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PROCEDE ET APPAREIL POUR LA PRODUCTION DE GAZ COMBUSTIBLES
A GRAND POUVOIR CALORIFIQUE
La présente invention concerne la production de gaz combustibles ayant un grand pouvoir calorifique par uni= té de volume, à partir de combustibles carbonés solides tel que du charbon pulvérisé, du lignite ou toute autre matière carbonée, par la réaction de ces combustibles solides avec de l'oxygène ou de l'air enrichi en oxygène et un autre a- gent gazeux réagissant endotherniquement avec le carbone, par exemple de la vapeur d'eau ou du gaz carbonique.
L'in- vention vise, plus particulièrement, la production de mé- langes d'oxyde de carbone et d'hydrogène du genre de ceux qui sont produits par le fonctionnement bien connu des ga- zogènes produisant du gaz à l'eau, mais à partir des com- bustibles solides en question traités sous une forme fine-
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ment divisée pendant qu'ils sont en suspension dans l'agent gazeux; les gaz qui sont le produit final des opérations ef- fectuées suivant la présente invention conviennent bien pour l'éclairage, le chauffage, les réactions chimiques et d'au- tres applications.
L'un des objets de la présente invention est d'ap- porter des perfectionnements grâce auxquels des combustibles solides finement divisés peuvent être transformés en mélange, concentrés d'oxyde de carbone et d'hydrogène ayant un grand pouvoir calorifique sans la perte notable, constatée autre- fois, d'une partie du carbone contenu dans le combustible so- lide et transformée en sous-produit incombustible.
Un autre objet de l'invention est d'offrir un pro- cédé et un appareil perfectionnés grâce auxquels les réac- tions connues d'oxydation et de réduction employées par in- termittences dans la production de gaz à l'eau, c'est-à-dire ltoxydation d'un lit fixe de coke, par exemple, pour le por- ter à une haute température, opération suivie de la réaction endothermique du coke chauffé avec du gaz carbonique ou de la vapeur d'eau pour donner, respectivement, ou bien de l'o- xyde de carbone seulement ou bien un mélange d'oxyde de car- bone et d'hydrogène, peuvent être effectuées avec succès en même temps et dans la même espace de réaction.
Un autre objet de l'invention est d'offrir un pro- cédé et un appareil perfectionnés grâce auxquels le carbone contenu dans les combustibles solides réduits en poudre peut être transformé techniquement dtune façon plus complète qu'a trefois en oxyde de carbone qui peut être en mélange gazeux avec de l'hydrogène, les conditions étant telles que l'on puisse faire varier les proportions de ces gaz entre eux da des limites relativement grandes et dans une simple phase d'opération.
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Un autre objet de l'invention est de permettre d'at teindre les objets précédents sans fusion notable des compo- santes incombustibles, de la nature des cendres, des combus- tibles solides employés.
L'invention a aussi pour objet d'autres perfection- nements, ainsi que d'autres avantages de fonctionnement ou résultats pouvant être obtenus avec les procédés et appareil perfectionnés qui vont être décrits ci-après.
Dans la technique antérieure on a mis au point un grand nombre de procédés, et de types d'appareils pour leur mise en oeuvre, en vue de la gazéification de combustibles carbonés solides en suspension dans des gaz et des vapeurs réagissant sur ces combustibles pour obtenir, à titre de prc duit final, des gaz combustibles ayant un grand pouvoir cale rifique.
Ceci est particulièrement vrai dans les cas où le produit final est un mélange gazeux semblable au gaz à l'eau La plupart de ces procédés et appareils n'ont eu que peu ou même aucun succès industriel parce que les procédés employés donnaient naissance, en cours de fonctionnement, à des temp ratures tellement hautes que les matériaux de construction disponibles n'auraient pas résisté soit aux hautes températu res produites, soit à l'attaque des scories formées par le combustible, ou bien parce que le combustible employé n'é- tait pas gazéifié d'une façon adéquate et laissait d'impor- tants résidus carbonés dans les scories formées, ou bien par ce que l'appareil était mis hors d'action en peu de temps par des accumulations excessives de scories fondues ou soli- difiées dans cet appareil.
