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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de BREVET D'INVENTION " Installation et procédé pour la gazéification souterraine de matières carbonées en couches épaisses ".
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La présente invention est relative à une installa- tion et à un procédé pour la gazéification souterraine de matières carbonées, telles que les charbons, le @ lignite , la tourbe, etc.., en couches
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.pu2o.0. w G21SSSU/:, q 8 ?, dire en couches dont l'épaisseur est dans un rapport d'au moins 1 :10 environ avec l'épaisseur de la couche de terrain susjacente Ainsi; l'invention est particu- lièrement applicable dans les cas où une couche de ma- tière carbonée à gazéifier d'une épaisseur de 10 mètres ou davantage se trouve à une profondeur n'excédant pas 100 mètres , par rapport à la surface libre de la couche de terrain susjacente .
Un des domaines d'application les plus intéressants de l'invention est celui où il s'agit de gazéifier un gisement épais de lignite, dont on sait qu'il existe des couches d'une épaisseur attei- gnant parfois 60 mètres environ , à une profondeur de quelques centaines de mètres.
L'application des procédés connus de gazéification souterraine à des couches de matières carbonées présen- tant une grande épaisseur offre des difficultés. Ainsi, si l'on opère par le procédé de gazéification souterrai- ne , communément désigné sous l'appellation de "procédé à percolation" , dans lequel le front de feu progresse parallèlement au plan médian de la couche de matière carbonée à gazéifier, entre un puits d'amenée de gaz comburant et un puits d'évacuation des gaz combustibles formés par la réaction, ces deux puits étant distants de plusieurs dizaines de mètres, les difficultés suivantes peuvent notamment se manifester.
Des éboulements peuvent
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se produire dans le passage entre les puits, ces éboule- ments faisant obstacle à la circulation et à la gazéifica- tion ou encore, lorsque la gazéification est en cours et qu'une couche de cendres d'une épaisseur substantielle re- couvre le fond du passage entre les deux puits susmention- nés, il peut se produire un court-circuit ., c'est-à-dire un passage direct, à travers la couche de cendres, du gaz comburant, du puits d'amenée de ces gaz au puits d'évacuation des gaz combustibles formés. Le gaz com- burant vient ainsi se mélanger aux gaz combustibles et altère la qualité de ceux-ci.
La présente invention a pour objet une installa- tion et un procédé de gazéification souterraine, grâce auxquels les difficultés susmentionnées sont surmontées .
Suivant l'invention, l'installation pour la gazéifi- cation souterraine de couches de matières carbonées de grande épaisseur comprend au moins un tube d'amenée d'un gaz,comburant, s'étendant de la surface libre de la couche de terrain susjacente jusqu'au voisinage de la partie inférieure de la couche de matière carbonée à gazéifier, et plusieurs tubes d'évacuation des gaz combustibles formés par la réaction, s'étendant de la surface libre de la couche de terrain susjaceiite jusque dans la couche de matière carbonée à gazéifier ,les tubes d'évacuation étant agencés de façon que les gaz combsti- bles formés par la gazéification y soient recueillis des niveaux variables et notamment à des niveaux se rapprochant progressivement de la partie supérieure de la couche de matière carbonée à gazéifier.
A cette fin, selon l'invention, le tube d'amenée de gaz comburant est avantageusement réalisé en une matière réfractaire résistant aux températures atteintes au voisi- nage de la zone de feu, tandis que les tubes d'évacuation
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des gaz combustibles provenant de la gazéification sont soit réalisés en une matière fusible aux températures de gazéification de la matière carbonée à gazéifier, soit munis de perforations ménagées de place en place dans la partie de ces tubes traversant la couche de matière car- bonée . Dans ce dernier cas, les tubes d'évacuation peu- vent être réalisés en matière réfractaire .
Suivant une particularité de l'invention, la distan- ce qui sépare les tubes d'évacuation des gaz combuti- bles provenant de la gazéification d'un tube d'amenée de gaz comburant est inférieure à 20 mètres environ et avantageusement d'approximativement 5 mètres.
Suivant une autre particularité de l'invention, l'installation comprend une série de tubes d'amenée de gaz comburant entourés chacun de plusieurs tubes d'évacua- tion des gaz combustibles provenant de la gazéification, les tubes d'évacuation en question ayant, par exemple, leur axe aux sommets d'un polygone , dont le centre se trouve sur l'axe du tube d'amenée de gaz comburant,commun aux dits tubes d'évacuation .
