BE549717A - - Google Patents

Description

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   L'invention concerne un procédé et des dispositifs pour l'exploitation d'installations de turbines à gaz qui sont actionnées au moyen du grisou des mines et de mélanges d'air et de méthane à point d'inflammation situé au-dessous de la limite inférieure. En outre,, le mélange de méthane et d'air peut être constitué par le grisou extrait ou par celui-ci et 

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 le mélange d'air et de méthane ajouté en quantité   modérée,   mais de forte concentration par le procédé souvent employé aujourdhui de l'aspiration des gaz grisouteux de la mine. 



   Les procédés connus qui ont été employés jusqu'ici dans ce but, offrent l'inconvénient d'opérer par une oxyda- tion purement thermique, c'est-à-dire que le mélange de méthane et d'air doit   tre   réchauffé à une température   d'infltt'   mation d'environ 1000  C dans plusieurs réchauffeurs montés en série avec beaucoup de complications, pour obtenir une combustion complète du mélange de méthane et d'air à faible pourcentage.

   Le réchauffage du mélange de méthane et d'air implique en outre pour la mise en marche la présence d'une chambre de combustion auxiliaire et l'emploi d'un combustible de qualité supérieure à l'aide duquel les réchauffeurs doi- vent être chauffés jusqu'à ce qu'ils soient en mesure de chauffer le mélange de méthane et d'air au-dela de la tempé- rature d'inflammation et de provoquer l'oxydation. En outre, le procédé présente les inconvénients que les échangeurs de chaleur doivent être très grands, que pour des températures de plus de   1000    C ces échangeurs de chaleur sont très coûteux et sujets à des perturbations et qu'il faut environ 1,5 à   2%   de méthane au moins pour pouvoir exécuter le procédé d'une façon continue. 



   L'invention a pour but de supprimer les inconvénients inhérents aux procédés connus et particulièrement de procurer des procédés et des dispositifs pour l'exploitation des installations à turbines à gaz, qui fonctionnent d'une manière continue et économique déjà pour une teneur d'environ   1%   en méthane. 



   Suivant l'invention, on introduit dans la chambre de Combustion un sensibilisateur approprié gazeux, liquide ou solide, qui provoque en présence du méthane une réaction en chaîne et permet à dea mélanges qui dans les conditions nor- 

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   maies   ne s'enflamment   qu'à   une   température   d'environ 1000 C, de s'enflammer et   brdler à   des températures notablement plus faibles que cette limite d'inflammation (350 à 800 C). Au lieu d'un sensibilisateur on peut aussi employer un catalyseur d'oxydation qui par catalyse provoque une baisse semblable de la température d'inflammation, comme le sensibilisateur mention né ci-dessus.

   L'emploi d'un sensibilisateur approprié produit une réaction relativement rapide; toutefois la température d'inflammationest un peu plus élevée que lorsqu'on emploie des catalyseurs d'oxydation qui à leur tour ne donnent lieu qu'à une oxydation relativement lente par suite de la période d'induction nécessaire, mais permettent néanmoins cette oxyda- tion à de basses   tempe raturas.   En   combinant   un sensibilisateur approprié avec un catalyseur approprié, on peut obtenir une opération d'oxydation optimum au pointde vue de la température d'inflammation et la durée de la reaction.

   Au lieu d'une oxydation purement thermique comme dans les procédés connus il seproduit,une oxydation catalytique   chimique,   dont le point d'inflammation est tellement bas qu'il n'est plus néces- saire de procéder à un chauffage supplémentaire et de prévoir le matériel indispensable dans ce but. Suivant le type d'ins- tallation, la température de sortie du   compsseur   si celui-ci est sans refroidisseur ou bien, si le compresseur est à re- froilissement, la température de l'échangeur de chaleur, de l'installation chauffé par les gaz d'échappement, de la turbine, peuvent suffire pour   l'inflammation.   



   Suivant une caractéristique principale de l'invention? on établit en un endroit approprié, par exemple au centre ou sur l'enveloppe extérieure da la chambre de combustion. un dispositif approprié qui injecte des sensibilisateurs gazeux liquides ou solides tels que par exemple l'ammoniaque,   l'aldéhyde   formique$ l'acide formiquel'éthylène, le 

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 peroxyde organique, le tétraoxyde diazotique, le bioxyde de chlore, le nitrate d'ammonium, l'eau ammoniacale, le   peroxyde   d'azote, le pentoxyde d'azote, le diazométhane, au moyen des- quels on obtient l'abaissement désiré de la température d'in- flammation.

