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PROCEDE DE PRODUCTION DE GAZ DANS DEUX OU PLUS DE DEUX GAZOGENES.
On peut réaliser dans les installations de deux ou plus de deux gazogènes une circulation alternative des gaz montants et des gaz descendants, prévue de telle manière que les gaz montants dans un des gazogènes soient uti- lisés comme gaz descendants dans l'autre gazogène.
L'invention concerne notamment la gazéification de combustibles à grain fin ou d'autres combustibles de qualité médiocre et elle permet de ré- soudre ce problème de gazéification par le service alternatif, mentionné ci- dessus, de deux gazogènes en combinaison avec un aménagement périodique de la couche ou lit de combustible par un mouvement de tourbillon.
A cet effet, on insuffle un agent gazeux, notamment un agent participant à la gazéification (agent de gazéification), tel que de la vapeur d'eau par exemple, mais on peut aussi employer un agent inerte, tel que de l'azote par exemple, sous une pres- sion telle (jusqu'à 1 atmosphère effective et davantage) qu'un mouvement tour- billonnant soit imprimé aux couches de combustible pour que les différentes parties restent plus ou moins en suspension et qu'il se produise par dépôt une opération de séparation et de classement, au cours de laquelle les éléments constitutifs les plus lourds, c'est-à-dire principalement les scories, descen- dent, tandis que les éléments les plus légers se groupent pour enrichir la par- tie supérieure du lit de combustible.
Après cette opération de classement pneu- matique, le lit de combustible a finalement une structure semblable à celle qui serait obtenue par effet filtrant.
Dans un mode de mise en pratique du procédé, objet de l'invention, la marche est la suivante: Les gazogènes sont d'abord soumis ensemble ou indi- viduellement dans certains cas à un soufflage de combustion de haut en bas d'air, d'oxygène etc.. On imprime ensuite à l'un des lits de combustible un mouvement tourbillonnant et l'on fait passer les gaz provenant de ce tourbillonnement de haut en bas dans l'autre gazogène sur le lit de combustible au repos et dont la zone la plus chaude se trouve dans sa partie supérieure. Lorsque l'opéra- tion de classement du lit de combustible est terminée dans le premier gazogène, et après une nouvelle et courte période de soufflage de combustion, on provoque
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l'effet tourbillonnant dans le deuxième gazogène. On procède enfin de nouveau à une opération de soufflage.
Des variantes consistant à intercaler d'autres périodes d'opérations telles que des périodes de balayage ou une modification de l'ordre de succession des opérations etc.. sont possibles et sont décrites encore en partie dans ce qui suit.
On. peut modifier le procédé en faisant passer de haut en bas, à travers le lit de combustible ainsi aménagé en couches et pendant la période de tirage descendant de l'un des gazogènes, des gaz étrangers, par exemple des gaz, des vapeurs ou des poussières provenant d'une autre opération de gazéifi- cation. Les gaz étrangers peuvent provenir d'une gazéification continue ou discontinue, par exemple de combustibles à grain fin, ou d'autres opérations, telles que par exemple carbonisation lente ou opération d'un haut-fourneau, ou bien ils peuvent être des gaz naturels. '
Le nouveau procédé présente des avantages sous différents rapports.
Le combustible à grain fin ne peut pas obstruer ou colmater le lit, car il est continuellement remis en suspension. D'autre part, les éléments constitutifs à grain fin ne sont pas entraînés par le soufflage dans la conduite d'évacua= tion; au contraire, ils arrivent dans la partie la plus chaude du deuxième ga- zogène, de sorte qu'ils sont aussitôt gazéfiés et que là non plus ils ne peu- vent provoquer aucun engorgement ni obstruction. Les éléments bitumineux du gaz provoquant le tourbillonnement sont de même gazéifiés, pyrolysés et trans- formés en gaz permanents dans le lit chaud de combustible. Lorsque l'agent gazeux employé pour produire le tourbillonnement est de l'hydrogène, la vapeur d'eau est déjà transformée en partie, pendant le tourbillonnement, en gaz à l'eau et en oxygène.
