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" Procédé et installation pour la gazéification de sub- stances carbonifères à grains fins."
Dans le présent mémoire, on entend par gazéifi- cation de matières à grains fins la gazéification, à l'aide d'oxygène ou de gaz contenant de l'oxygène, de matières carbonifères à grains fins ou pulvérisées, telles que le poussier de charbon, le charbon pulvérisé, le grésillon de coke, la poudre de bois, les schlamms et les matières ana- logues.
La gazéification de poussières par les procédés connus, peut se réaliser de trois manières, à savoir : 1. gazéification à contre-courant par un procédé identique à celui de la gazéification de matières carbonées à gros
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grains dans des gazogènes à cuve.
2. gazéification à l'état flottant, telle qu'elle s'effec- tue dans le gazogène de Winkler.
3. gazéification par circulation, dans laquelle la sub- stance à gazéifier traverse le réacteur dans le même sens que l'agent gazéifiant.
Dans ces procédés connus, pour l'obtention de la présent chaleur nécessaire à la gazéification, on a proposé jusqu'à les systèmes suivants : a. chauffage extérieur ou chauffage électrique, b. comme agent gazéifiant, on se sert d'un courant de gaz de fumée obtenu à haute température par combustion complète ou incomplète d'une partie de la substance à gazéifier, combustion qui peut éventuelement être effectuée graduel- lement. c. un agent de gazéification en circulation est chauffé jusqu'à une température telle, que la chaleur nécessaire à la gazéification puisse être dégagée par cet agent. d. une partie de la substance à gazéifier est brûlée, pen- dant la gazéification, dans le même espace de réaction en introduisant simultanément dans cet espace la substance à gazéifier, de l'oxygène et de la vapeur d'eau.
En ce qui concerne la qualité des mélanges gazeux obtenus par les procédés connus, il faut remarquer qu'on obtient principa- lement trois genres de produits, à savoir : 1. si l'on emploie de l'air comme agent de gazéification, des mélanges gazeux à faible chaleur de combustion xxxxx de 1000- 1300 Kcal/m3; 2. si l'on emploie de l'oxygène comme agent de gazéifica- tion, desmélanges gazeux de composition analogue à celle du gaz à l'eau et à chaleur de combustion de 2700-3000 Kcal/m3; 3. des mélanges gazeux, se composant principalement de
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CO + H2 dont la composition peut varier entre des limites restreintes, si l'on emploie un agent de gazéification en circulation.
Au point de vue du rendement des procédés connus, on peut remarquer que, dans la gazéification selon le principe du contre-courant, le rendement est faible, parce que le mélange gazeux obtenu contient encore beaucoup de substances non gazéifiées, ce qui est aussi le cas des scories, alors que la teneur en acide carbonique est trop élevée par suite de la formation inévitable de canaux.
De même dans la gazéification à l'état flottant, le mélange gazeux contient beaucoup de matières non gazéi- fiées, tandis que le mélange gazeux obtenu par ce procédé a encore une température très élevée,de plus de 1000 C.
Dans la gazéification selon le principe de la circulation continue, le rendement est également faible, parce que le mélange gazeux obtenu est également à une température très élevée de l'ordre de 1200-1300 C, tandis qu'en outre le mélange gazeux provenant de la chambre de réaction doit nécessairement être à une température supé- rieure à celle de la substance à gazéifier. Dans les pro- cédés de gazéification à circulation de Winterhall-Schmal- feldt ou Koppers par exemple, le rendement est encore plus faible, parce que le chauffage de l'agent en circulation s'accompagne de pertes de chaleur, tandis qu'en même temps une partie de la substance à gazéifier doit parfois être soutirée du courant gazeux.
En général, on peut conclure que le rendement de la gazéification, que l'on peut définir par le rapport de la chaleur de combustion du mélange gazeux obtenu à ce- lui de la substance à gazéifier, n'est que de 42 à 72% dans les procédés connus, alors que pour la gazéification d'une substance à gros grains on peut atteindre un rendement de
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90 %. De même le rendement du gazogène employé est beau- coup plus faible dans les procédés connus de gazéification de poussières que dans les procédés de gazéification de substances à gros grains, ce qui est d'autant plus frap- pant si l'on calcule le rendement non par rapport au dia- mètre du gazogène en m2, mais par rapport à l'espace de gazéification en cm3.
