<Desc/Clms Page number 1>
Procédé et installation pour gazéifier des matières carbonifères à grains fins ".
Dans les procédés connus pour la gazéification de matières carbonifères à grains fins, telles que les fines de charbon, les déchets de coke, la sciure de bois, les schlamms, etc., généralement appelée "la gazéification de poussières", le rendement, pour une capacité déterminée du gazogène employé, est considérablement plus bas que celui des procédés de gazéification de matières à gros grains effectuées dans des circonstances comparables dans un gazogène de même capacité, la capacité étant constituée par le nombre de mètres-cubes de CO + H2 par mètre-cube de volume du gazogène.
Ce résultat désavan tageux est obtenu, malgré que la vitesse de gazéifica- tion soit proportionnelle à la superficie des particules gazéifiées, et est dû principalement au fait que, dans
<Desc/Clms Page number 2>
la gazéification de poussières selon les procédés connus, on ne tient pas assez compte des réactions de gazéification et du mécanisme de la gazéification dans un lit fixe de gazéification, parce que les principes de la gazéification de matières à gros grains dans les gazogènes à cuve ne sont pas assez considérés comme étant la base de la gazéi- fication de poussières.
Si, toutefois, on exécute la gazéi- fication de poussière selon le principe du contre-courant employés dans les gazogènes à cuve, la vitesse de gazéifica- tion , à des températures élevées, est tellement grande que la vitesse moyenne du gaz devient considérablement plus gran- de que la vitesse de chute des petites particules. Il en résulte que le principe du contre-courant ne saurait être appliqué tel quel à la gazéification de poussières, ce qui a donné lieu à des procédés, où l'on exécute la gazéifica- tion de poussières dans un lit flottant selon le principe du simple courant (Wintershall - Schmalfeldt), et à des procédés basés sur une combinaison de ce principe avec le principe du courant transversal ("Koppers. Winkler).
Le travail suivant le principe du courant transversal est avantageux en ce sens qu'on peut obtenir une concentration élevée des poussières et une bonne transmission de chaleur, mais le rendement thermique obtenu est faible, parce que les gaz produits quittent le gazogène presque à une température aussi élevée que celle à laquelle s'opère la gazéification , tandis que beaucoup de particules solides sont emportées par le mélange gazeux . On a, dès lors, propc sé de connecter derrière le gazogène de gazéification, une deuxième chambre, généralement appelée le gazogène secon- daire, où a lieu la gazéification des particules entraînées.
Dans le procédé Winkler, on exécute cette gazéification secon daire après avoir ajouté de l'oxygène au mélange de gaz, mais ceci entraîne le 'désavantage selon lequel la températu- re du mélange de gaz devient encore plus élevée que la tempe @
<Desc/Clms Page number 3>
rature de gazéification. Dans le procédé Koppers on ob- tient une amélioration en établissant un certain nombre de "lits de bouillonnement" l'un au-dessus de l'autre ,en sorte que le gazogène commence à ressembler à une colonne à plaques, telle que celle employée généralement pour les distillations.
Dans ce cas la gazéification de poussiè- res s'opère dans des espaces de réaction plus ou moins uni- formes et superposés, tandis que derrière le gazogène de gazéification proprement dit, on a placé un gazogène secon- daire pour la gazéification des particules entraînées.
Les procédés connus pour la gazéification de poussiè- res caractérisent par l'emploi d'un tel gazogène secondai- re, dans lequel la gazéification s'opère à une concentra- tion beaucoup plus faible de la poussière que celle em- ployée dans le premier gazogène, le rendement de la gazéi- fication étant cependant faible.
On a constaté qu'on obtient des résultats avantageux dans la gazéification de matières carbonifères à grains fins dans deux gazogènes couplés en série, si le volume de l'espace de réaction dans l'un des gazogènes (le grand gazogène) est un multiple du volume de l'espace de la ré- action dans l'autre gazogène (le petit gazogène), si la gazéification dans le petit gazogène s'opère en appliquant le principe du courant transversal, à une température éle- vée et à une capacité élevée, mais avec un faible rende- ment , et si la gazéification dans le grand gazogène s'o- père avec une concentration artificiellement accrue des particules à gazéifier, à une température moyenne plus avec faible, à une capacité plus basse et xxx un rendement plus élevé que dans le petit gazogène.
Si l'on compare le procédé suivant l'invention au procédé de gazéification de combustibles à gros grains dans un gazogène à cuve fonctionnant selon le principe du contre-courant, on peut faire remarquer que, dans un
<Desc/Clms Page number 4>
tel gazogène à cuve, il se maintient au fond de la cuve une zone de température et de capacité élevées, qui est courte en comparaison du reste de la cuve, d'une part, à cause de l'amenée du combustible préchauffé jusqu'à la température de gazéification et, d'autre part, à cause de la température élevée et de la teneur élevée en oxygène de l'agent gazéifiant.