Dans ce cas, la zone supérieure incandescente du deuxiè- me lit de conbustible agit particulièrement pendant la descente à travers ce lit sur la vapeur d'eau qui reste non encore transformée, de sorte que la quan- tité maximum de gaz à l'eau peut être produite.
Les scories qui sont descendues dans le lit de combustible, ne sont plus soumises au soufflage de combustion avec ce lit, de sorte qu'elles ne peu- vent plus fondre et s'agglutiner. Après l'opération de classement du lit, el- les se trouvent rassemblées dans la zone la plus froide du gazogène. La grille du gazogène ne subit plus par effet thermique qu'une fatigue-réduite.
Le fonctionnement et la construction de l'installation sont simples, parce qu'il n'est nécessaire à aucune étape de la marche d'interrompre le cou- rant de gaz chaud entre les parties supérieures des gazogènes; aucun registre ou organe analogue n'est donc indispensable sur le trajet de ce courant de gaz chaud. On peut même laisser constamment ouverte la canalisation d'air ou d'oxy- gène arrivant aux parties supérieures des gazogènes. Au moment du soufflage de combustion, l'air,l'oxygène ou l'autre agent de gazéification agissent alors d'une façon identique sur chacun des deux gazogènes.
Mais pendant l'opération de tourbillonnement, la pression effective du gaz de tourbillonnement s'oppose à la pénétration de l'agent de gazéification dans celui des gazogènes dans le- quel cette opération a lieu au moment envisagé, de sorte que l'air admis au sommet ne pénètre pendant ce temps avec les gaz venant du tourbillonnement, que dans le deuxième gazogène qui fonctionne à ce moment à courant descendant.
Grâce à ses nombreux avantages, le nouveau procédé permet l'utili- sation la plus économique de combustibles à grain fin, en particulier aussi dé combustibles goudronneux, sans gêne produite par les poussières, sans souil- lure des canaux par des résidus de carbonisation lente, sans colmatage du lit de combustible par les scories et sans risque d'explosion. En outre, le pro- cédé procure une grande facilité d'adaptation aux conditions variées et il per- met de transformer un combustible à grain fin en gaz moteur (gaz pauvre), en gaz à l'eau ou encore en gaz de synthèse.
Dans le premier cas, on emploie de préférence de l'air pour servir d'agent de gazéification et de la vapeur d'eau pour produire le tourbillonne- ment. La période de tourbillonnement est alors relativement courte, car elle ne sert essentiellement qu'à désagréger le lit de combustible et à faire des- cendre les scories. Le gaz à l'eau produit pendant le tourbillonnement sert d'ailleurs à améliorer la valeur calorifique du gaz produit et dans ce but on réduit ces deux gaz.
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Si l'on emploie, au lieu d'air, un mélange d'oxygène et de vapeur pour le soufflage de combustion, il se produit au lieu de gaz pauvre un gaz à l'eau ou gaz de synthèse ne contenant pas d'azote. La vapeur d'eau introdui- te pour provoquer le tourbillonnement produit également un gaz à l'eau qui est mélangé avec le premier. On produit donc, finalement, dans ce cas, un gaz à l'eau ou gaz de synthèse à l'aide d'oxygène.
Si l'on désire du'gaz à l'eau sans appoint d'oxygène, on fait sor- tir du gazogène, à part, les gaz,de combustion ou gaz de gazogène, tandis que l'on fait également sortir à part la vapeur employée pendant la période de tourbillonnement et transformée en gaz à l'eau. Dans ce cas, on prolongé, au- tant que possible, la période de tourbillonnement pour produire une plus gran- de quantité de-gaz à l'eau. On peut encore prolonger cette période en mélan- geant une quantité limitée d'oxygène avec la vapeur. Il convient donc, après chaque tourbillonnement dans un des gazogènes de chauffer d'abord ensemble les deux gazogènes de nouveau par soufflage descendant, avant de passer au tourbl- lonnement dans le deuxième gazogène.