La présente invention permet d'éviter facilement tous ces inconvénients et tous ces défauts et il est mainte- nant possible de gazéifier techniquement complètement des combustibles solides ayant des caractéristiques et des pro-
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venances très diverses, dans un appareil construit avec des matériaux réfractaires disponibles dans le commerce, les con ditions étant telles que, pendant la gazéification, les ré- sidus de la nature des cendre contenus dans les combustibles solides soient maintenus, sans être transformés en scories, dans un état tel qu'ils puissent être extraits facilement et continuellement, sous une forme solide et finement divisée, de l'appareil construit suivant la présente invention.
En résumé, la présente invention comprend la prépa= ration d'une suspension, de préférence relativement homogène; du combustible solide finement divisé dans une quantité in- suffisante d'oxygène ou d'air enrichi en'oxygène, de façon à effectuer théoriquement une transformation complète, du carbc= ne qu'il contient en oxyde de carbone, la suspension ainsi formée étant ensuite injectée, de préférence après avoir été refroidie, dans une zone de combustion dans laquelle la tem- pérature est suffisamment haute pour enflammer promptement cette suspension, cette zone étant, en outre, entourée com- plètement par une enveloppe continue de vapeur d'eau ou de gaz carbonique préchauffé, ou de mélanges des deux,
enveloppe qui avance dans la chambre de gazéification conjointement a- vec la suspension injectée et agit ainsi de telle façon que les parois réfractaires de cette chambre soient isolées des températures extrêmement hautes produites par la réaction de l'oxygène avec le combustible solide dans la partie centrale de la zone de combustion, partie qui est ainsi enveloppée dans une chemise ou enveloppe mobile de vapeur d'eau ou de gaz carbonique ou de mélanges des deux.
En conséquence, sui- vant la présente invention, les particules de combustible so- lide finement divisé sont partiellement oxydées pendant qu'el les sont en suspension dans une atmosphère d'oxygène qui est elle-même également en contact direct en tous points avec une
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atmosphère environnante de vapeur d'eau ou de gaz carbonique préchauffé, ces deux atmosphères se déplaçant sensiblement ensemble; de cette façon, l'espace de réaction de la chambre de gazéification est effectivement divisé opérativement en deux zones, à savoir une zone primaire ou zone de combus- tion et une zone secondaire dans laquelle se meut de la va- peur d'eau ou du gaz carbonique pouvant réagir endothermique ment sur du carbone fortement chauffé.
Dans la région de co tact entre ces deux zones, les particules de combustible se lide et les gaz produits, qui sont à très haute température par suite de la concentration sur eux de la chaleur de com- bustion d'une partie de leur contenu en carbone, se diffuse avec leur carbone résiduel et leur contenu en cendre origin le en contact avec de la vapeur d'eau ou du gaz carbonique dans la zone secondaire, et à cause de la haute température, notamment de celle des gaz produits, le carbone résiduel des particules réagit soit avec la vapeur d'eau, soit avec le gaz carbonique, pour oxyder une plus grande quantité de leur teneur restante en carbone, afin de produire une quantité supplémentaire d'oxyde de carbone et quelque peu d'hydrogène si de la vapeur d'eau est présente.
La majeure partie de la chaleur nécessaire pour cette réaction endothermique est fou. nie par les produits gazeux de la réaction entre le carbone et l'oxygène dans la zone primaire, car ces produits gazeux sont à une température plus haute que les particules de char bon qui sont en suspension dans ces produits, ce qui évite la fusion de leur contenu en cendre. Cette situation est bie connue des spécialistes de l'oxydation du carbone en suspen- sion dans un gaz contenant de l'oxygène; autrement dit, la région dans laquelle les plus hautes températures sont pro- duites se- trouve à une certaine distance des particules car- bonées en suspension elles-mêmes.
Cet état de choses est pro
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bablement dû au fait que les particules de combustible solide en suspension sont en contact direct avec une quantité d'oxy- gène qui n'est que suffisante pour oxyder une partie de leur teneur en carbone et la transformer en oxyde de carbone, une partie de celui-ci formant une enveloppe gazeuse fermée au- tour de chacune des particules; un nouveau dégagement de cha leur résulte de ce qu'une partie de l'oxyde de carbone pro- duit se diffuse dans l'atmosphère entourant les particules et s'y oxyde pour former du gaz carbonique, mais cette réaction a lieu au-delà de l'enveloppe protectrice d'oxyde de carbone qui retient ainsi le reste des particules de combustible, ainsi que les cendres qu'elles contiennent, à une températur relativement basse.