Selon la nature de la couche de matière carbonée,les tubes d'évacuation des gaz combustibles formés par la gazéification seront établis parallèlement au tube d'ame- née de gaz comburant qu'ils entourent ou convergeront vers l'extrémité inférieure de ce tube d'amenée ou vers son extrémité supérieure .
Le procédé pour la gazéification souterraine de ma- tières carbonées en couches épaisses suivant l'invention se caractérise essentiellement par le fait qu'on fait progresser la zone de feu normalement au plan médian de la couche de matière à gazéifier, du bas vers le haut de celle-ci, en amenant un courant de gaz comburant au voisinage de la partie inférieure de cette couche et en
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évacuant les gaz combustibles formés par la réaction, au-dessus de la zone de feu et à des niveaux de plus en plus proches de la partie supérieure de la dite couche , à mesure que la zone de feu progresse vers le haut .
Comme gaz comburant, on fait, de préférence, usage d'un gaz oxygéné sensiblement exempt de constituants incomburants, notamment d'oxygène éventuellement addi- tionné de vapeur d'eau .
D'autres particularités et détails de l'inven- tion apparaîtront au cours de la description suivante d'une forme d'exécution , choisie à titre d'exemple non limitatif , d'une installation suivant l'invention, en référence aux dessins ci-annexés, dans lesquels : - les figures 1 et 2 montrent schématiquement, en coupe , une installation convenant pour la gazéification souterraine d'une couche de lignite, et - la figure 3 est une vue en plan de l'installation telle'qu'elle apparaît à la surface libre de la couche de terrain se trouvant au-dessus de la couche de lignite, les installations de surface étant omises.
Dans ces deux figures,les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques.
Aux figutes l et 2, on a désigné par la notation de référence 1 une couche de lignite, présentant, par exemple, une épaisseur de 50 mètres, Cette couche de lignite 1 est sur montée d'une couche 2 de mort-terrain, ayant par exemple une épaisseur de 100 mètres environ.
La figure 1 montre l'installation souterraine, avant le début de la gazéification, tandis que la figure 2 montre l'installation pendant la gazéification.
L'installation suivant l'invention comporte des tubes 3 servant à amener le gaz comburant au voisinage de la partie inférieure de la couche de lignite 1. Ces
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tubes 3 sont avantageusement réalisés en une matière réfractaire résistant aux températures atteintes à proxi- mité de la zone de L'eu . Autour de chacun des tubes d'amenée de gaz comburant 3 sont disposés des tubes 4 servant à l'évacuation des gaz combustibles provenant de la gazéification .
Comme on le voit à la figure 3 les tubes 4 ont avantageusement leur axe aux sommets d'un polygone 5, dont le centre se trouve sur l'axe du tube d'amenée de gaz comburant 3 entouré par les tubes 4. Aux figures 1 et 2, les tubes 3 et 4 s'étendent parallèlement l'un à l'autre à travers la couche de terrain 2 et la couche de lignite 1. Il va de soi qu'au lieu d'être parallèles entre eux , les tubes peuvent présenter toute orientation jugée opportune . Ainsi, les tubes 4 peuvent converger vers l'extrémité inférieure du tube 3 quils entourent, ou bien ces tubes 4 peuvent diverger vers la partie infé- rieure de la couche de matière carbonée à gazéifier.
Pour permenttre que les gaz combustibles formés par la gazéification soient recueillis dans les tubes 4 à des niveaux de plus en/plus élevés , à mesure que la zone de feu progresse vers le haut. de la couche de matière carbonée à gazéifier , on prévoit , comme indiqué à la figure 1, des perforations 6 dans ces tubes 4. Dans ce cas, les tubes peuvent être en matière réfractaire . Au lieu de tels @ tubes perfores 4, on peut @ les tubes d'évacuation en matière fusible .
Dans ce cas, on peut se passer des, perforations 6, étant donné que les tubes fondent au fur et à mesure de la progression de la zone de feu, en sorte que les gaz combustibles peuvent aisément s'échapper par l'extrémité ouverte de ces tubes 4, à des niveaux progres- sivement plus élevés. A la figure 2, on voit que les tubes 4 , en matière fusible, se sont raccourcis par fusion,
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en suivant la progression de la zone de feu de la partie inférieure vers la partie supérieure de la couche de lignite 1.
