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Procédé et dispositif de gazéification de combusti- bles
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Il est bien. connu, de gazéifier clans un four ver- tical des combustibles en morceaux et d'en retirer, à la partie inférieure, la scorie produite, à l'état liquide .
Ce procédé présente l'avantage que la vites- se de réaction est extrêmement grande aux températures élevées de l'opération de gazéification , c'est-à-- dire que l'on peut avoir des rendements élevés par rapport à la section du four, avec gazéification sans résidu du combustible, et du gaz de meilleure quali- té, et l'enlèvement de la scorie liquide est très sim- ple comparativement à celui des cendres solides. Mais ce procédé présente l'inconvénient que le combustible doit satisfaire à des conditions de qualité spécia- les. Il doit présenter une grande résistance, être en morceaux, se maintenir à l'état solide dans le feu et il ne doit pas s'agglomérer .
Lorsque l'on utilise le procédé avec des combustibles bitumineux, le gaz obtenu confient des produits de distillation lente à l'état de gaz ou de vapeur, plus ou moins décompo- sés, car la gazéification précède une distillation lente qui n'est pas désirable dans beaucoup d'appli- cations du gaz ce qui nécessite une purification spé- ciale .
La présente invention est relative à un procédé dans lequel le combustible est gazéifié dans sa propre scorie liquide ce qui permet d'éviter les inconvénients des procédés connus. Le combustible peut être en menus morceaux ou en poussière et il est amené dans la scorie liquide qui est mise en mouvement ondulatoire ou
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circulaire par des agents de gazéification insufflés à grande vitesse, de sorte que le combustible y est finement réparti.
Entre le combustible, la scorie et l'agent de gazéification, il se produit, en succession rapide, avec formation de gaz, des effets de change- ments chimiques qui se renouvellent constamment du fait du contact intime et de la turbulence des trois par- ticipants à la réaction, jusqu'à ce que le combusti- ble soit amené, sans résidu, à l'état gazeux.
La tem- pérature du bain de scorie en mouvement est uniforme, car l'échange de chaleur entre les éléments en pré- sence s'effectue rapidement pour les mêmes raisons que celles indiquées ci-dessus au sujet de la trans- formation des éléments* Par contact avec la scorie liquide, les combustibles bitumineux sont chauffes et dégazés rapidement et leurs produits de dégazage se décomposent pratiquement de façon complète. En conséquence, le gaz ne contient pas d'impuretés consti- tuées par des composés organiques.
L'invention vise en outre la mise en oeuvre de l'idée de l'invention Grâce à l'introduction, en des endroits distincts, dans le bain de scorie des diffé- rents agents de gazéification et du combustible, la marche des différences réactions peut également se faire dans le bain da scories de façon plus ou moins séparée et on peut la régler et obtenir une circula- tion bien déterminée de la scorie grâce l'emplace- ment et au mode des introductions indiquées ci-dessus.
En séparant les chambres il gaz au-dessus du bain de scorie, on peut retirer- séparément les produite gazeux obtenus par gazéification ou dégagement de gaz du combustible, avec différents agents de gazéifica- tion .
De préférence, cette séparation se fait de telle sorte que les agents de gazéification réagissent
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de façon exothermique avec le combustible et la scorie (par exemple l'air, l'oxygène ou l'air enrichi en oxy- gène) soient insufflés en-dessous de l'une des chambres (chambre de chauffage), tandis que le combustible et les ajents de gazéification réagissant de façon endo- thermique (par exemple la vapeur d'eau et l'anhydride carbonique) sont introduits en-dessous de l'autre cham- bre (chambre de gazéification et de dégagement de gaz),
La scorie circulant entra les deux chambres sert de véhicule de chaleur en prenant de la chaleur à la chambre de chauffe et la céd.ent à la chambre de gazéi- fication . Le combustible est de ce fait dégazé et partiellement gazéifié dans la chambre de dégagage et gazéification et le combustible résiduel qui se trouve encore à l'état finement divise dans la scorie, de préférence est complètement gazéifie ou brûlé dans la chambre de chauffe .
Par suite, on retire, de la chambre de dégazage et de gazéification , un gaz à l'eau (gaz riche) avec seulement peu de constituants inertes et de la chambre de chauffe, suivant l'agent de gazéification utilisé et la façon dont est conduite la gazéification , par exemple avec de l'air comme agent de gazéification , un gaz pauvre ou un gaz de fumée . Ce procédé permet d'obtenir en marche continue un gaz à l'eau de grande valeur même sans utilisation d'oxygène,
à partir de n'importe quel combustible.