S'il arrive.que du gaz carbonique ainsi formé à une haute température ou une partie de la vapeur d'eau préchauffée se diffuse et vienne en contact direct ave- les particules de combustible, leur température ne peut pas monter davantage, parce qu'aussitôt après le contact la tem- pérature des gaz chauds ou de la vapeur d'eau est immédia- tement réduite, principalement par l'une ou l'autre des réac tions endothermiques bien-connues :
EMI6.1
Une preuve positive du fait qu'il n'y a aucune fusion des composantes cendreuses des particules de combustible solide, malgré la température extrêmement haute développée dans la zone primaire mentionnée plus haut, est donnée par l'aspect physique, même sous le microscope, de la cendre de gazéifi- cation qui a été récupérée et extraite;
l'aspect de cette cendre n'est jamais vitreux, ce qui montre que, lorsque des combustibles solides sont gazéifiés suivant l'invention, leur teneur en cendres est maintenue automatiquement, en ma- jeure partie, au-dessous du point de fusion de ces cendres.
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Il est évident, d'après ce qui précède, que le ré- sidu cendreux des particules de combustible perd sa protec- tion contre la fusion aussitôt que la totalité du carbone contenu dans les particules de combustible a été gazéifié, et que ce résidu doit alors être immédiatement refroidi ; en con- séquence, suivant l'invention, aussitôt que cet état est at- teint, les résidus cendreux sont extraits de l'espace de ré- action avant d'atteindre par convection ou par rayonnement la température de la chambre de réaction ou celle des gaz produits.
Le laps de temps prévu pour la gazéification com- plète doit être inférieur à celui qui est nécessaire pour permettre au résidu cendreux des particules de charbon elles- mêmes ou aux particules cendreuses qui sont mélangées fortui- tement avec le charbon, d'atteindre un état dans lequel ces matières sont adhésives. Ce résultat s'obtient facilement au- tomatiquement par la disposition, dans la chambre de réactio" d'un orifice de sortie se trouvant à une distance appropriée de l'orifice par lequel les agents de réaction entrent dans cette chambre, tout en tenant compte également de la quantité d'agents de réaction introduits dans la chambre de gazéifica- tion, ainsi que de la vitesse d'entrée de ces agents.
La préparation du mélange mentionné plus haut du combustible solide pulvérisé avec une quantité d'oxygène ou d'air enrichi en oxygène,:inférieure à celle qui est théori- quement nécessaire pour assurer la transformation complète en oxyde de carbone, dans la zone primaire, du carbone contenu dans ce combustible, ce mélange étant, de préférence, aussi homogène que possible, est une des conditions importantes re- quises pour assurer le succès du présent procédé perfection- né. Lorsqu'un tel mélange est introduit dans la zone de ga- zéification primaire, sensiblement toutes les particules de combustible peuvent participer à la réaction d'oxydation sen-
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siblement simultanément.
Il faut empêcher aussi complètement que possible toute séparation locale de l'un ou l'autre des agents de réaction, afin d'éviter toute oxydation excessive formant du gaz carbonique ou pour ne pas laisser des parti- cules solides n'ayant pas réagi au n'ayant pas été préchauf- fées. Il importe donc que le combustible soit finement broyé de façon que la réaction dans la zone primaire puisse avoir lieu sensiblement suivant l'équatir :
EMI8.1
La zone primaire de réaction exothermique a doux buts particuliers :
elle sert, premièrement, à oxyder une partie du carbone des particules de combustible solide pour la transformer principalement en oxyde de carbone dont on a besoin et, en second lieu, à préchauffer suffisamment par ce'¯ te oxydation les résidus de carbone non gazéifiés des partie- les de combustible, ainsi que le gaz produit sortant de la zone primaire pour entrer dans la zone secondaire (endother- nique), de façon qu'une gazéification endothermique sensible= ment complète du carbone restant dans les particules de char- bon ait lieu en présence de vapeur d'eau, ou analogue.
Alors qu'il est facile de mélanger le combustible solide et l'oxygène mécaniquement à froid pour leur introduc- tion dans la zone primaire, le mélange nécessaire des parti- cules solides chaudes sortant de la zone primaire avec les gaz ou vapeurs dans la zone endothermique secondaire a lieu par diffusion, cette opération étant simplifiée par un broya= ge fin, ainsi que par la réduction du poids des particules par suite de leur combustion antérieure partielle dans la zone primaire ; lorsqu'elles sont dans cet état, elles ne pré- sentent pas de grande résistance à leur diffusion dans tous les agents gazeux de l'espace de gazéification. La réaction endothermique peut donc s'effectuer simultanément et au même
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degré sur chaque particule solide individuelle.