Cette zone de température et de concentration élevée est courte, parce que, à cause du caractère endothermique de la réaction de gazéification, la température diminue rapidement au début et plus lente- ment par la suite, par suite de l'amoindrissement de la vitesse de la réaction de gazéification,à cause de la température plus basse et de la diminution de concentra- tion des éléments actifs de l'agent gazéifiant. La zone courte de température et de capacité élevées est suivie d'une zone beaucoup ples longue de température et de capacité plus basses. Plus cette dernière zone est longue plus le rendement du gazogène est élevé.
Dans le procédé selon l'invention, on pourrait égale- ment parler de deux zones à titre de comparaison. En effet la zone courte de température et de concentration élevées se trouve dans le petit gazogène, tandis qu'on peut comparer le grand gazogène à la zone plus longue de température et de capacité plus basses. En outre, le procédé selon l'invention , procure un rendement élevé, ce qui s'applique également au gazogène à cuve susmenk tionné pour les matières à gros grains.
Dans le petit gazogène selon l'invention, il est sou- haitable, pour maintenir une température élevée, que le temps pendant lequel les gaz en réaction sont présents soit court par rapport à la durée totale de contact, ce qui s'obtient, de façon simple, par le fait que le volume de ce gazogène est plus petit que celui du grand ,gazogène. Pour obtenir un bon contact entre les particules
<Desc/Clms Page number 5>
à gazéifier et l'agent gazéifiant et un temps prolongé de présence des particules à gazéifier dans le petit gazogène, on applique dans ce gazogène le principe du courant transversal.
En maintenant une température élevée dans le petit gazogène, on obtient les avantages suivants :
1. les cendres des particules peuvent s'écouler ou s'évacuer comme de la scorie liquide, ce qui présente de l'intérêt dans la gazéification de poussières, notamment parce que, de cette façon, la teneur en cendres volantes du mélange de gaz produit peut être maintenue à une valeur très basse.
Si on le désire, la scorie liquide peut s'é- couler également du grand gazogène;
2. à cause des dimensions relativement faibles du petit gazogène, celui-ci peut être construit de façon simple, pour des températures élevées;
3. à cause de la température élevée, le rapport de la quantité de O2 à la quantité de H20 et/ou de CO2 dans l'agent gazéifiant peut être choisie de telle façon (de préférence une proportion de 1 : 0,9 - 1,5) qu'on ait un mélange de gaz contenant une très faible propor- tion de CO2 et de H20 .
Les conditions énoncées ci-dessus, à savoir : tempéra- ture élevée , court séjour,principe du courant transver- sal, scorie liquide et gazogène relativement petit peuvent être remplies par l'emploi d'un cyclone comme petit gazo- gène . En réalisant le procédé selon l'invention avec un cyclone comme petit gazogène on peut, dès lors, obtenir de très bons résultats.
Dans le grand gazogène employé dans le procédé selon l'invention, les éléments, qui sont actifs comme agents gaz;- ifiants et qui se trouvent encore dans le mélange de gaz sortant du petit gazogène, réagissent avec les parties de la matière à gazéifier, qui n'ont pas encore été con-
1
<Desc/Clms Page number 6>
verties entièrement , ce qui se fait à une température plus basse que celle régnant dans le petit gazogène. Par conséquent, le temps pendant lequel le gaz doit séjourner dans le grand gazogène doit être plus long, afin de garan- tir un contact suffisant entre l'agent gazéifiant et les particules à gazéifier .
On peut améliorer encore ce contact en augmentant artificiellement la concentration des parti- cules , ce qui peut se faire, par exemple, par l'applica- tion d'un seul ou de plusieurs des systèmes connus sous l'appellation "lits de bouillonnement", tels qu'on en em- ploie dans le premier gazogène dans certains procédés connus, tels que celui/de Koppers, ou bien par l'application d'un sys- tème tel que celui décrit dans la demande de brevet néerlan- daise 139.260, où la gazéification des particules plus grande- se fait suivant le principe du contre-courant et où les par- ticules plus petites, pour autant qu'elles ne sont pas gazéifiées, sont entraînées hors du gazogène et peuvent entrer dans le petit gazogène après avoir été séparées du mélange de gaz.
La séparation des particules solides du mélange évacué du grand gazogène est d'intérêt primordial, quand on exécute le procédé selon l'invention d'une manière suivant laquelle les matières à gazéifier sont introduites d'abord dans le grand gazogène et ensuite les particules non gazéifiées sont séparées du mélange évacué du grand gazogène, de préférence à l'aide d'un cyclone, et sont ensuite introduites dans le petit gazogène. En outre, pour augmenter la concentration des particules, le grand gazogène peut être garni de la manière décrite dans la demande de brevet belge déposée le 29 décembre 1948 sous le n 378.442 de sorte qu'un effet favorable peut être obtenu de façon plus simple que dans le système Koppers susmentionné.
En
<Desc/Clms Page number 7>
même temps, on peut obtenir un avantage spécial, si l'on emploie du coke comme matière de remplissage , parce que ainsi la surface du carbone présent, dans le gazogène augmente. D'autres avantages du procédé suivant l'invention résident dans le fait qu'on évite des pertes par usure, tandis que la résistance aux hautes températures de la matière de remplissage ne pose pas de problème.
