EP0067184A1 - Appareillage pour l'hydrogenopyrolyse du charbon et du lignite - Google Patents
Appareillage pour l'hydrogenopyrolyse du charbon et du ligniteInfo
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- EP0067184A1 EP0067184A1 EP82900087A EP82900087A EP0067184A1 EP 0067184 A1 EP0067184 A1 EP 0067184A1 EP 82900087 A EP82900087 A EP 82900087A EP 82900087 A EP82900087 A EP 82900087A EP 0067184 A1 EP0067184 A1 EP 0067184A1
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
- C10G1/06—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal by destructive hydrogenation
Definitions
- the existing apparatuses for carrying out the process differ from one another by the means adapted to ensure the supply of heat necessary for heating the solid fuel to the temperature zone, which allows its dissociation, this zone possibly being between 500 ° C and 900 ° C, depending on whether consideration is given to favoring the production of volatile matter in liquid or gaseous form.
- the apparatus according to the invention is intended to carry out the hydrogen pyrolysis operation in a moving fluidized bed reactor operating under high pressure and in which the fluidization. is ensured by a hydrogen-rich gas, at high temperature, used both as a fluidizing agent, as a chemical reagent and as a heat distributor necessary for the heating of solid fuel.
- This apparatus makes it possible to preheat the gas to a very high temperature, which has the result of reducing the gas flow required for heat transfer and, thereby, reducing the energy expenditure required for heating the installation and for the compression of the gas and to reduce the dimensions of the dedusting, cooling and gas treatment installations, downstream of the reactor.
- the apparatus according to the invention is characterized in that it comprises a device for heating the gas by electric arc (plasma torch), the power of which makes it possible to bring the gas to a temperature of around 2000 ° C, and a fluidization reactor, at the base of which the coal is introduced under pressure by a lateral feeder of conventional type, heating device and reactor being arranged from bottom to top inside a metal casing cylindrical of great height and of relatively small diameter, and a heat exchanger made up of metallic surfaces, one of the faces of which is in direct contact with the solid fuel bed and the other side of which is cooled by the circulation of a gas or a liquid.
- plasma torch electric arc
- a fluidization reactor at the base of which the coal is introduced under pressure by a lateral feeder of conventional type
- heating device and reactor being arranged from bottom to top inside a metal casing cylindrical of great height and of relatively small diameter, and a heat exchanger made up of metallic surfaces, one of the faces of which is in direct contact with the solid fuel bed and the other side of which is cooled by
- the heat exchanger is arranged inside the envelope, above the fluidization reactor.
- Figure 1 a flow sheet of materials
- Figure 2 a section through a vertical plane passing through the axis of the reactor
- Figure 3 a section through a horizontal plane passing through the median plane of the plasma torch.
- the ground coal introduced by the hopper 1 passes through an airlock 2, or, it is brought to the operating pressure of the reactor by an injection of nitrogen or any other inert gas.
- the feed screw 3 By the feed screw 3 it is transferred to the base of the reactor 4, in which it is fluidized by an upward flow of very hot gas with high hydrogen content. It then passes into the heat exchanger 5 constituted by a fluidized bed surrounded by an envelope, in which the cooling fluid circulates against the current.
- the coal leaves the heat exchanger 5 to. a temperature of the order of 300 ° C; it is transported pneumatically to cyclone 6, in which the separation of the solid phase, consisting of fixed carbon (char), and of the gaseous phase, consisting of the mixture of carrier gas and volatile materials, takes place.
- the gas phase then passes through a tubular exchanger 7 supplied with water through the pipe 8 and in which the separation of the permanent gases and the condensable products resulting from the pyrolysis of the coal takes place.
- the liquid products are evacuated through the tube 9.
- the excess gas is evacuated through the tube 10.
- the gas with a high hydrogen content necessary for the operation of the reactor is taken up by the tube 11; it passes through the compressor 12, which ensures its recirculation ti ⁇ n. It then passes into the outer shell of the exchanger 5, where it is preheated to a temperature close to the temperature of the coal leaving the pyrolysis reactor.
- the gas is then taken up by the pipe 13 to be injected between the electrodes of the plasma torch 14, the electrodes of which are supplied with high-voltage current by the electrical circuit 15.
- FIG. 2 gives some constructive details of the apparatus, which in particular comprises a water-jacket 16 intended to cool the electrodes and the cone for supplying gas to the fluidization reactor 4, and a narrowed passage 17 intended to separate the zone reactor 4 of the fuel cooling zone in the exchanger 5.
- the entire apparatus is contained in a metal casing 18 capable of withstanding the pressures used for the treatment of hydrogenopyrolysis and which is separated from the walls of the reactor by a layer of insulating materials of appropriate thickness.