Sur le dessin annexé on a représenté un appareil simple présentant les caractéristiques de construction essen tielles nécessaires pour la mise en oeuvre des principes du procédé qui fait l'objet de l'invention, et il est bien enta. du que tout appareil comprenant de telles caractéristiques convient bien pour l'application du présent procédé perfec- tionné de gazéification de combustibles solides.
En se référant au dessin qui illustre une coupe transversale verticale de l'appareil dans lequel le présent procédé peut être mis en oeuvre, on voit une chambre de réac tion 2 dont les parois peuvent être faites en une matière ré fractaire appropriée capable de résister à de hautes tempé- ratures. On peut utiliser des briques en silice ou des bri- ques siliceuses pour faire ces parois. La chambre de réactio. peut avoir une section transversale de forme circulaire, ces: me cela est indiqué dans le dessin, mais sa forme n'est nulle ment essentielle et ses contours peuvent avoir toute forme préférée. La partie supérieure 2l de la chambre de réaction o- de Gazéification a, de préférence, une forme conique.
Les pa rois extérieures de la chambre de gazéification peuvent être recouvertes de matière calorifuge afin de réduire au minimum les pertes de chaleur à partir de la chambre de gazéificatio
Au sommet de la chambre 2, il y a une ouverture 4 dans laque' le s'engage un ajutage 5, formant ainsi un orifice annulaire
10 entre la paroi intérieure de la chambre et la paroi exté- rieure de l'ajutage. L'ajutage 5 peut être exécuté en toute matière appropriée quelconque, do préférence non ferreuse, mais il doit être pourvu d'un dispositif de refroidissement, par exemple d'une chemise de refroidissement 5a pourvue d'un orifice d'admissino et d'un orifice de sortie pour l'eau de refroidissement, comme cela est indiqué par les flèches, cet
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te chemise 5a entourant l'ajutage 5.
L'ouverture annulaire 10 communique par le tuyau 6 avec une source de vapeur d'eau ou de gaz carbonique sous pression et, de préférence, forte- ment préchauffé. L'ajutage 1 est également relié directement à un appareil mélangeur 7. De l'oxygène ou de l'air enrichi en oxygène arrive à l'appareil mélangeur 2 par le tuyau 8.
Un transporteur 9, du type à vis d'Archimède, sert à auener un combustible solide finement divisé tel que du charbon pul- vérisé, du lignite ou tout autre matière carbonée solide dans l'appareil mélangeur 7, à partir d'une trémie d'alimentation 9a; un mélange intime d'oxygène et de combustible solide a lieu dans l'appareil 7.
En réglant convenablement la température et la vi- tesse du mélange de combustible solide pulvérisé et d'oxygène dans l'ajutage 5. on évite toute réaction indésirable entre ces matières, à l'intérieur de cet ajutage, et la réaction initiale fortement exothermique entre la matière carbonée et l'oxygène n'a lieu qu'après que le mélange a été déchargé dudit ajutage dans la chambre de gazéification 2. De cette façon, les températures les plus hautes atteintes au cours de la réaction exothermique n'agissent pas sur l'ajutage ± et on n'a rencontré aucune difficulté pour maintenir l'ajutage ou l'ouverture annulaire 10 dans un état de fonctionnement satisfaisant.
L'ouverture annulaire 10 qui débouche dans la cham- bre de gazéification 2 a une forme telle qu'un courant conti- nu de vapeur préchauffée, ou d'autres substances gazeuses ou à l'état de vapeur, ou d'un mélange de ces substances réagis- sant endothermiquement avec le carbone chauffé, soit dirigé, après avoir 'été introduit par cette ouverture, de façon à ne s'écouler que le long des parois supérieures de la chambre 2 et à ne pas pénétrer dans la zone voisine à haute températu-
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re, zone dans laquelle le combustible solide pulvérisé et l'oxygène réagissent l'un sur l'autre, c'est-à-dire dans l'es pace à réaction qui se trouve auprès, mais au-dessous, de l'extrémité inférieure de l'ajutage 5.