Dans les procédés de gazéification de poussières, le rendement est le plus souvent inférieur à 300 m3 par m3 de volume de gazéification, alors que pour la gazéification de substances à gros grains dans les gazogènes à cuve où lton évacue les scories sous forme de liquide, on peut atteindre un rendement de 1500 m3/m3.
Or, on a trouvé que l'on peut obtenir de bien meilleurs résultats dans la gazéification de matières carbonifères en poussière, si la substance à gazéifier est chauffée préalablement jusqu'à environ la température de gazéification dans une chambre spéciale raccordée au réac- teur de gazéification et est ensuite, après avoir été in- troduite dans le réacteur de gazéification, gazéifiera l'aide d'un courant de gaz de fumée, introduit dans le réacteur de gazéification à une température plus élevée que la température de gazéification, lequel courant de gaz de fumée est obtenu par la combustion partielle ou totale d'un combustible quelconque, de préférence un gaz, à l'aide d'oxygène ou de gaz contenant de l'oxygène, et est additionné, si on le désire, de vapeur d'eau et/ou d'acide carbonique et/ou d'autres combustibles,
et ainsi que d'un autre courant de gaz de fumée, dont la vitesse, dans le réacteur de gazéification, est réglée de façon à être toujours quelque peu inférieure à la vitesse, à la- quelle les particules les plus grosses de la substance à gazéifier introduites dans le réacteur peuvent encore rester à l'état flottant. Dans le procédé selon l'inven-
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tion, la gazéification de matières carbonifères en pous- a lieu siètres/en présence d'un excès d'oxygène, de vapeur d'eau et/ou d'acide carbonique se trouvant dans le courant de gaz de fumée, tandis que la chaleur nécessaire pour la gazéification est fournie, en partie, par le courant du gaz de fumée. De cette manière, on a obtenu les résultats favorables suivants : 1. le rendement de la gazéification est augmenté jusqu'à environ 90 %.
2. le rendement du gazogène est également augmenté jusqu'à obtention d'un rendement identique à celui de la gazéifi- cation de substances à gros grains dans les gazogènes à cuve, où les scories sont évacuées sous forme liquide; 3. la composition du mélange gazeux à obtenir peut être modifiée de façon qu'il soit possible de réaliser des mélanges gazeux, aptes à être employés pour la synthèse d'hydrocarbures, d'alcools, etc.; 4. la matière à gazéifier peut se composer de particules de 5-6 mm, sans qu'une opération de pulvérisation soit nécessaire, tandis qu'une forte teneur en humidité dans la substance à gazéifier ne présente pas de difficultés.
Grâce au procédé selon l'invention, tous les inconvénients susindiqués des procédés connus pour la gazé- ification de poussières peuvent être évités, du fait de l'application de voies toutes nouvelles. Par le réglage spécial de la vitesse des gaz de fuméele procédé selon l'invention peut être classé dans une classe intermédiaire entre la gazéification à l'état flottant et la gazéifica- tion par circulation.
Dans la gazéification à l'état flot- tant ou par suspension, la vitesse du gaz est fixée à une valeur telle que la chute des particules les plus grosses de la substance à gazéifier est empêchée, laquelle vitesse peut être égale à la vitesse de chute ou à la vitesse de
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flottement des particules les plus grosses, tandis que les particules les plus petites sont entraînées par le courant gazeux.
Dans la gazéification par circulation, la vitesse du gaz est plus grande que la vitesse de flottement des particules les plus grosses. Dans le procédé selon l'inven- tion, la vitesse du gaz est déterminée de telle sorte qu'à son entrée dans le réacteur de gazéification, elle est légèrement plus grande que la vitesse de flottement des plus grosses particules. Une diminution lente et progres- sive de la vitesse du gaz peut ensuite se produire, mais cette vitesse restant constamment légèrement inférieure à la vitesse de flottement des particules xx les plus gros- ses, qui deviennent toujours de plus en p-lus légères par la gazéification.
Il est également à noter que dans le procédé suivant l'invention toutes les particules sont entraînées jusque dans le réacteur, les particules les plus grosses tombant jusqu'à un niveau où la vitesse du gaz est plus grande, en sorte que ce gaz les entraîner à nouveau vers le haut. Comme les particules deviennent plus petites par suite de la gazéification, le phénomène décrit ci- avant, se déplace vers le haut.
En ce qui concerne les particules plus petites et plus légères, le même phénomène se produit dans les parties plus élevées du réacteur.
