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La présente invention a trait à un procédé et à un appareillage pour la gazéification des combustibles solides et plus particulièrement à un procédé de production de gaz à haut pouvoir calorifique,à partir d'un combustible solide en fines particules
Le procédé conforme à l'invention est applicable au traitement de substances carbonacées de divers types et qua-
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lités, par exemple: anthracite, charbon bitumineux. lignite et schiste bitumineux. Il est particulièrement apurprié à la gazéification des schlamms et des poussiers cendreux de charbons à hauteteneur en matières volatiles.
On connaît différents appareile qui ont été mis au point en vue de la gazéification intégrale de limites et de charbons pulvérisés entraînés en phase dispersée dans un courant gazeux dont les agents gazéifiants sont la vapeur d'eau et l'oxygène.
Ces appareils présentent certains inconvénients ot notamment:
1 le rendement de gazéification relativement faible (en général moins de 70%), qui résulte entre autres de la température très élevée des gaz quittant le gazogène;
2 la composition du gaz obtenu (en majeure partie 00 + H2) et son pouvoir calorifique assez limitée qui le rendent impropre à servir de gaz de réseau de distribution;
3 le fait qu'aucun lit de combustible ne se trouve intercalé entre le générateur et le réseau de gaz, ce qui peut entraîner des conséquences particulièrement graves en cas d'arrêt accidentel de l'alimentation en charbon, par suite du risque de formation d'un mélange tonnant.
D'autre part, il a déjà étéproposé de surmonter le gazogène d'un réacteur fluidisé dans lequel se ferait une pré#carbonisation du combustible à une température de l'or- dre de 650 à 800 , en utilisant la chaleur sensible du gaz de gazéification intégrale provenant du gazogène.Ce dispo- sitif obvie partiellement aux inconvénients signalés plus haut, mais il présente lui-même certains défauts et notamment:
1) les différences de granulonétrie et de densité existant entre les grains de combustible rendent impossille le réglage de la durée de précarbonisation, les particules les plus grosses et les plus denses traversant le lit flui.-
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dise en un temps très court, alors que les particules fines et légères surnagent très longtemps pour être finalement entraînées par le courant gazeux.
2) l'absence d'un réglage direct de la quantité de combustible qui entre dans le gazogène s'oppose à l'établis- sement d'un régime stable et entraîne deux sortes d'inconvé- nients : une forte proportion d'imbrûlés,lorsque le rythme d'- alimentation est trop rapide et une augmentation excessive de la température dans la cuve de carbonisation fluidisée, lorsque le rythme d'alimentation est trop lent;
3) le fait que la capacité de gazéification de l'ap- pareil ne peut être.modifiée qu'en changeant le diamètre in- térieur du manchon garni de réfractaire, qui relie la cuve de précarbonisation au.gazogène proprement dit, ce qui a pour conséquence un manque d'adaptabilité de l'appareil aux be- soins de gaz et une modification progressive de sa capacité par suite de l'érosion subie par les réfractaires.
Tous ces inconvénients et défauts sont supprimés grâce au procédé et à l'appareillage faisant l'objet de la présente invention.
Suivant cette invention, le passage des gaz chauds provenant du gazogène proprement dit vers la cuve de précar- bonisation, qui le surmonte, s'effectue au travers d'une gorge intermédiaire étroite, dont le diamètre est choisi de' manière à empêcher le passage direct du combustible de ladite cuve vers le gazogène.
De plus, le combustible ayant subi l'opération de . précarbonisa-tion traverse, conformément à l'invention, un injecteur alimenté par un gaz sous pression plus élevée, ce qui permet d'assurer la projection du combustible à l'inté- rieur du gazogène, en dépit de l'écart de pression existant entre ce dernier et la cuve de précarbonisation.
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Enfin, en vue de bénéficier des avantages supplémentai- res que procure la pression, l'ensemble de l'appareillage @ utilisé sous pression élevée, à savoir de l'ordre de 20 à 50 kg/cm2.
Afin de faire mieux comprendre le procède visé par 1'- invention, celui-ci est décrit ci-après en détail, avec réfé- rence à un appareillage spécialement corct au -,rite de son exé- cution et représenté, à titre d'exemple uniquement, dans le dessin annexé à ce mémoire en élévation d'une part suivant une demi-coupe passant par le dispositif d'alimentation du combustible, et d'autre part suivant une demi-coupe par une tuyère d'alimentation du gazogène.
Dans ce dessin, 1 désigne la cuve de précarbonisation en phase fluidisée dense, laquelle surmonte un gazogène 2, dans lequel le combustible, préalapbiement carbonisé, est gazéifié en phase dispersée, au moyen d'un courant comportant de la vapeur et de l'oxygène, comme il est exposé ci-après, amené par une conduite 3.
Le gazogène 2 est en relation avec la cuve de précar- bonisation 1 par un orifice relativemetn étroit formant la gorge 4. Conformément à l'invention, le diamètre de cette gorge est choisi de tellefaçon que le courant gazeux pro- venant du gazogène 2 et qui monte vers la cuve de précarbo- nisation 1 traverse ladite gorge à une vitesse suffisante pour que les produits solides contenus dans la cuve supé- rieure ne puissent tomber par gravité au travers de la gor- ge 4.