Pour obtenir ce résul- tat indispensable qui consiste à balayer ou à baigner la sur- face entière des parois de la chambre de gazéification avec un agent préchauffé pouvant réagir endothermiquement sur du carbone chauffé, il est avantageux de ménager un ou même plu- sieurs canaux annulaires 11 dans la partie inférieure des pa- rois de l'appareil de gazéification, ces canaux communiquent avec l'espace de gazéification au moyen d'une saignée annulai re continue 11a disposée, comme le montre le dessin, de mani- ère à ne diriger ledit agent que le long des parois de l'es- pace en question.
Naturellement, l'agent ainsi introduit che- minera par diffusion, notamment dans la partie inférieure de l'espace de réaction, pour entrer dans les parties centrales, mais un balayage ininterrompu des parois elles-mêmes par une pellicule de vapeur d'eau, ou analogue, est l'un des buts. principaux qu'il s'agit d'atteindre.
Le fonctionnement de l'appareil représenté, cofon à la présente invention, est le suivant : Du combustible soli de finement pulvérisé contenu dans le réservoir 9a est entrer né par le transporteur et tombe dans l'appareil mélangeur où il est pris dans un courant d'oxygène également délivré à l'appareil mélangeur par le tuyau 8, le mélange d'oxygène et de combustible étant ensuite délivré dans la chambre de réac= tion 2 de l'appareil de gazéification par l'ajutage 1 qui est pourvu d'une checiise à eau 5a, ce qui fait que la suspension homogène préparée de combustible solide pulvérisé est sûre- ment maintenue au-dessous de sa température d'inflammation avant son introduction dans la chambre de réaction 2.
Ainsi qu'on l'a dit plus haut, on utilise, pour la préparation de
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ce mélange homogène, une quantité d'oxygène inférieure à cel- le qui est théoriquement nécessaire pour que tout le carbone contenu dans le combustible solide mélangé soit transformé en oxyde de carbone suivant l'équation 2 C + o2 # 2 CO; la quantité d'oxygène effectivement employée varie suivant la nature du combustible solide utilisé et, lorsqu'il s'agit de charbon, elle varie suivant le degré de minéralisation de celui-ci, c'est-à-dire avec la proportion de carbone qu'il contient;
lorsqu'il s'agit, par exemple, de lignite, la quan= tité d'oxygène mélangée avec ce combustible avant son intro- duction dans la zone primaire de gazéification n'est que d'environ 50 % en poids de la quantité théoriquement nécessal re pour transformer en oxyde de carbone le carbone contenu dans le combustible, tandis que lorsqu'il s'agit de charbons bitumineux, qui contiennent davantage de carbone, il faut jusqu'à 80 % de la quantité indiquée d'oxygène élémentaire pour effectuer la transformation préférée dans la zone primai re de gazéification.
Lorsqu'il s'agit d'anthracite ou de poussier de co- ke à haute température, le pourcentage d'oxygène est augmen- té de façon correspondante.
Pour la production de gaz combustible ayant la plus forte concentration de combustibles (oxyde de carbone et hy- drogène), il est évident que plus la concentration de l'oxy- gène employé est élevée, moins le gaz produit sera dilué par de l'azote. L'oxygène pur est de beaucoup plus coûteux que celui qui contient 5 % d'azote, et l'oxygène dilué avec 25 % d'azote est encore moins coûteux; toutefois, toutes ces sor- tes d'oxygène ayant les différents degrés de raffinage indi- qués peuvent être employées pour atteindre le but envisagé.
Toutefois, on n'obtient pas la plupart des avantages, effets et résultats réels de la mise en pratique de la présente in-
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vention lorsque l'oxygène employé contient plus de 50% d'a- zote.
Concurremment avec l'introduction du mélange d'oxy gène et de combustible solide dans 1* espace de réaction 2, on introduit également dans cet espace, par le tuyau 6 et par l'ouverture annulaire 10, suivant le type de gaz combus- tible préféré, soit un courant de vapeur d'eau préchauffée, soit un courant de gaz carbonique préchauffé, ou des mélan- ges, ce courant étant dirigé le long des parois supérieures coniques de l'espace de réaction 2, de manière à éviter la pénétration ou la déformation de la zone de réaction primai- re, c'est-à-dire exothermique, qui est ainsi entourée de tou- tes parts d'une atmosphère de vapeur préchauffée, ou autre, s'écoulant entre cette zone et les parois de la chambre de réaction de façon à les isoler entre elles.