   On obtient le même effet en plaçant à l'intérieur de la chambre de combustion par exemple une grille formée de petits barreaux, catalyseurs solides ou un catalyseur spongieux, dont les dimensions sont déterminées par la durée de séjour et dont la surface est activée par un revêtement par exemple de platine, nickel, argent, oxyde de fer, vanadium, magnésium, thorium ou oxyde d'aluminium et force à l'oxydation le mélan- ge en cirdulation d'air et de méthane à point d'inflammation sous la limite inférieure et libère ainsi la chaleur de com- bustion. Pour obtenir une action combinée on peut, suivant l'invention, injecter le sensibilisateur dans la chambre de combustion et installer supplémentairement une grille de ca- talyseur. 



   L'oxydation forcée du mélange d'air et de méthane sous la limite inférieure d'inflammation se fait malgré les sensi- bilisateurs et les catalyseurs à une allure relativement lente en comparaison de la combustion d'un mélange inflammable. 



  La durée de la réaction, dépend fortement de la température initiale et par conséquent dans le cas considéré de la tempé- rature à l'entrée de la chambre de combustion. Cette durée de la réaction diminue considérablement à mesure que s'élève la température d'entrée. Pour les grandes turbines à gaz, dont les chambres de combustion seraient excessivement grandes, on a donc prévu suivant l'invention, à l'intérieur ou en avant des chambres à combustion un brûleur fonctionnant stoechiométriquement au moyen d'un combustible auxiliaire pour un réchauffage supplémentaire (100 à 200 C) du grisou de mine comprimé,afin de maintenir la durée de réaction etpar   consé-   quent les dimensions de la chambre de combustion dans des 
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 limites économiques. #',-. ",:

  " .''.tstible auxiliaire on peut 

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 employer par exemple le gaz de mine grisouteux aspiré, le gaz pauvre de la gazéification des stériles ou leurs équivalents 
Les procédés suivant l'invention peuvent être mis en application au moyen des dispositifs décrits ci-après. 



   Si l'installation de turbine à gaz fonctionne avec un échangeur de température chauffé par les gaz d'échappement de la turbine, on a aussi prévu suivant l'invention de réunir en un ensemble unique la chambre de combustion avec l'échangeur de chaleur de la turbine à gaz. 



   Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, on peut établir la chambre de combustion sous forme d'un agrégat autonome da telle façon qu'elle comporte plusieurs couches de catalyseurs couplées en parallèle, qui sont parcourures par des courants partiels. Cette disposition donne lieu pour de grandes quantités de gaz à des chambres de combustion d'encombrement minimum. 



   Suivant une variante de l'invention, la chambre de combustion peut aussi affecter une forme sphérique ou cylindri- que ou son équivalent dans laquelle la grille de catalyseur est de préférence aménagée en section transversale maximum. 



   Des exemples d'exécution de la présente invention sont décrits ci-après avec plus de détails en se référant aux dessina schématiques annexés. a) Procédé pour l'exploitation d'une installation de turbine à gaz sans refroidissement intermédiaire et échangeur de chaleur   (fig.l).   



   La totalité du grisou extrait ou un courant partiel seulement de ce gaz sont aspirés par le compresseur 1 de la turbine à gaz et comprimés à la pression nécessaire pour l'effet utile maximum. La température s'élève alors à environ   100   à 4000 C en cas de compresseur non refroidi, par suite de la perte inévitable à la compression. Les gaz grisouteux comprimés pénè- trent à cette température dans la chambre de combustion 4. Ils y sont oxydés à l'aide d'un sensibilisateur, d'un catalyseur 

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 ou des deux corps, le catalyseur étant alors établi par exemple sous forme d'une grille ou d'un corps spongieux dans la chambre de combustion ou bien le sensibilisateur gazeux, liquide ou solide étant projeté par soufflage dans la chambre de combustion par un dispositif connu.

   Par suite de l'oxyda- tion catalytique la température s'élève suivant la concentra- tion du gaz à environ 500 à   8000C   à laquelle le grisou alors brûlé pénètre dans la turbine à gaz 2 et y est détendu avec production de travail. Par suite de la détente la tempé- rature tombe suivant la qualité de la turbine et la pression à environ 200 à 400 C et les gaz s'échappent dans ces condi- tions. L'effet utile de la turbine est utilisé pour la production de l'énergie par exemple dans une génératrice 3. 



   Le procédé ci-dessus décrit se distingue par la simplicité particulière de sa réalisation. Toutefois on ne peut pas obtenir par ce procédé le maximum de rendement. 



  Pour cette raison, on décrira sous b) un procédé qui opère avec refroidissement intermédiaire et échangeur de chaleur et donne lieu à un rendement   maximum.   b) Procédé pour l'exploitation d'installations à turbines à gaz avec refroidissement intermédiaire et échan- geur de chaleur, fig. 2. 



