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APPAREIL POUR LA PRODUCTION CONTINUE DE GAZ COMBUSTIBLES
Priorité de la demande de brevet déposée en Suisse le 29 décembre 19-7, sous le n 30.364,au nom de la Société susdite.
La présente invention concerne, d'une manière gén raie, le production continue de gaz combustibles à partir d'un combustible carboné solide par la réaction de ce com- bustible avec de l'oxygène ou de l'air enrichi en oxygène, dans lequel ce combustible est en suspension, ainsi que sur des oxydes fluides, tels que de la vapeur d'eau ou du gaz carbonique, capables de réagir endothermiquement sur du car- bone chaud par 1* absorption de chaleur pour donner des gaz combustibles. L'invention vise, plus particulièrement, des perfectionnements apportés à l'appareil au moyen duquel les réactions ci-dessus peuvent être appliquées d'une façon sim- ple et efficace pour la production de gaz combustible,,, ces réactions étant effectuées simultanément, mais sensiblement séparément dans la même chambre de gazéification.
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Dans une demande de brevet déposée ce jour et ayant pour titre "Procédé et appareil pour la production de gaz com bustibles à grand pouvoir calorifique" la Demanderesse a dé- crit un procédé et un appareil perfectionnés pour la gazéifi- cation d'un combustible solide finement divisé. En bref, ce procédé perfectionné consiste à introduire continuellement le combustible solide pulvérisé dans un courant d'oxygène ou d'a enrichi en oxygène dans des conditions telles qu'il se forme une suspension du combustible dans l'oxygène, cette suspensif.
ainsi formée étant ensuite introduite continuellement sous la forme d'un jet dans une chambre de gazéification préchauffée jusqu'à une température supérieure à la température d'inflam- mation de la suspension, celle-ci étant enflammée rapidement dans l'appareil et entourée par une enveloppe s'écoulant avec elle et contenant de la vapeur d'eau ou un autre oxyde fluide capable de réagir endothermiquement sur du carbone chaud pour donner, par exemple, un mélange combustible d'oxyde de carbon et d'hydrogène. Il y a donc simultanément, dans la chambre de gazéification, une zone centrale fortement chauffée dans la- quelle une réaction exothermique a lieu, et une zone extérieu re entourant la précédente, zone où les températures sont in- férieures et dans laquelle une réaction endothermique a lieu.
L'un des objets de la présente invention est de cré= er un appareil nouveau et perfectionné convenant particulière ment bien pour assurer que les zones mentionnées ci-dessus de réaction exothermique et de réaction endothermique existant dans une chambre de gazéification soient maintenues sensible- ment séparées à un haut degré quant à leur fonctionnement, bien qu'elles soient en contact sur leurs bords, pour que la progression de la réaction exothermique ne soit pas troublée d'une façon appréciable par les agents de réaction de la zone endothermique, et que l'isolement des parois de la chambre de
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gazéification par rapport à la zone exothermique par les agent de réaction de la zone endothermique soit maintenu continuelle- ment pour protéger la totalité de ces parois contre des tempé- ratures qui, autrement,
pourraient les faire fondre rapidement.
L'invention a encore pour objet d'autres perfection- nements, ainsi que d'autres avantages ou résultats de fonction- nement pouvant être obtenus au moyen du procédé et du disposi- tif qui sont décrits ci-dessous.
Suivant la présente invention on réalise un nouvel appareil perfectionné pour la mise en oeuvre du procédé qui fait l'objet de la demande de brevet connexe mentionnée plus haut. Une caractéristique essentielle du présent perfectionne- ment réside dans les moyens spéciaux destinés à l'introduction, dan-s la chambre de gazéification, de vapeur d'eau ou d'un au- tre oxyde fluide capable de réagir endothermiquement sur du car- bone chaud pour produire des gaz combustibles.