Selon l'invention, on peut adapter le mouvement de la scorie à l'allure des réactions dans la scorie et aux propriétés du combustible, grâce au mode d'intro- duction de l'agent de gazéification et, du combusti- ble. Lorsque le combustible a une teneur élevée en constituants volatils, on fait, de préférence, circu- ler la scorie dans les deux chambres de bas en haut
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et l'on introduit l'agent de gazéification et le combustible par le fond ou par les parois latérales de l'appareil.
Il peut également être avantageux, par exemple, de faire circuler la scorie de haut en bas dans la chambre de gazéification et d'introduire le combustible au-dessus ou immédiatement en-dessous de la surface de la scorie . Dans les deux cas , on peut faire circuler la scorie de façon bien définie en disposant des canaux de communication correspon- dants Qu des ouvertures dans la paroi séparant les deux chambres. On peut également laisser la scorie se mettre librement en mouvement dans une chambre à scorie commune qui est constituée grâce à une cloison de séparation dont la base est en-dessous de la surface du bain.de scorie .
Parmi les nombreuses façons possibles de mettre la scorie en mouvement entre la chambre de chauffage et celle de gazéifica- tion , on peut encore mentionner, du fait de sa sim- plicité, celle suivant laquelle la scorie est en prin- sipe mise en mouvement circulaire horizontalement, dans la cuve à scorie en-dessous des chambres séparées par une cloison et non remplies de scories.
On peut faire arriver le combustible dans le bain de scorie simultanément avec les agents de gazéi- fication ou séparément . Parfois, il est économique d'utiliser des combustibles humides, tels qu'ils sont extraits ou seulement partiellement sèches. En entrant dans la scorie liquide, l'eau se vaporise à la façon d'une explosion et le combustible se di- vise en très petites particules . La vapeur d'eau ainsi formée est l'agent de gazéification ou l'un de ceux-ci .
De préférence, on introduit le combus- tible dans le bain de scorie en un état assez humide pour que l'eau qu'il contient est suffisante pour
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produire la réaction du gaz à l'eau, assurant la composition ou la qualité désirée du gaz riche ou le degré de gazéification désiré du combustible dans la chambre de gazéification.
La température élevée de la scorie entraîne une température élevée de sortie du gaz produit. On aug- mente sensiblement l'économie du procédé selon l'inven- tion en réchauffant l'agent de gazéification. A cet effet, la chaleur sensible du gaz produit est utilisée en partie pour réchauffer dans des échangeurs de cha- leur l'agent de gazéification . L'autre partie de cette chaleur peut être utilisée pour produire de la vapeur d'eau, sécher du combustible, etc..
Outre la gazéification du combustible, on peut se- lon l'invention décomposer encore des combustibles dans la scorie liquide . Dans se cas, il importe peu- 'que ces combustibles soient à l'état gazeux, liquide ou solide . La décomposition peut se faire côté '"f.
'"' Pi-i lble à décomde la gazéification en amenant le combustible décom- poser et celui à gazéifirier dans la chambre de gazéi- fication dans laquelle la décomposition et la gazéifi- cation se font 1 'intérieur de la scorie . On peut éviter que du carbone ne se sépare dans la scorie liqui- de du combustible se décomposant en insufflant de la vapeur d'eau, de l'anhydride carbonique ou de l'oxy- gène . La décomposition est alors pratiquement complè- te à la température élevée de la scorie .
Dans la mesure où il se forme de la scorie à partir des cendres du combustible', on la retire périodiquement par une ouverture de coulée ou de façon continue au moyen d'un trop plein. On peut la granuler ou la couler dans des moules et l'utiliser alors comme matériau pour la construction- On peut éventuellement, grâce à des
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additions de matières minérales appropriées dans le bain de scories liquide, améliorer sa composition,
son comportement et ses propriétés de manière à pouvoir l'u- tiliser comme matériau de grande valeur pour le. cons- truction ou comme matière première pour 1 'industrie %CC '"gaz riz r-j z , erf des matériaux de construction.
Pour la gazéification elle-même, il peut être avantageux, dans certains cas, d'agir sur le comportement de la scorie, par exemple en abaissant son point de fusion ou en augmentant sa viscosité , grâce à des additions de ce genre.
