BE892705R - Nouvel appareillage pour l'hydrogenopyrolyse du charbon et du lignite - Google Patents

Description

   <EMI ID=1.1> 

  
en ce qu'il comporte un dispositif de chauffage du gaz par arc électrique (torche à plasma), dont la puissance permet

  
 <EMI ID=2.1> 

  
En plus des diverses autres caractéristiques dudit appareillage le présent perfectionnement a pour objet de :
- réaliser l'hydrogénopyrolyse de tous les charbons y compris les charbons agglutinants ;
- concevoir un appareillage visant à récupérer le maximum de chaleur pour le préchauffage du charbon et du gaz réactif riche en hydrogène ;
- produire de l'hydrogène dans le dispositif de chauffage électrique à partir d'hydrocarbures gazeux suivant des réactions chimiques endothermiques appropriées, comme la réaction CH4 + H20-CO + 3H2.

  
L'appareillage ainsi perfectionné est caractérisé en ce qu'il présente un tube pyrolyseur à lit entraîné, à la base duquel le charbon préchauffé et dilué dans le char de recirculation est alimenté pneumatiquement sous pression, et d'une chambre particulière surmontant le pyrolyseur permettant à la fois la séparation, le recyclage et l'extraction du semi-coke.

  
Suivant l'invention l'appareillage est conçu

  
pour récupérer au maximum la chaleur contenue dans les sous-produits de distillation, du fait que à la torche à plasma est réservé le rôle noble de réaliser deux fonctions essentielles :
- préchauffer instantanément le gaz à forte teneur en hydrogène à la température élevée nécessaire à l'hydrogénopyrolyse ;
- assurer l'autonomie du procédé en hydrogène par transformation endothermique du méthane en présence de vapeur d'eau. 

  
D'autres perfectionnements ressortiront de la description qui suit basée sur les dessins annexés, à titre d'exemple, montrant en :
Figure 1 un schéma d'ensemble d'une installation d'hydrogénopyrolyse comportant l'appareillage perfectionné ; Figures 2 et 3 deux vues détaillées, suivant deux plans à angle droit l'un par rapport à l'autre, du réacteur de pyrolyse de l'appareillage de figure 1.

  
Le charbon broyé introduit par la trémie 1
(figure 1) passe dans un sas 2, où il est porté à la pression de fonctionnement du réacteur par une injection d'azote ou de tout autre gaz inerte. Par la vis d'alimentation 3, il est transféré dans un échangeur annulaire 4, dans lequel il est fluidisé par un courant ascensionnel de gaz préchauffé à haute teneur en hydrogène. Le charbon chauffé à une température égale ou inférieure à 3000 C ainsi que le gaz de fluidisation s'écoulent dans un ou plusieurs tubes verticaux 7 pour être injectés tangentiellement à la base du pyrolyseur 8, le charbon frais ayant été préalablement dilué dans une forte quantité de char
(semi-coke) recyclé à partir de la tête 12 du pyrolyseur via un ou plusieurs tuyaux 9.

   Le mélange charbon-char est réalisé soit à la base du pyrolyseur, soit par l'intermédiaire du dispositif cyclonique 10 décrit ci-après
(figures 2 et 3). Le combustible solide est transporté pneumatiquement en lit entraîné ou fluidisé dans le pyrolyseur 8 par un gaz très chaud à haute teneur en hydrogène éjecté à partir de la torche à plasma 11.

  
Le gaz contenant les hydrocarbures de pyrolyse et le combustible solide pénètrent dans la chambre d'expansion 12, où un déflecteur approprié 13 sépare la phase solide de la phase gazeuse. Le char s'écoule par le ou les tuyaux 9 pour être divisé entre une forte fraction recylée vers le pyrolyseur 8 comme dit ci-dessus et une fraction semi-coke extraite par le conduit 14 vers le

  
sas 15. 

  
Le diviseur peut être une vanne alvéolaire ou un autre dispositif, tel que préférentiellement décrit sur la base des figures 2 et 3. La fraction recyclée est mélangée au charbon frais comme dit ci-dessus dans le

  
but de le diluer et d'empêcher son agglutination. L'ensemble de l'appareillage décrit est contenu dans une enveloppe 25 capable de résister aux pressions utilisées tout en étant séparée des parois du réacteur par une couche de matériaux isolants d'épaisseur appropriée. La phase gazeuse hydrogénée contenant les hydrocarbures de distillation passe dans un cyclone 17 parfaitement calorifugé, dans lequel les fines particules solides sont soustraites vers le sas 15.

  
La phase gazeuse maintenue chaude passe ensuite dans trois échangeurs successifs 6 - 16 - 18, ce dernier refroidi à l'eau parachève la condensation des sousproduits liquides rendue plus efficace par recyclage d'huiles absorbantes. Une part des gaz hydrogénés contenant des hydrocarbures sont soutirés en 20, tandis qu'une grande part est recyclée par le compresseur 21

  
pour être tout d'abord réchauffée dans l'échangeur 16.