Cette caractéri tique perfectionnée de l'appareil comprend un ajutage annulai- re entourant les moyens de distribution par lesquels la suspon sion de combustible solide pulvérisé et d'oxygène est introdui- te dans la chambre de gazéification, cet ajutage ayant une for- me telle et étant disposé d'une façon telle que l'agent de réa tion endothermique mentionné soit introduit, dans l'extrémité d'admission rétrécie et conique de la*chambre de gazéification, sous la forme d'une enveloppe conique creuse et tourbillonnan- te, s'écoulant d'abord le long des parois de la chambre de ga- zéification,
sous la forme d'une sorte de voile se déplaçant sur la surface des parois sur un trajet circulaire à dilatatio. faisant généralement un angle aigu avec l'axe longitudinal du courant ou jet de la suspension de combustible solide dans de l'oxygène, suspension qui est introduite simultanément dans la partie creuse du jet d'agent de réaction endothermique, et s'é- coulant sensiblement concurmment avec ce jet pour entrer dans
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la chambre de gazéification dans des zones dont la section tran versale va en augmentant de surface dans le sens de l'écoulement des agents de réaction en question. En général, le trajet d'é- coulement de l'agent réagissant endothermiquement peut être cor. sidéré comme représentant une sorte de tourbillon hyperbolique immédiatement avant et après sa sortie de l'ajutage annulaire.
Sur le dessin annexé, qui fait partie intégrante de la présente description et dans lequel on a représenté, à ti- tre d'exemple, un type préféré d'appareil pour la mise en oeu- vre du procédé qui fait l'objet de l'invention, sans que celle- ci soit limitée toutefois à l'appareil représenté : La fig. 1 est une vue en coupe verticale passant par la tête du brûleur d'une chambre de gazéification présentant les caractéristiques de la présente invention.
Le fig. 2 est une vue en coupe suivant II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue à une plus grande échelle montrant une partie de la tête d'ajutage représentée dans la fig.
1 et servant à introduire l'agent à réaction endo- thermique dans la chambre de gazéification de la pré- sente invention.
Les mêmes chiffres de référence désignent les mêmes pièces dans toutes les figures du dessin.
La tête de brûleur de l'appareil de gazéification in= diqué dans le dessin montre une partie d'une chambre de réac- tion combinée 1 formée, de préférence, par des parois en mati-. re réfractaire 2 et ayant une forme sensiblement conique. L'ex tréfilé plus large de la chambre de réaction 1 peut être relit- à un capteur de poussière approprié servant à retenir les cen- dres pulvérulentes contenues dans le combustible solide consu- mé et à les séparer du gaz produit. Plusieurs de ces têtes de brûleurs de la chambre de réaction peuvent être reliées à un séparateur de poussière commun si on le préfère.
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Le combustible solide pulvérisé, ainsi que les agent de réaction sous forme de gaz ou de vapeurs sont introduits dans l'espace de réaction 1 à son extrémité conique. Un mélan- ge sensiblement homogène, préalablement formé, de combustible solide pulvérisé en suspension dans de l'oxygène (préparé dans un appareil non représenté) peut être injecté dans l'espace de réaction 1 par un ou plusieurs tuyaux de distribution , selon ce qu'on préfère. Dans l'appareil représenté par les figures, trois tuyaux de distribution de ce genre sont disposés à l'in- térieur d'une chemise de refroidissement 4.
Un tuyau 1 sert à introduire dans la chemise de refroidissement un agent de re- froidissement approprié qui sort ensuite de cette chemise de refroidissement par un tuyau 6 après avoir baigné les t uyaux de distribution de combustible 3. Comme le montre le dessin, l'extrémité intérieure de la chemise de refroidissement fait partie de la paroi d'extrémité de l'espace de réaction 1.
Cet- te extrémité de la chemise de refroidissement 4 qui fait par- tie de la paroi d'extrémité de la chambre de réaction 1 est en tourée par une pièce en matière réfractaire 1 formant une paroi de l'ajutage annulaire pour l'introduction de l'agent de réac- tion endothermique dans la chambre de réaction; l'organe 2 en matière réfractaire est fait, de préférence, d'une seule pièce- En combinaison avec la partie 8 des parois en matière réfrac- taire 2 de la chambre de réaction, cette pièce en matière ré- fractiare 7 forme l'ajutage annulaire 9 dont l'extrémité de distribution est sensiblement co-axiale à l'axe longitudinal de la chambre de réaction 1 et à celui de la chemise de refroi dissement 4.
Au moyen de l'ajutage annulaire 9, de la vapeur d'es du gaz carbonique, ou analogue, ou des mélanges, sont injectés dans la chambre de réaction séparément mais en même temps qu'un mélange de combustible solide et d'oxygène à gazéifier. A cet
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effet, cet ajutage annulaire 9 est mis en communication direc- te, par des canaux horizontaux 10a et par le conduit annulaire 10, avec une source d'agent approprié de réaction endothermique arrivant sous pression par le conduit 11. Ces canaux horizon- taux 10a sont, par construction, un prolongement du conduit annulaire 10 et ils sont formés par des rangées de briques 10b espacées, mais alignées, la paroi supérieure et la paroi infé- rieure des conduits 10a étant ainsi maintenues espacées l'une de l'autre.