En combinant les différentes possibilités permises selon l'invention, on peut réunir dans une installation la production d'énergie sous forme de gaz et de va- peur, car on peut régler la production de gaz et de vapeur entre des limites éloignées en modifiant les degrés de gazéification En réduisant la gazéification du combustible dans la chambre de gazéification,
on dis- pose de plus de combustible résiduel pour sa combustion dans la chambre de chauffage de sorte que- le fonctionne- ment est conduit davantage pour la production de va- peur. Cela il limite en aucune facon les possibilités- d'application du procédé .
Les exemples indiqués peu- vent soulement montrer que l'on peut réaliser, avec une réduction des frais, de combustible, des économies sensibles en frais de premier établissement et de ser- vice en réunissant différentes branches de produc- tion, ce qui n'était pas possible jusqu'ici du fait des conditions différentes imposées au combustible et aux matières premières dans la mise en oeuvre des procédés connus.
On a représenté schématiquement, sur le dessin annexé, quelques exemples de réalisation du dispositif servant à la mise en oeuvre du procédé de-l'invention.
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La figure 1 représente, en coupe longitudinale, une installation de gazéification avec chambre de gazéi- fication dans laquelle le combustible est gazéifié dans sa scorie liquide avec des agents de gazéification réa- gissant surtout de façon exothernique .
Dans le four 1, se trouve de la scorie liquide dans laquelle on envoie, au moyen d'une pompe à pous- sière 3 , du combustible en greins fins ou pulvérulent.
Dans le fond du four, se trouvent des tuyères 4 ser- vant à introduire l'agent de gazéification. Le combus- tible est/amené en 5 et son alimentation est aidée par soufflage d'un agent d'entraînement sous pression en 6.
Comme agent d'entraînement , on peut utiliser l'a- gent de gazéification lui-même, du gaz comprimé ou un gaz étrangère L'agent de gazéification réagissant surtout de façon exothermique avec le combustible est amené à l'état froid ou réchauffé , par le tuyau 7, dans le sens indiqué par la flèche 8, dans la boite à agent de gazéification dans laquelle débouchent des tuyères 4.
Sous l'action de l'agent de gazéification et du combustible arrivant à grande vitesse dans la scorie, ainsi qu'en disposant les tuyères 4 au-dessus d'une par- tie seulement dela surface du fond du four, on ob- tient en outre d'un malc.xage intime des agents de gazéification , du combustible et de la scorie, un mouvement circulaire du bain de scorie qui est indiqué par la flèche 10.
En même temps que ce mouvement se propage vers le haut,le combustible se gazéifie. Le gaz produit sort du four par le tuyau 11. et la scorie nouvellement forcée sort de façon continue par un trop-plein, non représenté sur le dessin, ou périodique- ment par un trou de coulée .
Les figures 2 et 3 représentent, en coupe longitudi-
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nale et en coupe transversale suivant A-3, une installation de gazéification dans laquelle la scorie est Dise en circulation de façon positive par des canaux de liaison, et par l'intermédiaire d'une cham- bre de chauffage et une chambre de gazéification ,
le chauffage de la scorie et la gazéification du combus- tible se faisant dans un courut de scorie se déplaçant verticalement de bas en haut.
La chambre de chauffage la est reliée à la r-. i chan- bre de gazéification 1b par des canaux 12 et 13. Le canal 12 commence en-dessous du niveau de la scorie 2a dans la chambre de chauffe et débouche dans la cham-
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bre de gazéification au-dessus du fond, . Tanfis OTe Lie :..s :c.'111C.t10ï1 'LI -a.E',SS¯l,,u du i0ilî, ..an :!J. 3 que le canal 13 prend en-dessous du niveau de la scorie 2b dans la chambre de gazéification 1b et débouche dans la chambre de chauffe 1a, à la hauteur de son fond.
La pompe 3 à combustible est raccordée à la chambre de gazéification. Les tuyères 4 pour les agents de gazéifi- cation se trouvent dans le fond de la chambre de chauf- fe. Les gaz produits dans les deux chambres sont enle- vés de façon séparée par les tubulures 11a et 11b.
Grâce à l'énergie cinétique de l'agent de gazéification, on obtient une circulation positive de la scorie en- tre- les deux chancres, par les canaux.