Le mélange d'oxygène et de combustible solide est introduit par l'ajutage 5. dans l'espace de réaction de pré- férence à la plus petite-vitesse possible, vitesse à laquelle tout retour de flamme de la chambre de réaction dans ltajuta- ge 5 est empêché, la vapeur d'eau préchauffée ou le gaz car- bonique préchauffé, dont le chauffage préalable est, de pré- férence, effectué à environ 1.200 C, étant introduit par le tuyau 6 et l'ouverture annulaire 10 à une vitesse inféri- eure à celle à laquelle le mélange homogène d'oxygène et de combustible solide est introduit,
cette vitesse étant telle que la quantité de vapeur d'eau préchauffée ou de gaz carboni que préchauffé introduite par aspiration dans le courant de mélange en question soit seulement suffisante pour enflam- mer ce mélange aussitôt qu'il sort à 1 'extrémité de l'ajutage 5. Il faut éviter autant que possible tout autre mélange de vapeur d'eau ou de gaz carbonique avec les agents de réaction dans la zone primaire, de manière à empêcher la diluticn des
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agents de réaction, dilution par laquelle la température dé- veloppée serait abaissée au-dessous de celle qui, autrement, serait produite dans la zone primaire et qui provoquerait d'autres réactions secondaires indésirables telles que les réactions du gaz à l'eau, dans la zong primaire elle-même.
Il est évident, d'après ce qui précède, que la chaleur con- sommée par le carbone des particules de combustible solide qui n'est pas oxydé et transformé en oxyde de carbone dans la zone primaire, dans sa gazéification au moyen de la réac- tion endothermique avec de la vapeur d'eau après la diffusion de ces particules dans la zone de réaction secondaire, est fournie principalement par la chaleur développée dans la zone de réaction primaire, et pour que cette chaleur ne soit ren- due disponible sensiblement que pour cette réaction endother= inique, la vapeur d'eau ou le gaz carbonique employé est pré- chauffé jusqu'à une température de 1.200 C, par exemple, à laquelle la réaction endothermique entre ces gaz et lo carbe ne ne progresse que lentement.
Il est, en outre, évident, lorsqu'on opère suivent la présente invention, qu'aucune particule fortement chauffé- ou qu'aucun gaz associé se diffusant à partir de la zone pri- maire dans la zone secondaire ne sera capable d'atteindre le parois de l'espace de réaction ± sans venir auparavant en contact avec une pellicule de gaz ou de vapeur réagissant en dothermiquement sur du carbone fortement chauffé, cette pel- licule étant à une température inférieure à celle des gaz de la zone de réaction primaire ; ces gaz sont ainsi refroidis et lea particules de combustible sont même également mainte- nues plus froides par suite de la réaction andothermique le tout carbone résiduel qu'elles contiennent sur le gaz car** tonique ou la vapeur d'eau qui est employé.
De cette façon, malgré les très hautes température-
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atteintes dans la zone primaire, le procédé qui fait l'objet de la présente invention assure, d'une façon entièrement ga- rantie, que toutes les particules de combustible solide, air..- si que les cendres qu'elles contiennent, resteront solides e: relativement froides, tant qu'elles contiendront du carbone, pendant leur passage à travers la zone secondaire.
Toutefois, dès que la totalité du carbone qu'elles contiennent a été - liminée par l'une ou l'autre des réactions de gazéification, le résidu de la nature des cendres de ces particules de com- bustible solide doit être extrait de l'espace de réaction a- vec le gaz produit; en conséquence, pendant l'opération de g.- zéification les particules de le nature des cendres ne peu-*. ni coller ni adhérer aux parois de la chambre de réaction, ni entre elles, .et on n'a constaté aucuns phénomènes de ce genre dans l'application du procédé qui fait ltobjet de la présente invention.
En même temps, la température des parois de la chambre de réaction reste bien inférieure au point de remoll servent des matières réfractaires de ces parois, sans que cel- les-ci soient refroidies extérieurement; en conséquence, les pertes de chaleur sont considérablement réduites et sensible- ment toute la chaleur développée dans l'opération est réelle- ment utilisée pour compléter la réaction des trois ou plus de trois composantes participant à la réaction, c'est-à-dire le combustible solide, l'oxygène et la vapeur d'eau ou le gaz carbonique.-
Le gaz utile produit par la réaction est extrait de la chambre de réaction 2 par l'orifice de sortie 12 ménagé dans la partie inférieure de l'appareil de gazéification,
à une vitesse telle que les éléments constitutifs de la nature des cendres ne puissent pas prendre la température de la chambre de réaction ou du gaz produit ; ceci est, notamment, important lorsqu'il s'agit de combustibles solides contenant
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des cendres dont le point de fusion est inférieur à la tempé= rature des agents qui forment les gaz..