On peut toutefois produire aussi du gaz à l'eau sans l'aide d'oxy- gène en apportant au gazogène, directement de l'extérieur, par des surfaces de chauffe ou des électrodes, la chaleur nécessaire au processus endothermique de production de gaz à l'eau, ou encore en chauffant préalablement l'agent de gazéification et le combustible introduit.
Le rendement du procédé augmente lorsqu'on opère, au moins pour ce qui est du soufflage descendant, sous de hautes pressions, comme celles em- ployées dans les chaudières à vapeur, c'est-à-dire sous des pressions de 2- 30 et même 50 atm. eff. Ceci peut être utile particulièrement en combinaison avec des moteurs à gaz.
(fil augmente aussi le rendement économique en tamisant les scories immédiatement après l'extraction ou en les traitant de toute autre façon appro- priée, pour récupérer le charbon qui n'a pas été gazéifié et l'introduire de nouveau dans le gazogène.
Les figures 1, 2 et 3 du dessin ci-joint représentent les montages caractéristiques du nouveau procédé.
Dans la figure 1, deux gazogènes munis d'une chemise d'eau ou de vapeur sont mis en combustion par soufflage, simultanément. A cet effet, les gazogènes 1 et 2 sont reliés entre eux dans la partie supérieure par la con duite 3. Une conduite 4 d'air ou d'oxygène et aussi le cas échéant une condui- te de vapeur 5 débouchent dans cette conduite 3. Le gaz de gazogène produit par le soufflage de combustion est évacué par la conduite 6 (montage 2). Lors- que les lits de combustible des deux gazogènes ont été ainsi soufflés et mis en combustion, on introduit, par exemple dans le gazogène de gauche, de la va- peur, sous une pression telle que le combustible à grain fin soit maintenu en suspension, les éléments lourds, et par conséquent notamment les scories, tom- bant au fond (fig. 2).
Il s'échappe alors à l'extrémité supérieure du gazogè- ne un mélange de vapeur et de gaz, et de poussières entraînées, mélange qui passe par la conduite 3 dans l'autre gazogène, pour y traverser de haut en bas le lit de combustible que le soufflage préalable a amené en pleine combustion.
La poussière entraînée est alors gazéifiée aussitôt, les éléments goudronneux sont pyrolyses et la vapeur d'eau résiduelle est transformée en gaz à l'eau (montage B).
La figure 3 représente la marche symétrique correspondante dans laquelle le tourbillonnement est produit cette fois dans le gazogène de droite (montage C).
Les trois montages de base A, B, C peuvent être employés dans dif- férents ordres de succession et modifiés de différentes faons. C'est ainsi par exemple qu'il peut être nécessaire d'intercaler, entre le soufflage de com- bustion (A) et le tourbillonnement (B, C) une opération de balayage au cours de laquelle on introduit de la vapeur dans les deux gazogènes pour éviter des mélanges explosifs -et sans provoquer aucun tourbillonnement.
Une autre mesure destinée à éviter la production de mélanges explosifs, notamment lorsqu'on opè- re avec de l'oxygène, peut consister à faire brûler continuellement une petite
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flamme chaude dans le canal de communication des gazogènes, canal dans lequel arrive l'oxygène, ce qui permet d'éviter des retours d'allumage lorsque les gazogènes marchent à froid.