Figures 4 et 5, on a représenté, en coups longi- tudinale et en coupe transversale suivant C-D, une installation de gazéification avec des chambres de chauffe et de gazéification qui sont séparées par une cloison disposée au-dessus de la cuve à scorie commune et au-dessus du niveau de la sCorie Le chauffage
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de la scorie et la gazéification du combustible s'effec- tuent dans un courant de scorie allant de bas en haut,
la circulation de la scorie se faisant librement à
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l'intérieur de sa cuve .
La chambre de chauffe la est séparée de la cham- bre de gazéification 1d par une cloison 16 descendant jusqu'en dessous du niveau de la scorie de sert-, que les chambres emplies de gaz sont séparées l'une de l'autre,
tandis que la scorie elle-même peut circuler sans empêchement d'une chambre à l'autre dans la cuve 2c et 2d s'étendant dans les deux chambres. Les tuyères servant à l'introduction de l'agent de gazéi- fication et du combustible se trouvent dans le fond de la cuve à scorie . La position de ces tuyères les unes
par rapport aux autres est telle qu'il se forme, dans la cuve, une circulation de scorie qui est indi- quée par des flèches. Dans ce cas également,le chauf- fage de la scorie et la gazéification du combustible s'effectuent, comme dans l'exemple précédent , dans le courant de scorie qui monte.
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Fi,-u,re C)ri v--i-, ..,¯¯ .,su ; - Figure on voit en coupe longitudinale une installation de gazéification dans laquelle, au moyen de canaux entre la chambre de chauffe et la chambre de gazéification, la scorie est mise en circulation,
son chauffage se faisant dans un courant montant et la gazéification dans un courant descendant de sco- rie.
Le canal 17 réunit la chambre de chauffe la avec la chambre de gazéification 1f, en-dessous du niveau de la scorie et le canal 18 réunit les deux chambres à leurs extrémités inférieures On introduit le combustible et éventuellement un agent de gazéi- fication dans la chambre de gazéificatino,
à la hau- teur du niveau de la scorie ou en-dessous celui- ci Dans la chambre ,. de chauffe, les agents de gazéifi- cation sont insufflés par le foni.
De ce fait il
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a un coûtant circulaire de scorie, commande de: façon positive , entre les deux chambres, le chauffage de la scorie se faisant dans le courant montant et la gazéification du combustible dans le courant descen- dant de scorie .
Les figures 7 et .0 représentent , en coupe longi- tudinale ,une installatin de gazéificationi avec dis- positifs de réchauffage de l'agent de gazéification, production de vapeur et séchage du combustible,
et en coupe faite par la cuve d scorie dans laquelle la sco- rie est mise en circulation sensiblement horizontale- ment entre la chambre de chauffage et celle de gazéi- fication .
Il est prévu, en ce cas, une chambre de chauffa- ge 1 et une chambre de gazéification 1h dont la cuve à scorie commune 2g-2h s'étend sous les deux chambres. Le combustible est refoulé dans la chancre de gazéification par les pompes' à poussière 3.
Les agents de gazéification sont insufflés par les tuyères 19 dans la scorie 2g.
Les tuyères pour le combustible etles agents de gazéification sont diri- vers le bas' et obliquement par rap- port au sens de déplacement de la scorie, qui est dique par les flèches sur 'la figure 8, dans la cuve à scorie ,
On obtient ainsi un brassage énergi- que du combustible, de la scorie et de l'agent de gazéification et on entretient la circulation de la scorie L'appareil de gazéification est une chau- dière à raisonnement Ces parois sont refroidies par lies tuyaux d'eau qui débouchent dans des
collecteurs supérieurs 20 et 21. Des grilles de refroidissement 22 23 et 24,25 disposées transversalement dans la
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chambra de chauffe et dans celle de gazéification servent à refroidir le:
3 gaz produits dans une masure telle que les constituants facilement volatils de la scorie, entraînés sous forme de vapeur avec les gaz, se solidifient. La vapeur produite passe dans un surchauffeur 26 qui communique avec le collecteur de vapeur 17.
La vapeur d'eau surchauffée et encore sous pression se rend par la conduite 23, aux lieux d'utilisation . La chaleur sensible des gaz sortant par les tuyaux 11f et 11e est utilisée convie on va l'indiquer dans un exemple.