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Abstract
L'appareillage est destine a realiser l'operation d'hydrogenopyrolyse dans un reacteur a lit fluidise mouvant operant sous haute pression et dans lequel la fluidisation est assuree par un gaz riche en hydrogene, a temperature elevee, utilise tout a la fois comme agent de fluidisation, comme reactif chimique et comme porteur de la chaleur necessaire a l'echauffement du combustible solide L'appareillage comporte un dispositif de chauffage du gaz par arc electrique (14) (de l'ordre de 2.000 C) et un reacteur de fluidisation (4), a la base duquel le charbon est introduit sous pression par un alimentateur lateral (3) de type classique, dispositif de chauffage et reacteur etant disposes de bas en haut a l'interieur d'une enveloppe metallique cylindrique (18) de grande hauteur et d'assez faible diametre, et un echangeur de chaleur (5) constitue de surfaces metalliques, dont l'une des faces est en contact direct avec le lit de combustible solide et dont l'autre face est refroidie par la circulation d'un gaz ou d'un liquide.
Description
Appareillage pour 1'hydrogénσpyrolyse du charbon et du lignite,
Depuis très longtemps la pyrolyse du charbon et du lignite est pratiquée à l'échelle industrielle, en vue de séparer ces combustibles en une fraction "matières volatiles", comportant des produits hydrocarbures liquides et gazeux, et en une fraction "carbone fixe" constituée par le résidu solide.
Il est bien connu que pour un type de combustible donné, le rapport pondéral entre ces deux fractions dépend des conditions dans lesquelles s'effectue la pyrolyse, et que le rendement en matières volatiles peut être largement accru par deux artifices :
- le chauffage très rapide du combustible solide, et
- la réalisation de la pyrolyse en présence d'un gaz à forte teneur en hydrogène, maintenu sous pression élevée.
Le développement industriel de l'hydrogénopyrolyse dépend, dans une large mesure, de la possibilité de réaliser un appareillage capable d'assurer un chauffage rapide du charbon dans une enceinte sous pression
en présence d'un gaz riche en hydrogène. Pour atteindre ces objectifs, il est nécessaire que le combustible solide soit finement broyé et ceci a conduit à la réalisation, de différents appareillages, dans lesquels sont utilisées les techniques de traitement en lit fluidisé et les techniques par entraînement du charbon dans un gaz porteur.
Les appareillages existants pour la réalisation, du procédé différent entre eux par les moyens adaptés pour assurer l'apport de chaleur nécessaire à l'échauffement du combustible solide jusqu'à la zone de température, qui permet sa dissociation, cette zone pouvant se situer entre 500°C et 900°C, suivant qu'on envisage de privilégier la production de matières volatiles sous forme liquide ou sous forme gazeuse.
L'appareillage conforme à l'invention est destiné à réaliser l'opération d 'hydrogène pyrolyse dans un réacteur à lit fluidisé mouvant (moving fluidized bed) opérant sous haute pression et dans lequel la fluidisation. est assurée par un gaz riche en hydrogène, à température élevée, utilisé tout à la fois comme agent de fluidisation, comme réactif chimique et comme parteur de la chaleur nécessaire à l'échauffement du combustible solide.
La conception de cet appareillage permet de préchauffer le gaz à une température très élevée, ce qui a pour résultat de réduire le débit gazeux nécessaire au transfert de chaleur et, par le fait même, de réduire la dépense d'énergie nécessaire pour le chauffage de l'installation et pour la compression du gaz et de réduire les dimensions des installations de dépoussiérage, de refroidissement et de traitrment du gaz, à l'aval du réacteur.
Pour atteindre ces objectifs, l'appareillage conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte 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 2000°C, et un réacteur de fluidisation, à la base duquel le charbon est introduit sous pression par un alimentateur latéral de type classique, dispositif de chauffage et réacteur étant disposés de bas en haut à l'intérieur d' une enveloppe métallique cylindrique de grande hauteur et d'assez faible diamètre, et un échangeur de chaleur constitué de surfaces métalliques, dont l'une des faces est en contact direct avec le lit de combustible solide et dont l'autre face est refroidie par la circulation d'un gaz ou d'un liquide.
Suivant une réalisation avantageuse de l'invention, l'échangeur de chaleur est disposé à l'intérieur de l'enveloppe, au-dessus du réacteur de fluidisation.
La disposition d'une installation conforme à l'invention est donnée, à titre d'exemple uniquement, dans les dessins annexés montrant en :
Figure 1 un schéma de circulatiion (flow sheet) des matières;
Figure 2 une coupe par un plan vertical passant par l'axe du réacteur, et
Figure 3 une coupe par un plan horizontal passant par le plan médian de la torche à plasma.