Pour les particules les plus grosses et les plus lourdes, le procédé suivant l'invention peut être plus ou moins comparé à une gazéification à l'état flottant dans les parties supérieures du réacteur, à condition qu'on néglige la différence essentielle résidant dans le fait que, dans le procédé selon l'invention, il n'y a pas de colonne de substance à gazéifier dans le réacteur et que la substance ne reste pas plus de quelques secondes dans
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le réacteur.
Dans le procédé de gazéification par circulation, on peut noter que la vitesse du gaz est toujours plus gran- de que la vitesse de flottement des particules les plus grosses, de sorte que la hauteur du réacteur ou, en géné- ral, la longueur du trajet à parcourir pendant la gazéifi- cation sera calculée de façon que la gazéification des plus grosses particules soit possible.
On doit, dès lors, construire des réacteurs avec trajet de gazéification de plusieurs dizaines de mètres, si la substance à gazéifier se compose de particules de 5-6 mm. De plus, le temps de passage dans le réacteur est de l'ordre 50 - 100 secondes, de sorte que le rendement est très bas. Ces inconvénients peuvent être évités en pulvérisant d'abord la substance à gazéifier, mais par cette opération le procédé perd de sa valeur pour son ap- plication industrielle. Par contre, dans le procédé selon l'invention, des substances à grains de 5-6 mm peuvent être gazéifiées sans difficultés.
Dans le procédé selon l'invention, on obtient également la chaleur nécessaire à la gazéification des poussières par une méthode nouvelle. La substance à gazéifia, est chauffée à peu près à la température de la réaction, dans une chambre en communication avec le réacteur de gazéi- fication, tandis qu'il n'est pas nécessaire de disposer de chaleur pour sécher et réchauffer la substance à gazéifier.
Ce résultat est atteint, de manière facile, à l'aide d'un combustible quelconque, de préférence an gaz ou, le cas échéant, un gaz provenant du soutirage en un ou plusieurs points du réacteur d'une partie du mélange gazeux formé dans ce réacteur, ce gaz étant conduit dans la chambre spéciale en communication avec le réacteur et y étant brûlé, en tout ou en partie, avec, par exemple, de l'air préchauf- fé, de l'oxygène, ou un mélange d'oxygène et d'air. Au gaz
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à brûler, à l'air, à l'oxygène, etc. ou au mélange de gaz de combustion obtenu, on peut ajouter de la vapeur d'eau et/ou de l'acide carbonique et/ou d'autres gaz tels que par exemple des gaz de combustion produits ailleurs, ce qui permet de régler la composition du mélange gazeux à pro- duire pendant la gazéification.
Bans la chambre spéciale de combustion, la substance à gazéifier et le mélange de gaz de combustion chaud sont mis en contact, la tempéra- ture de ce mélange de gaz de combustion, qui s'élève sou- vent à 1900 - 2000 C, étant toujours plus élevée que la température de la gazéification dans le réacteur. Le cas échéant, la substance à gazéifier peut encore être séchée et préchauffée. Le mélange de gaz de combustion chaud forme le courant de gaz de fumée avec lequel la substance à gazéifier est introduite dans le réacteur de gazéifica- tion.
Par ce procédé, on obtient dans la chambre de combustion spéciale les résultats suivants : 1. Par suite de la température élevée, les particules plus grosses de la substance à gazéifier se désagrègent facile- ment, de sorte qu'une diminution de la grandeur des parti- cules a lieu sans dépense d'énergie supplémentaire : 2. la substance, non séchée ou partiellement séchée, est séchée brusquement et débarrassée de ses constituants volatiles.
3. si le mélange gazeux de combustion contient de l'oxygène libre, celui-ci réagit avec les constituants volatils de la substance à gazéifier, mais ne réagit pas avec le car- bone si la température de la substance est encore faible au commencement; 4. dès que la température des particules a atteint 800 C, les hydrocarbures (surtout les hydrocarbures lourds) et les vapeurs de goudron se décomposent en leurs composants
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élémentaires.
5. comme le temps pendant lequel les particules séjournent dans la chambre de combustion ne dépasse pas celui néces- saire au chauffage préalable jusqu'à une température sensi- blement égale à la température de gazéification dans le réacteur, ces particules se transforment en particules de coke, alors que le carbone de ces particules ne se trans- forme pratiquement pas dans la chambre de combustion, par- ce que : a. la réduction de CO2 + H20 est très faible à une tempéra- ture inférieure à 800 C; b. CO2 et H20 ne réagissent qu'avec les hydrocarbures légers, spécialement avec CH4; c. la concentration en C02 + H20 peut être maintenue fai- ble au commencement et peut ensuite être augmentée par l'addition d'acide carbonique et de vapeur d'eau et/ou d'un second courant de gaz de fumée obtenu ailleurs.