Le tourbillonnement provoqué par la vapeur refroidit les lits de combustible et on risque par conséquent que, lorsque les deux opérations de tourbillonnement B et C sont effectuées à la suite, le lit du deuxième gazogè- ne ne soit trop froid pour pyrolyser suffisamment les éléments goudronneux et transformer la vapeur en gaz à l'eau. Pour éviter cela, on peut intercaler entre les opérations B et C une autre opération de soufflage A, de façon que l'ordre de succession des opérations soit A, B, A, C. Un avantage réside dans le fait que, pour toutes les opérations, la conduite 3 qui relie les par- ties supérieures des deux gazogènes, n'a besoin de comporter aucun organe ob- turateur. Dans les exemples précédents, l'arrivée de l'air est interrompue pendant le balayage et le tourbillonnement.
Dans bien des cas, le balayage ne sera pas nécessaire. On peut alors même laisser la conduite d'arrivée 4 constamment ouverte, de sorte que l'air ou l'oxygène sont admis en permanence.
Pendant la période de soufflage (montage A), les deux gazogènes sont montés en parallèle. Dans la période de tourbillonnement représentée à la figure 4, la vapeur insufflée dans un gazogène pour provoquer le'tourbillonnement refou- le l'air ou l'oxygène dans le gazogène voisin, de sorte qu'un mélange de gaz de tourbillonnement ou de vapeur et d'air frais, ou d'oxygène, passe de haut en bas dans ce dernier gazogène (montage D). Il n'est pas nécessaire de pren- dre de mesures particulières pour empêcher l'air de la conduite 4 d'entrer dans le gazogène 2, du fait que la vapeur d'eau employée pour le tourbillonnement a une pression effective suffisante pour refouler l'air dans le gazogène.
Pour la préparation de gaz de gazogène on fera en sorte que la pé- riode de marche en parallèle (montage A) soit la plus longue possible et que la période de marche alternative suivant B et C soit la plus courte possible.
Si l'on veut, par contre, produire du gaz à l'eau, on abrégera au- tant que possible la durée de l'opération A et on prolongera le plus possible celle des opérations B et C. Pour la production de gaz à l'eau, on peut aussi procéder de manière que le tourbillonnement ne commence pas aussitôt après le soufflage de combustion dans le montage A et, que, au contraire, de la vapeur soit d'abord insufflée de haut en bas pendant un certain temps (figure 5,mon- tage E), pour produire un gaz à l'eau de haute valeur dans le lit chaud de com- bustible. Le tourbillonnement peut ensuite commencer suivant le montage B ou C.
Il est encore possible ici de faire en¯sorte que les deux opérations de tourbillonnement B et C se succèdent directement, ou d'intercaler entre les tourbillonnements des opérations A de soufflage de combustion, après lesquel- les on peut chaque fois effectuer une opération B de production de gaz à l'eau.
Le procédé décrit permet d'obtenir, avec toutes ses variantes, un gaz de haute valeur ne contenant ni poussières ni mélanges de goudron. Il uti- lise le combustible de la façon la plus complète et fonctionne sans dérangement, car les scories ne s'accumulent, à la partie inférieure des lits de combusti- ble, qu'en morceaux de grosseur modérée, de sorte qu'ils peuvent être extraits facilement.
Quant à la charge des gazogènes, le mieux est de l'effectuer pen- dant l'opération de tourbillonnement. Les poussières sont alors immédiatement entraînées dans le processus de gazéification et ne peuvent causer d'engorge- ments ou autres perturbations en aucun endroit ; elles ne risquent pas non plus d'être expulsées au dehors par le soufflage.
Si l'on veut produire un gaz tel que du gaz de ville, riche en hy- drocarbures tels que le méthane et les hydrocarbures analogues, on n'introdui- ra le combustible frais dans le gazogène que pendant la deuxième moitié de la période correspondant à l'opération de tourbillonnement.
D'une façon générale, le combustible solide peut aussi être rempla- cé en proportion plus ou moins grande par des combustibles liquides ou gazeux.
Le rendement économique du procédé est encore augmenté lorsqu'on traite dans le gazogène non seulement des charbons très fins, mais un mélange de combustible à grain fin et d'éléments plus grossiers; le lit de combustible
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peut avoir une plus grande hauteur et par conséquent une plus grande capacité calorifique. Ceci permet en outre de prolonger les périodes d'opérations pro- ductives et d'augmenter par conséquent le débit-des gazogènes.