Dans cette construction, comme le montrent les figs 1 et 2, lesdits conduits 10a sont tous reliés entre eux en des points espacés, par d'autres conduits annulaires 10c représen- tant une contrepartie du conduit 10 qui est en communication directe avec le conduit 11. En outre, comme il est préférable, pendant le fonctionnement de l'appareil représenté, d'introdui- re l'agent de réaction endothermique après l'avoir préchauffé jusqu'à des températures très élevées, qui ne soient pas infé- rieures à 1200 C environ, il est préférable aussi de réaliser les conduits et les canaux 10, 10a 10c et 11 en une matière réfractaire et calorifuge,
de façon à éviter autant que possi- ble tout transfert de chaleur de ces conduits et canaux à tra- vers la maçonnerie voisine dans le chemise de refroidissement 4 qui entoure les tuyaux servant à distribuer la suspension re- froidie de combustible solide dans la chambre de réaction de l'appareil de gazéification. Pour chauffer préalablement le gaz ou la vapeur de réaction endothermique, le conduit 11 peut être mis en.communication, à son extrémité inférieure, avec tout ap- pareil préféré utilisé dans ce but, tel qu'un régénérateur, un récupérateur, etc...
Pour de nombreuses applications de l'appareil perfec- tionné en question, un seul tuyau 3 muni d'une chemise est suf- fisant pour injecter le mélange de combustible et d'oxygène dans la chambre de réaction, ainsi qu'on l'a dit plus haut.
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Pour de grandes installations il peut toutefois être utile, cc me le montre le dessin, d'employer plusieurs tuyaux montés dans uno chemise de refroidissement commune, et en pareil cas il est avantageux de disposer ces tuyaux symétriquement par rel port à l'axe longitudinal de la chambre de réaction. Lorsqu'on utilise plusieurs de ces tuyaux 3, il peut être particulière- ment avantageux de disposer un autre conduit 13, dans l'espa- ce compris entre ces tuyaux, ce conduit étant destiné à injec- ter une petite quantité d'agent de réaction endothermique di- rectement dans la chambre de réaction, de façon à empêcher tou= te accumulation fortuite de cendre du combustible solide à l'a trémité de la chemise de refroidissements.
L'ajutage annulaire a une forme telle qu'il distri- bue le gaz ou la vapeur de réaction endothermique qui entre, en lui donnant la forme d'une enveloppe continue ou d'une sor- te de rideau continu, en mouvement et entourant notamment la zone de réaction exothermique primaire produite par l'oxydation rapide du charbon pulvérisé avec l'oxygène dans lequel il est en suspension; les températures développées dans cette zone exothermique sont exceptionnellement hautes et elles endomma- geraient les parois en matière réfractaire, notamment près des orifices de sortie débouchant dans les tuyaux .1 de distribu- tion du combustible, si ces parois n'étaient pas protégées par cette enveloppe continue, en mouvement, de gaz ou de vapeur de réaction endothermique.
En outre, les particules de charbon com tenant le cas échéant du carbone résiduel qui n'a pas été oxy- dé dans la zone précédente de réaction exothermique, ne peuvent pas, lorsqu'elles sortent de la zone de réaction exothermique, se déposer directement sur les parois de la chambre de réactio= .le parce qu'elles sont obligées de traverser d'abord l'envelop- pe ou le rideau de vapeur d'eau ou de gaz carbonique, ou analo- gue, qui se meut le long des parois de la chambre de réaction;
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pendant ce mouvement, pendant lequel ces particules tendent au si à être entraînées par le mouvement de cette enveloppe, le carbone résiduel des particules de charbon réagit endothermi- quement avec la vapeur d'eau, le gaz carbonique, ou analogue, et il est transformé en oxyde de carbone, ce qui réduit énco- re la température des gaz dans lesquels ces particules sont en suspension,* Les cendres du combustible sont ensuite extraites elles-mêmes de la chambre de réaction pendant qu'elles sont en= core en suspension dans le mélange de gaz ou de vapeur résul- tant de la diffusion des produits des zones de réaction, endo- thermique et exothermique, d'une zone dans l'autre.