Au lieu de disposer les tubes d'évacuation 4 de la manière représentée à la figure 2, on peut disposer ces tubes de toute autre manière convenable, en fonction de la forme de la couche de lignite à gazéifier, à condition que la distance entre les tubes 4 et le tu- be 3 le plus proche @@ soit @@@ inférieure à 20 mètres environ et soit, par exemple, d'approximativement 5 mètres .
Le procédé de gazéification souterraine s'exécute de la manière suivante, en faisant usage de l'installa- tion représentée aux figures 1 à 3.
Après avoir établi un passage entre les tubes d'amenée de gaz comburant 3 et les tubes 4 servant à l'évacuation des gaz combustibles, par exemple,par pression d'eau, par pression d'air, etc.., et après mise à feu de la couche de lignite au voisinage de l'extrémité inférieure des tubes d'amenée de gaz comburant 3, on fait arriver, de manière continue, dans la direction des flèches X ,par ces tubes 3, un courant de gaz comburant au contact de la cou- che de lignite 1 en ignition.
Au far et à mesure que le feu progresse vers le haut de la couche de lignite, dans la direction de la flèche Y, les tubes 4 fondent, de façon que leur extrémité inférieure se trouve toujours au-dessus de la zone de feu et puisse recueillir les gaz combustibles qui sont évacués par les tubes 4 dans la direction des flèches Z.
Au cas où les tubes 4 sont en matière réfrac- taire, l'évacuation des gaz combustibles se fait
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par les perforations 6 ménagées dans les tubes 4 au-dessus de la zone de feu .
Pendant la gazéification, le gaz comburant est amené, de manière continue, par les tubes 3 en réfrac- taire , à la partie inférieure de la couche de lignite 1, d'où ce gaz comburant s'élève, à travers la couche de cendres 7, pour aller alimenter la zone de feu .
Le procédé et l'installation suivant la présente invention, offrent maints avantages . Ainsi, l'agence- ment des tubes 3 et 4 est tel qu'il ne peut,se produi- re de court-circuit , étant donné que la zone de feu sépare continuellement le gaz comburant, de l'en- droit où sont recueillis les gaz combustibles, dans les tubes 4. Quant aux éboulements pouvant éventuellement se produire dans les cavités entourant les tubes d'amenée de gaz comburant 3, ils risquent moins d'interrompre l'alimentation en gaz comburant de la zone de feu, que les écoulements se produisant dans les installations connues de gazéification ,
étant donne' qu'en raison de la grandeur des cavités précitées les masses éboulées se fragmentent et permettent ainsi au gaz comburant de les traverser.
Enfin, il y a lieu de noter également que, par suite de la progression ascendante de la zone de feu , la couche susjacente de matière carbonée subit un séchage progressif , qui facilite la réaction de gazéi- fication.
Il est évident que l'invention n'est pas exclusive- ment limitée à la forme d'exécution décrite ci-dessus et que diverses modifications peuvent être apportées dans la constitution, la disposition et, la forme de certains des éléments intervenant dans sa réalisation ,
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à condition que ces modifications ne soient pas en contradiction avec l'objet des revendications suivantes.
REVENDICATIONS
1. Installation pour la gazéification souterraine des couches de matières carbonées, dont l'épaisseur est dans un rapport d'au moins 1:10 environ avec l'épaisseur de la couche de terrain susjacente, carac- térisée en ce qu'elle comprend au moins un tube d'amenée d'un gaz comburant, s'étendant de la surface libre de la couche de terrain susjacente jusqu'au voisinage de la partie inférieure de la couche de matière carbonée à gazéifier , et plusieurs tubes d'évacuation de gaz formés par la réaction de gazéification, s'étendant de la surface libre de la couche de terrain susjacente jusque dans la couche de matière carbonée à gazéifier,
les tubes d'évacuation étant agencés de façon que les gaz formés par la gazéification y soient recueillis à des niveaux variables et notamment à des niveaux se rapprochant progressivement de la partie supérieure de la couche de matière carbonée à gazéifier.