En appliquant le procédé suivant l'invention, on arrive,de manière simple, à ce que la substance à gazéi- fier soit séchée avant de parvenir dans le réacteur de gazéification, puisqu'elle est libérée de ses constituants volatiles, décomposée en ses éléments et préchauffée à une température de 800-1000 C, tandis qu'en outre les particu- les ont diminué de grosseur.
La température et la composition du second cou- rant de gaz de fumée, surtout ses teneurs en CO2' H20' O2 et N2' peuvent être réglées d'après la composition désirée du mélange de gaz à produire. Comme, ainsi qu'on le sait, la vitesse de gazéification peut être augmentée par l'em- ploi d'un excès d'agents de gazéification, la teneur en vapeur d'eau de ce second courant de gaz de fumée peut être augmentée en conséquence, tandis que la teneur en acide carbonique peut elle aussi, être augmentée, surtout quand le mélange de gaz à produire doit avoir une teneur élevée
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en oxyde de carbone.
Cette modification de la composition de l'agent de gazéification peut se faire dans une chambre spéciale, le cas échéant au moyen d'un troisième courant de gaz de fumée, qui, comme le premier mélange de gaz de combustion, peut être obtenu par combustion dans cette troisième chambre, et peut être additionné de vapeur d'eau et/ou d'acide carbonique préchauffés ou non.
Ainsi, il est possible d'effectuer le chauffage préalable de la substance à gazéifier en deux ou plusieurs étapes, ce qui donne les résultats suivants : 1. la substance à gazéifier et l'agent de gazéification sont amenés dans l'état physique et chimique le plus favo- rable pour la gazéification, ce qui permet de réaliser la gazéification de manière telle que la vitesse relative du courant gazeux par rapport aux particules à gazéifier soit plus grande que dans n'importe quel autre procédé connu jusqutà présent, en sorte que la vitesse de la réaction de gazéification et, dès lors, le rendement du réacteur sont beaucoup plus grands que dans le cas des procédés connus;
2. comme la substance à gazéifier est chauffée à peu près à la température de la gazéification, il n'est pas néces- saire d'effectuer la gazéification à haute température jusqu'à la fin de la réaction, la température pouvant dimi- nuer jusqu'à 750-800 C, en sorte que les pertes calorifiques sont inférieures de 50% environ à celles des procédés con- nus et que le rendement de la gazéification est dès lors plus élevée que dans les procédés connus le rendement peut encore être augmenté en soutirant une partie du mélange gazeux obtenu en un ou plusieurs endroits du réacteur, pour la ramener dans la chambre de combustion, et en employant ensuite la chaleur de la partie non soutirée du dit mélange gazeux, après sa sortie du réacteur, pour le préchauffage des gaz nécessaires dans des échangeurs de chaleur,
de sorte
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qu'un rendement de 90% peut être obtenu.
3. si la gazéification est effectuée de manière que les parties composantes des cendres fondent et qu'on soutire une scorie sous forme liquide, l'avantage d'un chauffage préalable, tel que décrit ci-dessus, apparaîtra égale- ment puisqu'on peut disposer un deuxième réacteurmuni d'un de dispositif/soutirage des scories fluides, derrière le réac- teur de gazéification.
Dans le premier réacteur de gazéification règne la température la plus haute, tandis qu'on veille à ce que la quantité du gaz de fumée servant d'agent de gazéifica- tion soit suffisamment faible pour qu'on ne puisse pas gazéifier la totalité de la substance à gazéifier, après quoi la gazéification est achevée à plus basse température, dans un second réacteur de gazéification à l'aide d'un troisième courant de gaz de fumée.
De cette façon, on peut soutirer une scorie liquide, tandis que peu de cendres volantes sont entraînées dans le mélange de gaz produit; 4. comme la température du mélange de gaz de gazéification est considérablement plus basse que la température de fu- sion de la scorie, les cendres volantes entraînées par le mélange de gaz ne sont pas liquides, de sorte que, dans les dépoussièreurs échangeurs de chaleur, etc. associés aux réacteurs, les particules de cendres volantes ne se collent pas aux conduites, etc. et qu'il ne se forme plus d'obstruction;
5. le chauffage préalable réalisé dans le procédé selon l'invention permet d'obtenir un mélange de gaz à forte teneur en hydrogène, parce que la chaleur nécessaire à la gazéification est fournie par l'agent de gazéification, de sorte qu'une plus grande quantité de vapeur d'eau peut être et transformée/que, dès lors, la teneur en hydrogène est aug- mentée, puisque l'hydrogène présent dans la matière à
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gazéifier, de même que l'hydrogène présent dans le goudron, peuvent se trouver dans le mélange de gaz obtenu.