L'ajutage ± est destiné particulièrement à distri- buer du fluide de réaction endothermique dans l'espace de réac= tion sous la forme d'une enveloppe conique creuse s'écoulant en tourbillonnant. La suspension de combustible pulvérisé est injectée dans la partie creuse de cette enveloppe, où elle s'enflamme immédiatement à une petite distance de l'extrémité de distribution des tuyaux distributeurs , en oxydant partiel- lement le carbone contenu dans le combustible.
L'une des rai- sons principales pour' lesquelles on donne la forme décrite pla haut à l'enveloppe de gaz ou de vapeur, c'est qu'il s'agit d'é= viter une diffusion trop hâtive du fluide de réaction endother= talque dans la zone exothermique primaire et de retarder cette diffusion jusqu'à ce que sensiblement tout l'oxygène contenu dans cette zone ait été utilisé pour assurer l'oxydation. Un mélange prématuré du fluide de réaction endothermique avec des agents de réaction de la zone exothermique aurait un effet nui- sible sur la progression de la gazéification, c'est-à-dire qu'il diluerait l'oxygène employé, qu'il réduirait d'une façon indésirable la température pouvant être atteinte autrement dans la zone exothermique et qu'il réduirait considérablement le rendement de l'opération de gazéification.
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Ainsi qu'on l'a déjà dit, les parois de l'ajutage an nulaire 9 sont constituées par des briques réfractaires 8 en combinaison avec la pièce réfractaire 7, qui est représentée à une plus grande échelle dans la fig. 3* La surface extérieure de la pièce 2 a sensiblement la forme d'un cône et elle présen te un orifice central par lequel on peut insérer la chemise dé refroidissement des tuyaux .1 de distribution du combustible.
Cet orifice central doit avoir, de préférence, un diamètre tel qu'il y ait, dans des conditions de fonctionnement,, un contai entre cette chemise de refroidissement et les parois de cet orl fice central. La surface conique extérieure de la pièce réfrac taire 7 porte une série de côtes ou de saillies parallèles 12 qui, par suite de la conicité de cette surface, sont légère- ment inclinées à leur base vers le centre de la chambre de réa- tion ; en outre, ces saillies font également, avec l'axe de l'c rifice central de la pièce en matière réfractaire, un angle tel que leur prolongement rayonne en s'écartant du centre de la chambre de réaction.
Ces nervures ou projections subdivisent l'ajutage annulaire ± en plusieurs petits canaux ou conduits qui ont pour effet que le fluide de réaction endothermique qui les traverse est distribué avec un mouvement en spirale, est dirigé de façon à s'écarter de l'axe longitudinal de la cham- bre de réaction, et prend la forme d'un cône creux allant en se dilatant et se déplaçant le long de la surface conique de l'espace de réaction près de l'ajutage du brûleur. Le fluide continue à se mouvoir ainsi en spirale sur tout son trajet en- tre l'ajutage annulaire/et l'extrémité plus large de la chambre de réaction et, le cas échéant, jusqu'au séparateur de poussiè re relié à cette chambre.
Ceci empêche l'enveloppe conique de fluide à réaction endothermique de pénétrer dans la zone cen- trale de la chambre de réaction et d'interrompre la zone de réaction endothermique ou de pénétrer dans cette zone.
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L'appareil de gazéification qui fait l'objet de la présente invention permet d'obtenir une production continue de gaz combustibles présentant de fortes concentrations d'oxyde de carbone ainsi que d'hydrogène, à partir d'un combustible so- lide finement divisé. Il peut également être utilisé avantageu- sement et d'une façon analogue pour la gazéification de combus- tibles liquides.
L'invention décrite ci-dessus est appliquée sous une forme particulière et d'une manière particulière, mais elle peut aussi l'être de différentes manières sans qu'on sorte pour cela de son domaine.
REVENDICATIONS
1) Appareil pour la gazéification d'un combustible solide finement divisé et en suspension dans de l'oxygène et des agents de gazéification à réaction endothermique, le com- bustible étant introduit par soufflage, au moyen d'oxygène, dans une enceinte de réaction dans laquelle s'accomplissent la réaction exothermique et la réaction endothermique, carac- térisé par le fait que les moyens pour l'introduction des sub- stances à réaction endothermique dans l'enceinte de réaction sont disposés de façon à entourer l'entrée du mélange de com- bustible et d'oxygène de telle sorte que le long des parois de l'enceinte de réaction il se forme une couche continue de la substance à réaction endothermique, qui enveloppe la zone de la réaction exothermique.