carbon dioxide compared to carbon dioxide + carbon monoxide is about 12.
<Desc / Clms Page number 6>
The numbers in the last line indicate the; of CO2, in CO + CO2, which will result at each temperature when long times are tolerated for the reaction.
The method of the present invention should not be limited by any theory as to the mode of operation but only in and by the following claims in which it is desired to claim any novelty as far as the prior art permits.
CLAIMS
1. An improved method of maintaining the temperature, in a reaction zone, of an endothermic reaction in which carbonaceous substances in a fluid state are subjected to a reaction, comprising the removal of a portion. of said carbonaceous substances out of the reaction zone, contacting them with air under combustion conditions for a relatively short period of time, separating the reaction gases and returning the substances heated carbonaceous substances in the reaction zone.