Si l'on emploie l'oxygène comme gaz de combustion on peut produire ainsi un mélange de gaz de gazéification, dans lequel le rapport CO : H2 est égal à 1 : 1, tout comme dans le gaz à l'eau, alors que dans la gazéification par l'oxygène de combustibles à gros grains, on obtient des mélanges de gaz, dans lesquels la teneur en CO est généra- lement 2-2,5 fois plus grande que la teneur en H2. Le mé- lange de gaz obtenu par la gazéification de matières fines, par le procédé suivant l'invention, est donc plus avanta- geux pour plusieurs usages, notamment comme gaz de synthèse.
Pour obtenir plusieurs mélanges de gaz convenant pour effectuer différentes synthèses, il est souhaitable de pouvoir régler, dans le mélange de gaz, le rapport CO : H2' de façon que le mélange de gaz obtenu puisse être employé immédiatement comme gaz de synthèse, après enlève- ment éventuel de l'acide carbonique. Ce résultat peut Être obtenu dans le procédé selon l'invention en introduisant dans le réacteur de gazéification, en un ou plusieurs endroits où la réaction de gazéification est terminée, de la vapeur d'eau ou même de l'eau pulvérisée, qui abaisse la température du mélange de gaz jusqu'à la température exigée pour la conversion de la vapeur d'eau.
Si, en même temps, on introduit dans le réacteur des catalyseurs pour cette conversion, tels que Fe203' MgO, etc. de préférence pulvérisés, on peut régler la teneur en oxyde de carbone du mélange de gaz, en opérant, dans la mesure désirée, la conversion donnée par l'équation :
CO + H20 - CO2 + H2
Comme on peut employer également de l'eau au lieu de vapeur d'eau, le procédé selon l'invention offre aussi, à ce point de vue, des avantages pratiques.
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La teneur en méthane du mélange de gaz peut être augmentée de façon simple, ce qui est important si le mé- lange obtenu doit être employé comme gaz de ville ou pour la livraison de gaz à grande distance. Cette augmentation de la teneur en méthane s'obtient en introduisant dans le réacteur des catalyseurs convenables à des endroits où la gazéification est terminée et/ou en augmentant la pression dans le réacteur. Comme la température nécessaire pour la conversion de la vapeur d'eau est de 380 à 450 C et que celle de la formation du méthane est de 250 à 300 C, la formation du méthane peut avoir lieu dans une région, où la. conversion de la vapeur d'eau est terminée.
L'application de pressions plus élevées pour la gazéification des matières fines est non seulement avanta- geuse pour la formation du méthane, mais permet, en outre, d'obtenir d'autres résultats favorables. L'application d'une pression plus élevée donne notamment lieu à une aug- mentation des réactions physiques et chimiques de gazéifi- cation, tandis que cette pression est inversement propor- tionnelle au temps de gazéification et à la longueur du trajet à parcourir par les particules pendant la gazéifica- tion. Pour une surpression de 3 atmosphères, le rendement du réacteur est, en effet, déjà trois fois plus élevé qu'à la pression atmosphérique. De cette manière, le rendement de la gazéification de matières fines peut être plus élevé que le rendement de la gazéification de combustibles à gros grains.
Pour obtenir, de façon simple, l'énergie néces- saire à l'application de la pression plus élevée, on se sert, suivant l'invention, des moyens suivants :
Si l'on travaille dans un système pratiquement clos à surpression, dans lequel le gaz nécessaire à la com- bustion dans la chambre de combustion est obtenu en souti- rant une partie du mélange de gaz formé dans le réacteur
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de gazéification, une légère surpression suffit pour in- troduire le courant de gaz dans le réacteur, ce qui peut se faire en ajoutant au courant de gaz de la vapeur d'eau sous une légère pression.
La substance à gazéifier peut aussi être intro- duite, de manière simple, dans la chambre de combustion.