  
A leur sortie, ils sont utilisés au préchauffage du charbon dans l'échangeur à lit fluidisé 4. Ils se refroidissent à une température ne devant pas dépasser

  
3500 C. Une petite fraction est dirigée et injectée

  
dans le ou les tuyaux 9 pour stabiliser l'écoulement du char vers la chambre cyclonique 10, tandis que le flux gazeux principal est divisé au point 5 en deux fractions. Une partie est destinée à fluidiser le charbon frais pour accroître l'échange thermique en travers du conduit central métallique des gaz de chauffage et à l'entraîner par débordement par les tuyaux 7 vers le pyrolyseur 8. Ce dernier, siè&#65533;e des écoulements par entraînement, est alimenté par la seconde fraction gazeuse, rechauffée dans l'échangeur 6, via la torche à plasma 11 dont les électrodes

  
sont alimentées en courant à haute tension par le circuit électrique 22. La traversée de l'arc électrique porte le  gaz à très haute température, lequel gaz peut être injecté tel quel ou préalablement transformé en gaz plus concentré en hydrogène par addition de vapeur d'eau à l'entrée de la torche à plasma.

  
Le réacteur de pyrolyse 8 est équipé d'un système diviseur de char privilégié, contenu dans la chambre 12 et de mélangeurs cycloniques 10 assurant la dispersion du charbon frais dans le char recyclé, Pour faciliter la description, on a représenté l'alimentation tangentielle du pyrolyseur par deux conduits 24 mais, comme signalé plus haut, tout ce qui gravite autour du pyrolyseur 8

  
tel que l'introduction du charbon frais, le recyclage du char et les dispositifs de prémélange, pourrait être multiplié ou réduit à l'unité. De plus, les chambres de prémélange 10 pourraient n'être que la prolongation des tuyaux 7, qui se confonderaient avec les tuyaux 24, tandis que le recyclage pourrait s'effectuer directement dans le pyrolyseur en faisant aboutir les tuyaux 9 dans les tuyaux 24 juste avant l'entrée du pyrolyseur ou bien en raccordant directement et tangentiellement les tuyaux 9 au pyrolyseur 8 à un niveau légèrement plus bas que les tuyaux 24.

  
Il faut rappeler que le charbon frais préchauffé

  
 <EMI ID=3.1> 

  
plus, soufflé tangentiellement dans les chambres 10 par des gaz hydrogénés, dont la température ne dépasserait pas 300[deg.] C où il est dilué dans le char recyclé à partir des tuyaux 9. Le mélange char-charbon est introduit dans le pyrolyseur 8 par les conduits 24, où il est repris et entraîne par les gaz hydrogénés très chauds éjectés de l'arc électrique. Le produit solide partiellement traité thermiquement est séparé par le déflecteur 13 des gaz d'entraînement contenant l'hydrogène et des produits de distillation gazeux et liquides volatilisés. Ceux-ci s'échappent en 26 pour être à leur tour séparés des fines poussières de semi-coke dans le cyclone 17 représenté à la figure 1.

  
La chambre 12 est divisée en quatre secteurs symétriques deux à deux dont deux aboutissent aux conduits de recyclage 9, tandis que les deux autres sont regroupés à un tuyau 14 d'extraction de semi-coke. L'axe supportant le déflecteur 13 porte deux pales 23 profilées de façon

  
à permettre la déviation du char retombant en pluie du déflecteur 13. L'axe est mobile et est commandé à partir d'une zone extérieure refroidie, afin de positionner les pales 23 dont la fonction est de tenir une fraction plus ou moins importante du char vers les conduits de recyclage 9, ce qui assure le contrôle de son taux de recirculation ainsi que le temps de séjour du produit solide à traiter sans hydrogène. Une petite injection par les tubulures 27 favorise la poussée du char vers les chambres cycloniques de prémélange 10. 

REVENDICATIONS

  
1. Appareillage pour la réalisation de l'hydrogénopyrolyse de tous les charbons y compris les charbons agglutinants, constitué d'un réacteur, à lit entraîné ou fluidisé par un gaz riche en hydrogène, et comportant un dispositif de chauffage du gaz par arc électrique (torche

  
à plasma), dont la puissance permet de porter le gaz à

  
une température de l'ordre de 2.000[deg.] C, caractérisé en

  
ce qu'il présente un tube pyrolyseur à lit entraîné, à

  
la base duquel le charbon préchauffé et dilué dans le char de recirculation est alimenté pneumatiquement sous pression, et d'une chambre particulière surmontant le pyrolyseur permettant à la fois la séparation, le recyclage et l'extraction du semi-coke.

Claims (1)

1. 2. Appareillage suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est conçu pour récupérer au maximum la chaleur contenue dans les sous-produits de distillation, du fait que,à la torche à plasma est réservé le rôle noble de réaliser deux fonctions essentielles :

   - préchauffer instantanément le gaz à forte teneur en hydrogène 4 la température élevée nécessaire à l'hydrogénopyrolyse ; - assurer l'autonomie du procédé en hydrogène par transformation endothermique du méthane en présence de vapeur d'eau.

   3. Appareillage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le pyrolyseur, la chambre d'expansion, le déflecteur et le diviseur de char forment un ensemble compact conçu pour réaliser la recirculation du char et répondre aux deux objectifs suivants :

   - maîtriser le taux de recyclage du char à une valeur telle que le temps de séjour du produit solide dans le pyrolyseur soit suffisant tout en limitant au maximum celui des produits de distillation ; - éviter l'agglomération des charbons agglutinants grâce à leur dilution dans de fortes proportions de char recyclé. 4. Appareillage suivant les revendications 1 et 3, caractérisé en ce que le charbon frais est prémélangé dans le char dans de petites chambres cycloniques avant d'être introduit dans le jet de gaz hydrogéné très chaud provenant de la torche à plasma.

   5. Appareillage tel que décrit ci-dessus et représenté aux dessins annexés.