Dans l'installation représentée en figure 1, le charbon broyé introduit par la trémie 1 passe dans un sas 2,
ou, il est porté à la pression de fonctionnement du réacteur par une injection d'azote ou de tαut autre gaz inerte. Par la vis d'alimentation 3 il est transféré à la base du réacteur 4, dans lequel il est fluidisé par un courant ascensionnel de gaz très chaud à haute teneur en hydrogène. Il passe ensuite dans l'échangeur de chaleur 5 constitué par un lit fluidisé entouré d' une enveloppe, dans laquelle le fluide de refroidissement circule à contre courant. Le charbon sort de l'échangeur de chaleur 5 à. une température de l'ordre de 300°C; il est transporté pneumatique ment vers le cyclone 6, dans lequel s'effectue la séparation de la phase solide, constituée par le carbone fixe (char) , et de la phase gazeuse constituée par le mélange du gaz porteur et des matières volatiles. La phase gazeuse passe ensuite dans un échangeur tubulaire 7 alimenté en eau par la tubulure 8 et dans lequel s'effectue la séparation des gaz permanents et des produits condensables résultant de la pyrolyse du charbon.
Les produits liquides sont évacués par la tubulure 9. L'excédent de gaz est évacué par la tubulure 10. Le gaz à haute teneur en hydrogène nécessaire au fonctionnement du réacteur est repris par la tubulure 11; il traverse le compresseur 12, qui assure sa re circula tiσn. Il passe ensuite dans l'enveloppe extérieure de l'échangeur 5, où il est préchauffé jusqu'à une température voisine de la température du charbon qui sort du réacteur de pyrolyse .
Le gaz est alors repris par la tubulure 13 pour être injecté entre les électrodes de la torche à plasma 14 , dont les électrodes sont alimentées en courant à haute tension par le circuit électrique 15.
La traversée de l'arc électrique porte le gaz au voisinage de 2000°C et c'est ce gaz à très haute température,
qui est injecté de bas en haut dans le réacteur 4.
La figure 2 donne quelques détails constructifs de 1' appareillage, qui comporte notamment un water-jacket 16 destiné à refroidir les électrodes et le cône d'alimentation du gaz dans le réacteur de fluidisation 4, et un passage rétréci 17 destiné à séparer la zone chaude du réacteur 4 de la zone de refroidissement du combustible dans l'échangeur 5. L'ensemble de l'appareillage est contenu dans une enveloppe métallique 18 capable de résister aux pressions utilisées pour le traitement d' hydrogenopyrolyse et qui est séparée des parois du réacteur par une couche de matériaux isolants d'épaisseur appropriée.
O'n a déjà signalé que l'utilisation de l'appareillage conforme à l'invention permet de réduire au minimum le débit gazeux nécessaire au traitement d'hydrogenopyrolyse. Deux autres avantage peuvent être partes à son actif: - le passage du gaz recyclé dans l'arc électrique de la torche à plasma a pour effet de cracker les molécules de méthane et d'hydrocarbure présentes dans le gaz recyclé, ce qui entraîne une élévation de sa teneur en hydrogène; - la traversée de l'arc électrique produit une ionisation élevée de l'hydrogène et cette ionisation entraîne un accroissement de réactivité, qui améliore le rendement de l'hydrogénopyrolyse.
Claims
1. Appareillage pour la réalisation de l'hydrogenopyrolyse du charbon et du lignite, constitué d'un réacteur à lit mouvant, fluidisé par un gaz sous pression riche en hydrogène, caractérisé en ce qu'il comporte 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 2000°C, et un réacteur de fluidisation, à la base duquel le charbon est introduit sous pression par un alimentateur latéral de type classique, dispositif de chauffage et réacteur étant disposés de bas en haut à l'intérieur d'une enveloppe métallique cylindrique de grande hauteur et d'assez faible diamètre, et un échangeur de chaleur constitué de' surfaces métalliques, dont l' une des faces est en contact direct avec le lit de combustible solide et dont l'autre face est refroidie par la circulation d'un gaz ou d'un liquide.
2. Appareillage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur est disposé à l'intérieur de l'enveloppe métallique cylindrique, au-dessus du réacteur de fluidisation.
3. Appareillage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes du dispositif de chauffage du gaz et le cône d'alimentation du gaz dans le réacteur de fluidisation sont entourés d'une enveloppe (waterjacket) à circulation d'eau.
4. Appareillage suivant la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de tuyauteries et un compresseur permettant d'assurer la recirculation d'une partie du gaz produit, son préchauffage dans l'échangeur de chaleur et son injection dans le dispositif de chauffage du gaz par arc électrique.
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| BE6/47364A BE886903A (fr) | 1980-12-29 | 1980-12-29 | Nouvel appareillage pour l'hydrogenopyrolyse du charbon et du lignite. |
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Publications (1)
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