A cet effet, cette substance est préalablement séchée dans un autoclave, dans lequel la pression est établie par l'évaporation de l'eau dégagée par la substance à gazéi- fier, cette pression étant, grâce à une soupape de sûreté, maintenue légèrement supérieure à la pression régnant dans la chambre de combustion ou dans le réacteur, en sorte que le retour de flamme est évité. L'autoclave peut être chauf- fé par le mélange de gaz provenant du réacteur ou d'une autre mahière, par exemple électriquement. Par suite de la pression et de la température du mélange de gazéification produit, celui-ci peut faire fonctionner une turbine à gaz, qui fournira suffisamment d'énergie électrique aussi bien pour le séchage de la substance à gazéifier, que pour les installations accessoires.
Surtout si le mélange de gaz sort du réacteur à une température relativement élevée, la chaleur du mélange de gaz pourra servir d'abord à la pro- duction de vapeur en quantité suffisante pour satisfaire les besoins en vapeur d'eau pendant tout le procédé,tandis que la turbine à gaz pourra fonctionner à l'aide du mélange de gaz.
Un compresseur spécial est seulement exigé pour l'air ou l'oxygène. Ce compresseur ne demande que peu d'énergie, parce que la quantité d'oxygène constitue envi- ron 15 à 20% de la quantité de mélange de gaz de gazéifica- tion obtenue. Dans le procédé selon l'invention, un petit compresseur pour l'okygène peut donc fournir une quantité de mélange de gaz sous pression cinq à six fois plus grande
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La turbine à gaz susmentionnée ou une autre turbine à va- peur à contre-pression peut fournir l'énergie nécessaire pour le fonctionnement de ce petit compresseur.
La vitesse de la gazéification peut être augmen- tée par adduction pulsative du gaz dans le réacteur, tandis que l'introduction des gaz dans la chambre de combustion peut avoir lieu par impulsions soit avec interruptions simultanées, soit avec interruptions dans des phases diffé- rentes. Les avantages de cette alimentation par impulsions ou "bouffées" de gaz se manifestent dans l'exemple suivant :
Si, par exemple, le courant de gaz de fumée dans la chambre de combustion et le courant de gaz de fumée dans le réacteur, tous deux chargés au moyen de la substance à gazéifier, sont interrompus simultanément, les particules présentes dans le réacteur tombent.
Pendant la demi-période de l'impulsion suivante, on introduit une nouvelle fraction de gaz de fumée avec des particules qui bombardent les par- ticules tombantes susmentionnées et les poussent vers le haut, tandis que les particules bombardantes perdent leur vitesse et soht entraînées plus loin par l'impulsion sui- vante. Grâce à ce système d'alimentation par impulsions, les particules acquièrent un mouvement dansant, non seule- ment en sens vertical, mais encore dans des directions di- vergentes. Ainsi la vitesse relative du courant gazeux par rapport à la vitesse des particules est augmentée, ce qui fait diminuer la résistance des particules à la gazéifica- tion et augmente la vitesse de gazéification.
En réglant l'intervalle entre les impulsions de même qu'en décalant les phases entre les impulsions dans les deux chambres susmentionnées, on peut influencer, de manière sensible, le temps de la gazéification.
Un autre avantage intéressant du procédé selon l'invention réside dans le fait que le mélange de gaz de
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gazéification obtenu ne contient que peu de cendres volan- tes. La teneur en cendres volantes sera surtout très basse, si la température du mélange de gaz venant du réacteur est réglée à une température suffisamment élevée, par exemple à 1300-1400 C, pour que les particules de cendres devien- nent fluides dans le réacteur, tandis cette température étant, toutefois, encore suffisamment basse pour éviter la sublimation des particules de cendres.
Spécialement, dans le cas où on travaille avec une concentration très élevée en oxygène, on peut obtenir un mélange de gaz à haut pouvoir réducteur, composé de 95-98% d'un mélange de CO et H2 et contenant très peu de cendres volantes. On peut employer le mélange de gaz ainsi obtenu dans les procédés métallurgiques, notamment pour la réduction de minerais de fer.
On sait déjà qu'on peut employer des gaz de hauts-fourneaux pour la réduction des minerais de fer.
Mais on sait aussi que ces gaz contiennent des produits de sublimation, notamment de fines particules de Si02, et que celles-ci dérangent la réduction. On a également pro- posé pour cette réduction l'emploi d'un mélange de gaz, obtenu par les procédés connus de gazéification de substan- ces fines, mais, dans ce cas, ce sont les cendres volantes qui sont désavantageuses. L'élimination des poussières n'est pas encore pratiquement possible à cause de la haute température (1200-1400 C), tandis que lorsque cette élimi- nation se fait après refroidissement, il faut réchauffer jusqu'à la température de réduction du minerai de fer.