Du lignite brut, concassé dans des cylindres à pointes et contenant l'humidité d'extraction,est amené par un transporteur 29 à/un sil 30.
De celui- ci, le lignite passe dans le tuyau de séchage 31 où il subit, en montant, un séchage préliminaire IL 1 nant à une teneur en eau d'environ 16 %, au moyen des gaz chauds sortant de la chambre de gazéification 1h,
de façon connue . après séparation du gaz dans un séparateur de poussière 32 disposé à 1.. suite, le lignite arrive dans la trémie d'emmagasinèrent Le gaz va du séparateur de poussière, par une canalisa- tion 34, dans un laveur 33 De celui-ci, le gaz débarra:
se maintenant de l'eau, de Ici vapeur et de la poussière va par la conduite ' 30 au lieu d'utilisation. Pour évi- ter une surchauffe du combustible dans le tuyau de séchage et régler ce dernier, on ajoute un courant partiel de gaz froid provenant de la conduite 34, par une soufflante 37,
au gaz chaud provenant de la conduite !le. De la trémie 33, les pompes à poussière 3 refoulent le combustible ayant subi ce séchage préalable dans la scorie 2h où son gaz se dégage et où il est gazéifié par le: vapeur d'eau formée par 1'humi-
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dite du combustible .
Le combustible résiduel,res- tantencore dans la scorie, arrive avec celle-ci dans la chambre à scorie 2g où il est brûlé complètement' au moyen de l'air fortement chauffe qui est insufflé par les tuyères 19 dans la scorie . Le gaz brûlé monte dans la chambre de chauffe; il y cède, princi- palement par rayonnement, une partie de la chaleur sensible aux parois froide-:
, et il va, par la condui- te 11f dans des régénérateurs (couper) 33 où il cède sa chaleur sensible résiduelle au treillis qui y est contenu .
Les fumées s'échappent à l'air libre par une cheminée 39. Ainsi qu'on le sait, le=, régénéra- teurs fonctionnent alternativement. Tandis que dans l'un d'eux passe du gaz, chaud, dans un deuxième passe du gaz froid Sur la figure 7, on n'a repré- sente qu'un régénérateur. Le gaz froid est constitué par de l'air qui estenvoyé par une soufflerie 40, au moyen d'un tuyau s1, dans le régénérateur
38 où il prend la chaleur accumulée dans le treillis pendant la période de passage du gaz chaud.
L'air chaud passe alors par une canalisation 42 pour aller au collecteur 43 dans lequel débouche- les tuyères 19. A partir d'une tonne de combustible ayant subi le séchage préalable, ayant une teeur en humidité de 16 %, on obtient 1200 Mm3 de gaz à l'eau avec une concentration des constituants gazeux 80+ H2 d'environ 98 % et avec environ 1 tonne de vapeur (60 atm. 450 ).
Suivant le degré du séchage préli- minaire, on peut modifierles rendements en gaz et en vapeur 'le parcours de l'agent de gazéification dans la scorie doit avoir une longueur talle que la réaction entre le combustible et 1 'agent de gazéifi- cation soit terminée à la fin de ce parcours. En
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outre de la vitesse de l'agent de gazéification pénétrant ce dans le bain de scorie et la hauteur de/bain, le diamè-
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tre, la forme, .1.., f "'1'''r->''len1' de Ite'1'L.-;;
c> ainsi que la direction des tuyères sont d'importance capitale. En outre, les tuyères ont encore pour rôle d'introduire l'agent de gazéification dans le bain de scorie de façon telle que 1' impulsion donnée à cet agent soit transmise en totalité ou en partie au bain de scorie et entretienne la circulation de cella-ci..
Sur les figures 9 et 10, on a reprisent,: deux forces différentes de tuyères pour l'introduction de l'agent de gazéification dans le bain de scorie .
Les tuyères pour l'agent de gazéification, le combustible, le minerai et les additions, etc..peu- vent être disposées dans la paroi latérale et/ou dans la cuve à scorie . Dans la forme de réalisation de la figure 9, lestuyères 44 débouchent horizontalement dans le bain de scorie 21. En regardant par dessus, leur direction d'arrivée est analogue à celle des tuyères 19 représentées sur la figure 8. Les tuyères 45 de la figure 10 sont dans le fond de la cuve à scorie et débouchent obliquement dans le bain de sco- ric 2j ce qui met la scorie en mouvement dans le sens de la flèche .