Si l'on veut marcher à des températures aussi hautes que possible, ou prolonger la période de tirage ascendant, on peut aussi introduire dans le lit de combustible, pour provoquer- le tourbillonnement, de la vapeur surchauf- fée, ou encore de l'air ou de l'oxygène. Dans ce cas, au moins la majeure par- tie de la vapeur ou du gaz fortement chauffé ou fortement producteur de chaleur est insufflée au-dessus de la couche de scories qui se trouve sur la grille de façon que les scories qui, en général, contiennent encore des éléments car- boniques, ne soient pas chauffées par ce soufflage et ne puissent par conséquent se prendre en masse par fusion.
L'emploi dans la période de marche ascendante des gaz., d'agents de gazéification contenant de l'oxygène libre et/ou fortement surchauffés, a une grande importance pour la gazéification de combustible goudronneux. Le goudron du charbon frais introduit dans le gazogène pendant le tirage ascen- dant doit être complètement éliminé par carbonisation lente au cours de cette période, car autrement il serait libéré pendant la période de tirage descen- dant suivante et il viendrait engorger la grille en contaminant le gaz descen- dant. La chaleur sensible de la charge de charbon n'est souvent pas suffisan- te pour assurer la carbonisation lente complète du charbon frais pendant la période de tirage ascendant.
En outre,, si l'on n'emploie, dans le tirage ascen- dant, que des agents de gazéification contenant de l'oxygène fixé, comme la vapeur ou l'anhydride carbonique, une partie de la chaleur sensible du lit de combustible sera encore consommée pour le chauffage ou la dissociation de, ces agents de gazéification. Lorsque ces agents de gazéification sont remplacés entièrement ou partiellement par des agents contenant de l'oxygène libre, l'o- pération devient principalement exothermique au lieu d'être principalement en- dothermique. Ceci permet de maintenir la charge de charbon pendant la période de tirage ascendant suffisamment longtemps et à une température suffisamment haute pour assurer une carbonisation lente complète du charbon frais et pour dissocier suffisamment les produits de cette carbonisation.
En outre, la hau- te température de la charge de charbon favorise la séparation des cendres et des scories avec une mise en jeu notablement moindre de moyens d'agitation.
On obtient les résultats les plus favorables pour la marche et l'a- ménagement du lit de combustible dans la période de tirage ascendant, lorsque les 2/3 environ des agents nécessaires dans cette période, pour le tourbillon- nement et pour la carbonisation lente, sont introduits latéralement dans le gazogène, et le 1/3 restant introduit sous la grille.
Lorsqu'on emploie des agents de gazéification fortement chauffés, introduits latéralement-dans le gazogène, on peut prolonger la durée des pé- riodes de tirage ascendant. Il est alors parfaitement possible de marcher avec des périodes d'une durée de six minutes et davantage pour les opérations de tourbillonnement.
Pour chauffer les agents de gazéification ascendants, on peut em- ployer entièrement ou partiellement le gaz descendant.
L'introduction des agents de gazéification au-dessus du lit de scories peut avoir lieu par le côté à travers les parois.de la cuve aussi bien que par le bas par des tubulures particulières ou des organes analogues traver- sant la grille et montant jusqu'au-dessus de la couche de scories et recouverts par un écran ou un dispositif analogue.
On a décrit ci-dessus le fonctionnement de deux gazogènes avec mar- che alternative. On peut aussi former, avec un plus grand nombre de gazogènes, des groupes fonctionnant alternativement les une par rapport aux autres. De tels dispositions par groupes doivent être considérées comme étant des varian- tes ou des combinaisons du procédé de fonctionnement alternatif de deux gazo- gènes faisant l'objet de la présente invention.
REVENDICATIONS.
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