Par le procédé selon l'invention, on peut obtenir des mélanges de gaz, convenant immédiatement à la réduction du fer, parce que ces mélanges de gaz peuvent être obtenus exempts de poussière. Le procédé selon l'invention peut être exécuté dans plusieurs installations, dans lesquelles la gazéification peut avoir lieu aussi bien selon le prin- n /
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cipe du courant continu que selon celui du contre-courant ou selon le principe du courant transversal. Sur les des- sins annexés au présent mémoire, on trouvera des schémas de plusieurs exemples d'installation. Il est entendu que l'invention ne doit pas être limitée à ces installations qui ne sont décrites ci-après qu'à titre illustratif.
La figure 1 représente schématiquement une instal lation fonctionnant selon le principe du pourant continu.
Le combustible à grains fins (grosseur des grains : 0-10 mm par exemple) est amené d'un récipient 1, par une conduite 2, dans un autoclave sécheur 3 chauffé électriquement par une spirale 4. L'énergie électrique nécessaire à l'auto- clave est engendrée par une turbine à gaz 26. L'autoclave 3 est relié à une chambre de préchauffage 9, dans laquelle la substance à gazéifier est débarrassée de ses constituant sensiblement volatiles et est chauffée à la température de la réaction par un courant de gaz de fumée, venant d'une chambre de combustion 5. Dans cette chambre de combustion 5, le gaz, y amené par une conduite 8, est brûlé à l'aide d'air et/ou d'oxygène, introduit par des conduites 6 et 7, tandis qu'on ajoute au gaz de la vapeur d'eau et/ou de l'acide carbonique.
Le mélange obtenu est amené de la cham- bre 9 dans un réacteur 10, notamment dans la partie infé- rieure 10 a de ce réacteur. Dans l'espace 10 a, on amène également un courant de gaz de fumée produit dans une cham- bre 11 et obtenu par la combustion d'un gaz amené par une conduite 14 dans cette chambre et qui a été soutiré de la conduite 8. Par une conduite 12 on introduit dans la cham- bre 11 de l'air et/ou de l'oxygène et par une conduite 13 on y introduit de la vapeur d'eau et/ou du gaz carbonique.
Le réacteur 10 à la forme d'un entonnoir, en sorte que la vitesse du gaz dans une section horizontale est plus petite que dans une section horizontale située à un niveau inférieur, ce qui permet de régler la vitesse
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du gaz selon la grosseur des particules à gazéifier. De cette manière, il est possible, au moyen d'une construction simple, d'augmenter la durée de séjour des particules plus grosses et d'augmenter la vitesse relative des particules par rapport à celle du courant de gaz, ainsi qu'il a été décrit précédemment.
Par des orifices d'entrée 15 et 16, qui peuvent se présenter sous forme de brûleurs, on peut introduire dans le réacteur d'autres mélanges de gaz et de substances à gazéifier. Pour la conversion du gaz dans le réacteur, on peut ajouter de l'eau sous forme de brouillards, que l'on introduit en 17 par un dispositif de distribution, tandis que des catalyseurs pulvérulents peuvent être in- troduits dans le réacteur en 18.
Le mélange de gaz produit quitte le réacteur à sa sortie 19 et arrive par une con- duite 20 dans un désintégrateur de poussières 21, d'où l'on évacue les particules séparées par une vanne 22, tandis que le mélange de gaz est amené par une conduite 23 dans un échangeur de chaleur (chaudière à vapeur) 24 et puis par une conduite 25, en partie à la conduite 8 et en par- tie à la turbine à gaz 26, d'où le produit final s'écoule par une conduite 27.
Au lieu du réacteur en entonnoir seul, on peut aussi employer, suivant l'invention, une disposition, re- présentée sur la figure 2, combinée ou non au réacteur en entonnoir de la figure . La figure 2 représente la partie inférieure du réacteur, dans laquelle la substance à gazéi- fier et le courant du gaz arrivent par un orifice 1 et par un espace 2 ménagé sous le réacteur 3, tandis qu'un mélange de gaz de gazéification venant de la chambre 4 est égale- ment amené en-dessous du réacteur à travers l'espace 2.