Après avoir été extra par l'orifice de sortie 12, le gaz produit, ainsi que ses pa ticules cendreuses en suspension, peuvent être envoyés dans de.-/dispositifs servant à éliminer les poussières, à le refroi dir, à le laver, à le purifier ou à le soumettre à tout autre traitement et disposés dans tout ordre préféré; il ne faut pas oublier, cependant, que ces opérations doivent être effec tuées de telle façon et dans un ordre tel que l'on évite les dépôts et les accumulations, en des points indésirables, des particules cendreuses qui ont été éliminées.
Si le combustible solide pulvérisé qui est utilisé est constitué par une gamme relativement grande de grains de grosseurs différentes, et aussi suivant la vitesse à laquelle leur mélange avec de l'oxygène est introduit dans la chambre de réaction, une certaine quantité de constituants cendreux résiduels, quantité qui est plus ou moins grande suivant la grosseur relative de ces constituants, peut s'accumuler au fond de l'appareil de gazéification, comme cela est représen- té dans le dessin, sous forme de particules non cohérentes qui, dès que le carbone qu'elles contiennent est gazéifié, peuvent être -extraites par l'ouverture de vidange 13.
Les exemples spécifiques suivants, non limitatifs, sont donnés pour montrer les avantages et les résultats de fonctionnement pouvant être obtenus au moyen du nouveau pro- cédé qui fait l'objet de la présente invention.
EXEMPLE I
Un charbon bitumineux contenant 1,95 % d'humidité et 8,75 % de cendres et dont l'analyse complète a donné, en éléments indiqués, les pourcentages suivants ;
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POUR-CENT en POIDS
EMI17.1
<tb> Carbone <SEP> 80,50
<tb>
<tb> Hydrogène <SEP> 4,27
<tb>
<tb> Soufre <SEP> 1,88
<tb>
<tb> Oxygène <SEP> 1,46
<tb>
<tb> Azote <SEP> 1,19
<tb>
a été broyé jusqu'à ce que 10 % en poids restent sur un terni: de 4.900 mailles par centimètre carré. On a remélangé les par ticules de charbon qui ont passé à travers ce tamis avec cel les qui ont été retenues, puis introduit le tout dans un cou rant d'oxygène et produit ainsi une suspension du charbon dans l'oxygène.
Pour préparer cette suspension on a employé 0,62 mètre cube normal d'oxygène à 95 % pour chaque kilogram me de charbon pulvérisé employé. On a pris, ensuite, la sus- pension ainsi préparée et on l'a injectée dans une chambre d: réaction préchauffée construite de la façon représentée dans le dessin annexé, à une vitesse d'environ 15 m par seconde, tout en introduisant simultanément, de façon à former une en veloppe continue entre le jet de suspension et les parois de la chambre de réaction 1,4 m3 de vapeur d'eau préchauffée (mesurée dans des conditions normales) par kilogramme de charbon pulvérisé employé.
On a ainsi produit par kilogramme de charbon 2,50 mètres cubes normaux de gaz combustible ayan une valeur calorifique nette de 2.360 calories-kilogramme pa mètre cube normal et la composition suivante :
POUR-CENT en VOLUME
EMI17.2
<tb> Car <SEP> carbonique <SEP> 14,0
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> carbone <SEP> 42,0
<tb>
<tb> Hydrogène <SEP> 42,0
<tb>
<tb> Azote <SEP> 1,5
<tb>
<tb> Hydrogène <SEP> sulfuré <SEP> 0,5
<tb>
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95 % environ du carbone contenu dans le charbon gazéifié se sont retrouvés dans le gaz récupéré et pour la production d'un mètre cube normal de composants combustibles dans le g produit on a employé 383 gr de carbone,
contrairement aux 55' à 600 gr de carbone nécessaires pour produire un mètre cube normal de composants combustibles dans les anciens gazogènes bien connus produisant du gaz bleu ou du gaz à l'eau, et ces 383 gr de carbone utilisé représentent aussi la production de chaleur sensible nécessaire pour produire l'oxygène indi pensable. Aucune concrétion appréciable des résidus cendreux de la gazéification ne s'est produite et ces résidus ont pu être extraits facilement de l'espace de réaction sous la for me d'une poudre fine.