   Les gaz grisouteux de la mine sont comme en a) aspirés par le compresseur 1 avec refroidissement intermé- diaire simple ou multiple en 6 jusqu'à la pression nécessaire, Ils quittent le compresseur à environ 100 C. Ensuite les gaz grisouteux comprimés pénètrent dans un échangeur de chaleur 5 où ils sont réchauffés par les gaz d'échappement de la turbine jusqu'à la température d'inflammation et en- voyés dans la chambre de combustion à sensibilisateur- catalyseur 4. L'oxydation catalytique y est produite comme il a déjà été décrit en a) et la puissance des gaz comprimés et réchauffés est ensuite fournie à   la   turbine. 

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 c) Dispositif pour l'exploitation d'installations 'à turbines à gaz avec échangeur de chaleur,   fig.   3. 



   Pour l'exploitation d'une installation à turbine à gaz avec échangeur de chaleur on réunit suivant l'invention l'échangeur de chaleur 5 et la chambre de combustion 4 en un agrégat, comme c'est représenté sur la fig. 3, par exemple pour un catalyseur solide. 



   Les turbines à gaz fonctionnant suivant ce procède permettent la production d'énergie, à un prix de revient con- sidérablement inférieur à celui des usines centrales à haute pression actuelles fonctionnant au lignite ou à la houille , ce qui ouvre un vaste champ d'application aux turbines à gaz du point de vue économique. 
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  H V Ji N 1J 1 C A l' ION 6. 



   1.- Procédé pour l'exploitation d'une installation de turbines à gaz par l'emploi de gaz grisouteux des mines et de mélanges d'air et de méthane à point d'inflammation situé sous la limite inférieure, qui ne sont   inflammables   par une combustion purement thermique qu'à partir d'une température d'environ 1000  C,caractérisé en ce qu'on ajoute aux   mélanges   d'air et de méthane comprimés, amenés à l'installation de turbines et à point d'inflammation situé au-dessous de la limite inférieure, en avant ou à l'intérieur de la chambre de combustion, des sensibilisateurs gazeux, liquides ou solides qui amorcent une réaction en chaîne et une oxydation du méthane qui commence à une température située en-dessous de la tempé- rature d'inflammation de la combustion purement thermique.

Claims (1)

1. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les mélanges de méthane et d'air comprimé introduit dans l'installation de turbine sont amenés en contact, dans la chambre de combustion, avec des catalyseurs appropriés qui provoquent l'oxydation du mélange à une température située entre les températures d'inflammation d'un mélange à point. ' <Desc/Clms Page number 8> d'inflammation sous la limite inférieure et d'un mélange à point d'inflammation situé endéans cette limite.

   3. - Procédé suivant les revendications 1 et 2, carac- térisé en ce qu'on ajoute aux mélanges de méthane et d'air avant l'entrée dans la zone de contact catalytique un sensi- bilisateur qui accélère l'opération catalytique.

   4. - Procédé suivant les revendications 1 à 3,carac- térisé en ce que le mélange d'air et de méthane est réchauffé dans un échangeur de chaleur chauffé par les gaz d'échappement de la turbine à la température de gaz nécessaire pour l'inflam- mation avec un sensibilisateur, un catalyseur ou une combinai- son de ceux-ci.

   5. - Procédé suivant les revendications 1 à 4, carac- térisé en ce que le mélange d'air et de méthane comprimé à point d'inflammation situé sous la limite inférieure et sortant du compresseur ou de la section des gaz froids de l'échangeur de chaleur est réchauffé davantage au moyen d'un combustible auxiliaire brûlé stoechiométriquement avec de l' air.

   6.- Installation de turbine à gaz pour l'exécution du procédé suivant les revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur et la chambre de combustion à sensibilisateur ou à catalyseur sont réunis en un agrégat.

   7.- Installation de turbine à gaz suivant la reven- dication 6, caractérisée par une telle disposition de plusieurs couches de catalyseurs dans la chambre de combustion parcourue par des courants partiels en parallèle, qu'on obtient pour une section transversale minimum de la chambre de combustion une surface de contact maximum.

   8. - Installation de turbine à gaz suivant la revendi- cation 6, caractérisée en ce que la chambre de combustion est établie sous forme sphétique ou cylindrique dans laquelle la grille de catalyseur est disposée sous une section transversale maximum. <Desc/Clms Page number 9>

   9o- Installation de turbine à gaz suivant la . revendication. 6, caractérisée en ce qu'un dispositif pour injecter des sensibilisateurs solides, liquidas ou gazeux est établi sur la chambre'de combustion, par exemple en son contre ou sur son enveloppe extérieur 10.- Installation de turbine à gaz suivant la reven- dication 9, caractérisé en ce que le catalyseur est établi sous forme de grille