D'une manière générale, le combustible contenu dans une trémie appropriée est introduit vers la partie infé- rieure de la cuve 1 par 1 intermédiaire d'un ou plasieurs alimenteurs à vis 5, ou par tout autre dispositif équivalent, la vitesse d'alimentation étant réglée de main @@e à.
mainte- nir la hauteur du lit de combustible fluidisé sensiblement constante,
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Après avoir séjourné dans la cuve 1 pendant un temps suffisant pour atteindre le degré de carbonisation souhaité, temps dépendant notamment de la haute/ur de ladite cuve,le combustible carbonisé est repris par deux bu plusieurs ori- fices 6, situés dans la paroi latérale' de !La cuve 1 un peu au-dessous de la surface supérieure du lit fluidisé, pour arriver par des conduites soigneusement balorifugées à des tuyères 7 alimentant le gazogène 2.
Avant son introduction dans le gazogène 2, le courant de combustible est mélangé à un courant .de gaz porteur préa- lablement comprimé à une pression supérieure à celle qui rè- gne dans le gazogène. Le mélange est réalisé par un disposi- tif d'injecteur, qui permet d'assurer la projection du com- bustible à l'intérieur du gazogène 2 tout en maintenant entre les points 6 et 7 un écart de pression suffisant pour assurer l'écoulement du combustible. La conduite de gaz porteur est désignée au dessin par 8.
Le réglage du débit de combustible est obtenu par une introduction secondaire de gaz porteur amené par une condui- te 9 en un point intermédiaire tel que 10. En modifiant la quantité de gaz secondaire introduit, on peut agir à volonté sur l'écart de pression qui existe entre les points 6 et 10, ce qui permet de régler le débit de combustible entre zéro et la valeur maximum prévue pour l'installation.
Le gaz porteur et le gaz secondaire ne constituent qu'une faible partie de la quantité totale de gaz et de va- peur introduite dans le gazogène; dès lors la nature du gaz porteur peut être choisie à volonté. Suivant les cas, il pourra être constitué par du gaz épuré recyclé, par de la vapeur surchauffée ou encore par un gaz inerte,
Les tuyères d'injection du combustible et des agents gazéifiants à l'intérieur de gazogène peuvent être réalisées
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de diverses manières. On peut notamment recourir à des tuyères concentriques avec induction de combustible au centre et in- jection périphérique du mélange oxygène-vapeur.
Il existe dif- férents modèles de tuyères -.le ce genre, notamment ceux qui expérimentales ont été mis au point dans des installatinos/de l'U.S.Bureau of Mines, à Morgantown.
Les tuyères 7, au nombre de deux ou .le plusieurs, sont disposées face à un lit de cendres fondues, qui se forme pen- dant l'opération; elles présentent une certaine obliquité, de manière à entraîner le lit de cendres fondues dans un mou- vement giratoire.
Les cendres fondues sont évacuées.par la gorge 11, si- tuée au centre de la paroi inférieure du gazogène et sont gra- nulées dans un bain d'eau 12 avant d'être évacuées en dehors du gazogène 2, par entraînement dans un courant d'eau continu ou intermittent.La maijeure partie du gaz de gazéification intégrale abandonne ainsi le gazogène par la gorge 4 et sert à la carbonisation fluidisée dans le cuve 1.Toutefois est prévue en 13 une seconde sortje de gaz, qui permet d'évacuer par le bas une quantité de gaz suffisante pour maintenir la scorie en fusion et éviter son collage et sa solidification au niveau de la gorge 11. Accessoirement elle assure une cer- taine latitude de réglage du débit gazeux, qui traverse la gorge 4 et, par conséquence, de la température du lit fluidisé.
En 14 est indiqué l'orifice d sortie du gaz obtenu vers la station d'épuration.
L'installation ainsi constituée est essentiellement destinée au traitement de combustibles solides,, Il est ce- pendant judicieux de la compléter par un dispositif permettant l'introduction d'une certaine quantité d'huile ou de goudron en vue d'accroître le pouvoir calorifique du gaz par carbura- tion. Cette introduction d'huile pourre se faire à volonté par le conduit 15 situé dans la partie spérie à 3 du lit
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fluidisé, ou par le conduit 16 situé à la base. du lit, sui- vant le cracking plus ou moins poussé qu'on se propose de réaliser.
L'appareillage ainsi conçu permet de traiter tous les combustibles solides non agglutinants ; peut également con- venir pour le traitement de tout charbon agglutinant à condi- tion que ce charbon ait subi un traitement préalable destiné à réduire le pouvoir agglutinant,ce traitement pouvant consis- ter en un simple préchauffage à 250 en présence d'air, suivant des techniques bien connues.
L'appareillage qui vient d'être décrit est susceptible d'être utilisé pour une gazéification à la pression atmosphé- rique. Il y a cependant un intérêt majeur à le faire fonction- ner à pression élevée, ce qui peut être réalisé sans modifi- cations essentielles moyennant l'installation de dispositifs d'éclusage appropriés sur l'alimentation du charbon et sur l'évacuation des cendres. Il est en effet bien connu que la mise sous pression du gazogène permet d'augmenter considéra- blement sa capacité de traitement et d'améliorer son rendement.
Dans le cas présent, la gazéification suus forte pression présente deux avantages supplémentaires: a) d'une part, elle augmente considérablement le poids spécifique du gaz produit dans le gazogène, ce qui permet d'- assurer un transfert de chaleur particulièrement élevé entre le gazogène 2 et la cuve 1 sans recourir à des vitesses de fluidisation anormalement grandes; b) d'autre part, elle permet la production de méthane par réaction directe entre les gaz de gazéification intégrale, à forte teneur en hydrogène, et la charge de charbon en cours de carbonisation dans la cuve supérieure 1.
Cette réaction de méthanisation entraine deux conséquen- ces favorables, à savoir l'augmentation du pouvoir calorifique du gaz produit et la réduction de la quantité d'oxygène consom- mé.