En outre, il est possible, en garnissant le grand gazogène selon le système décrit dans la demande de brevet belge déposée le 29 décembre 1948 sous le n 378.472 d'employer des minerais comme matière de remplissage et ainsi de faire fonctionner ce gazogène comme un haut-four- cpndant neau , dans lequel on n'a/pas besoin six d'installer des cou- ches de coke ou d'autres couches de combustibles. De cette façon, on peut obtenir un haut-fourneau d'une capacité éle- vée économique pour les combustibles.
Le dernier système présente en même temps l'avantage que le principe du courant transversal est combiné avec le principe du simple courant, de sorte que dans le grand gazo- gène on peut obtenir des zones différentes, dans lesquelles les conditions de réaction, comme la température, sont diffc rentes. On peut au besoin introduire dans ce gazogène de la vapeur d'eau et/ou du CO2 et/ou des hydrocarbures en un seul ou en plusieurs endroits. On peut également introduire dans le gazogène des catalyseurs pour la conversion du CO avec de la vapeur d'eau, ainsi que des catalyseurs pour la formation de CH4' de sorte que la composition du mélange de gaz produit peut être réglée.
Ce réglage de la composition du mélange de gaz pro- duit peut se faire aussi, en appliquant d'autres systèmes dans le grand gazogène. En outre, la composition peut être influencée en ajoutant au mélange sortant du petit gazogène les substances carbonifères à gazéifier et/ou des agents gazéifiants, comme des gaz de carneaux et/ou des gaz oxy-
<Desc/Clms Page number 8>
génés. On peut également y ajouter de la vapeur d'eau et/ou de l'acide carbonique et/ou des hydrocarbures. En outre,la composition du mélange de gaz peut être réglée en couplant en parallèle deux ou plusieurs petits gazogè- nes, de préférence des cyclones, et en les mettant en com- munication avec un seul grand gazogène.
Si l'on opère avec de la scorie liquide,le mélange de gaz produit peut être séparé des cendres volantes,qui y sont éventuellement encore présentes, à l'aide d'un cy- clone, et ces cendres volantes, si elles renferment encore des éléments non gazéifiés, peuvent être ramenées au petit gazogène, si on le désire.
La scorie liquide peut s'écouler du petit gazogène aussi bien que du grand gazogène, du encore de ces deux gazogènes à la fois . Si la scorie liquide s'écoule du grand gazogène, la température au fond de ce gazogène doit être plus élevée que celle à laquelle la scorie se liquéfie. On obtient ainsi l'avantage que les gouttes de scories, emportées par le mélange de gaz,servent à fixer une partie des particules à gazéifier à la charge au fond du gazogène. Cet effet peut être facilité en introduisant au fond du gazogène de l'oxygène ou des gaz oxygénés, ou bien en ajoutant ceux-ci au mélange sortant du petit gazogène.
Le procédé selon l'invention peut s'exécuter de façon économique en utilisant,de la façon usuelle, la chaleur qui se trouve dans le mélange de gaz produit,de préfé- rence pour préchauffer la matière à gazéifier . Cet échange de chaleur peut se faire également au moyen d'un "lit de bouillonnement" et/ou d'une colonne garnie de corps de remplissage.
<Desc/Clms Page number 9>
En utilisant un cyclone d'alimentation pour l'intro- duction de la matière dans le cyclone faisant office de petit gazogène, on peut réaliser le chauffage de la matière dans ce cyclone d'alimentation jusqu'à une température sensiblement égale à la température de la réaction, en introduisant en même temps un combustible quelconque et de préférence gazeux, dans ce cyclone d'alimentation/en le brûlant dans ce cyclone à l'aide d'oxygène ou de gaz contenant de l'oxygène.
Le procédé selon l'invention peut s'exécuter,par exem- ple, de la façon illustrée schématiquement sur le dessin ci-annexé. Selon ce dessin on introduit en 2 les agents gazéifiants dans le petit gazogène 1, qui a la forme d'un cyclone, tandis qu'à l'aide d'un petit cyclone d'ali- mentation 3, présentant un orifice d'entrée 4, on intro- duit dans le gazogène la substance à gazéifier avec un gaz auxiliaire . Dans le grand gazogène 5, on a établi une colonne de corps de remplissage 6, et au-dessus de cette colonne un "lit de bouillonnement" 7. Dans ce gazo- gène, on introduit en .$ et/ou en 9 la substance à gazéi- fier, tandis qu'on introduit en 10 des gaz oxygénés et en 11 et en 12 de la vapeur d'eau.
La scorie liquide s'écoule en 13, tandis que les particules plus lourdes quittent le gazogène en 14. En 15 s'écoulent le mélange de gaz et les particules plus légères, qu'on sépare dans le cyclone 16 du gaz sortant en 17, et qu'on réintroduit avec les particules plus lourdes dans le cyclone d'ali- mentation en 4.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.