Dans le réacteur 3, un certain nombre de plaques,telles que les plaques 5 et 7, en matériau réfractaire sont superpo-
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sées. Les particules les plus grosses de la substance à gazéifier heurtent la plaque 5, ce qui les fait retomber et les brise souvent. Le courant de gaz entraîne à nouveau les particules, en sorte que celles-ci"dansent" entre l'entrée et la plaque 5, jusqu'à ce qu'elles soient suffi- samment réduites et gazéifiées pour pouvoir être entraînées sur les cotés de la plaque 5.
Comme le réacteur est de diamètre réduit entre les plaques 5 et 7 (et entre les paires de plaques suivan- tes) les particules entraînées au dessus de la plaque 5 heurtent la plaque 7, en sorte qu'elles retombent et se rassemblent en partie sur la surface supérieure de la plaque 5, où elles sont gazéifiées. Les particules entraî- nées par le courant de gaz jusqu'au dessus de la plaque 7, heurtent la plaque qui se trouve plus haut, en sorte que les phénomènes indiqués ci-avant se reproduisent.
Les plaques peuvent, par exemple, être supportées par des tuyaux en fer refroidis inférieurement, couvertes d'un revêtement en matière réfractaire et protégées contre l'usure. Ce mode de suspension des plaques est indiqué en 8.
Une partie de la substance à gazéifier et un mé- lange de composition analogue ou différente de celle du produit introduit en 1, peuvent être introduits dans le réacteur par un orifice d'entrée 9. On peut aussi faire usage de deux ou de plus de deux orifices d'entrée 9 placés à des hauteurs différentes. Ces orifices d'entrée peuvent être agencés de façon qu'une entrée radiale ou tangentielle soit possible, le courant entrant étant ensuite dirigé horizontalement. Les orifices d'entrée 9 sont placés, de préférence, en des endroits où le diamètre du réacteur devient plus petit, comme indiqué en 9 à la figure 2. Le procédé de gazéification d'après le principe du contre- courant peut se réaliser,suivant l'invention, à l'aide
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d'une disposition, telle que celle représentée schématique- ment 4 la figure 3.
La substance à gazéifier est chassée dans le réacteur 2, par le dispositif d'adduction 1 supé- rieur, tandis que le courant de gaz est introduit par l'es- pace 3 dans la partie inférieure 2a-. du réacteur. Les par- ticules à gazéifier tombent dans le réacteur et sont frei- nées dans leur chute par le courant de gaz. Comme le réac- teur se présente sous la forme d'un entonnoir, le phénomè- ne décrit à la figure 1 se produit, si la vitesse du gaz est réglée de la façon décrite ci-dessuen tenant compte de la grosseur des particules.
Le brûleur 4 permet d'introduire un autre agent de gazéification dans le réacteur, de préférence tangen- tiellement. L'installation, qui vient d'être décrite, est encore avantageuse en ce sens que les petites particules, après avoir été amorties et entraînées dans le courant as- cendant heurte les nouvelles particules venant d'en haut, en sorte que le rendement du réacteur est encore augmenté.
Le procédé de gazéification d'après le principe du courant transversal peut être pratiqué, selon l'inven- tion, dans une installation, telle que celle représentée à la figure 4. La substance à gazéifier est introduite par le dispositif d'adduction 1 dans le réacteur rotatif 3 incli- né vers le bas, tandis que le courant de gaz entre dans le réacteur en venant de la chambre 2. La vitesse du courant de gaz est réglée de façon que les particules les plus grosses ne soient pas entraînées, mais de déposent. Pendant la rotation du réacteur autour de son axe, les particules, qui xx s'y sont déposées le long de la paroi, sont entraî- nées par les palettes 4, jusqu'à ce qu'elles glissent des palettes et soient ramenées dans le courant de gaz trans- versalement à la direction de ce courant.
Les palettes, dont la largeur va en augmentant
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dans le sens du courant du gaz, comme indiqué à la figure 4, et qui peuvent être hélicoïdales,produisent dans le réacteur des tourbillonnements qui engendrent un meilleur contact entre les particules et le gaz.
Dans l'espace 5, les particules cendreuses 7 s'accumulent et sont évacuées pendant que le mélange de gaz quitte le réacteur par la sortie 6. On peut éventuel- lement accoupler deux ou plusieurs de ces réacteurs rota- tifs l'un à la suite de l'autre. Il est encore possible d'incliner le réacteur vers le haut au lieu de l'incliner vers le bas, des plaques étant alors prévues que les par- ticules viennent heurter.
Le courant de gaz peut aussi être amené trans- versalement par rapport au sens du courant de particules amenées dans le réacteur, comme indiqué par la flèche $ de la figure 4.
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