EXEMPLE II
Lorsque le charbon pulvérisé employé dans l'exemple précédent a été gazéifié d'une façon analogue,, sauf que la majeure partie de la vapeur d'eau a été remplacée en grande partie par du gaz carbonique servant de substance réagissant endothermiquement avec les produits de la zono primaire, on a produit environ 2,14 mètres cubes normaux de gaz par kilo- gramme de charbon employé, le gaz produit ayant la composi- tion suivante :
POUR-CENT en VOLUME
EMI18.1
<tb> Gaz <SEP> carbonique <SEP> 7,5
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> carbone <SEP> 66,8
<tb>
<tb> Hyùrocène <SEP> 23,2
<tb>
<tb> Azoto <SEP> 1,9
<tb>
<tb> Hydrogène <SEP> sulfuré <SEP> 0,6
<tb>
Comme le montrent les exemples ci-dessus, le pré- sent procédé perfectionne servant à faire du gaz combustible partir d'un combustible solide peut être employé pour pro- duire des gaz contenant des quantités très différentes d'oxy
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de de carbone et d'hydrogène, tout en maintenait les résidu- cendreux de gazéification à l'état de produit finement divi. et non cohérent,
en faisant simplement varier le rapport cn- tre la vapeur d'eau et le Gaz carbonique qui sont employés dans le gaz ou la vapeur à réaction Endothermique de la zone secondaire; autrement dit, pour augmenter la teneur en oxyde de carbone du ses produit, la vapeur d'eau employée dans la zone secondaire est remplacée de façon croissante par du gaz carbonique et, inversement, si l'on désire augmenter la pro- portion d'hydrogène par rapport au gaz carbonique, afin de favoriser la réaction suivante bien connue, qui est celle du gaz à l'eau :
EMI19.1
Le gaz carbonique produit dans la réaction ci-dessus réduit naturellement la concentration du gaz résultant en constitu- ants combustibles, mais on sait que l'on peut éliminer le gaz carbonique par un lavege avec Je l'eau sous pression. En pa- reil cas, si l'on préféra éditer cette phase de lavage par do l'eau ot obtenir directement un gaz final contenant une forte proportion d'hydrogène par rapport à l'oxyde de carbo- ne,
on n'entreprend pas une gazéification complète de tout le carbone' contenu dans le charbon employé, de sorte que l'hydrogène disponible dans le charbon lui-même est mélangé, dans le gaz produit, avec moins d'oxcyde de carbone que cela ne tarait le cas autrement. Quant au carbone qui n'est pas Gazéifié, on peut l'extraira do l'appareil de gazéification, mélangé avec le résidu cendreux non cohérent.
Ainsi que cela résulte des exemples précédents, un gaz produit par le procédé et l'appareil qui font l'objet de l'invention peut être obtenu à peu près avec le même volume que celui qui contient environ des volumes égaux d'hydrogène et d'oxyde de carbone et qui est produit ordinairement par
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le fonctionnement des gazogènes bien connus produisant le gaz bleu ou gaz à l'eau, en utilisant environ 65 à 70 % du combus tible solide nécessaire pour la production de ce gaz à l'eau.
Les résultats amélioras rendus possibles par le procédé qui fait l'objet de la présente invention résident dans le fait que sensiblement toute la chaleur exigée par le procédé est fournie par la combustion exothermique, avec de l'oxygène, de la majeure partie du carbone utilisé pour donner de l'oxy- de de carbone, au lieu des grandes quantités de Gaz carboni- que qui sont produites dans les gazogènes ordinaires utilisés pour faire du gas à l'eau, et dans le fait que les réactions, endothermique et exothermique, qui sont nécessaires, sont combinées d'une façon rationnelle en une seule opération con- tinue.
Dans les revendications le mot "oxygène" s'applique à l'oxygène pur, à 1*air enrichi en oxygène et aux Gaz ou va- peurs contenant de l'oxygène en concentration supérieure à la quantité d'oxygène contenue dans l'air.
L'invention décrite ci-dessus est appliquée sous une forme particulière et d'une façon particulière, mais el- le peut être aise en pratique de différentes manières sans qu'on sorte pour cela de son domaine.
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