Brevet FR2263196A1 — publié le 19751003

La présente invention concerne l'utilisation de combustibles contenant des produits soufrés, notamment des fuels, en vue de produire des mélanges gazeux utilisables en tant qu'agent réducteur, combustible ou comme base de synthèse. Dans le contexte industriel actuel, de nombreuses industries ont recours aux combustibles liquides pour produire soit de l'énergie à partir de la combustion de ces produites, soit pour produire des mélanges gazeux utilisés ensuite comme agents réducteurs, c'est-à-dire destinés à être eux-mêmes oxydés. Si, dans l'optique de ces utilisations, l'emploi de fuel à très basses teneurs en soufre ne pose pas de problèmes, il n'en est pas de mye lorsque l'on envisage d'utiliser comme produits de départ des fuels contenant des quantités non négligeables de soufre. Or, il est bien évident que devant le prix croissant des combustibles, notamment des produits pétroliers, il deviendra nécessaire d'envisager l'emploi de certaines fractions jusqutalors inemployées mais d'un prix beaucoup plus abordable. A ce problème économique se superpose un deuxième problème relatif 9 la pollution atmosphérique par le rejet de produits sulfurés. C'est pourquoi, jusqut maintenant, les gros utilisateurs, notamment les centrales thermiques produisant de l'électricité, trouvaient préférable de tourner le problème de la pollution par les produits soufrés en utilisant des produits à basse teneur en soufre. En effet, malgré certaines études, il s' est avéré difficile d'éliminer les produits sulfurés des résidus de combustion lorsqu'ils se retrouvent sous forme de 502 ou SO3 très dilués dans des volumes de fumées très importants. La présente invention a donc pour but de fournir un procédé pour utiliser des combustibles contenant du soufre, notamment des fuels, soumis à un cycle d'opérations comprenant au moins une oxydation, notamment une combustion, sans rejet de produits sulfurés, consistant à réaliser une oxydation partielle du combustible, en particulier des fuels, par un gaz riche en oxygène dans des conditions de combustion donnant naissance à un mélange a base de CO et H2 contenant les produits sulfurés à l'état gazeux, puis à effectuer une épuration du gaz pour éliminer les composés soufrés et à introduire le gaz dans appareil où il sera brûlé ou utilisé comme agent réducteur ou comme base pour des synthèses. Selon un mode de mise en oeuvre préféré, la gazéification de lthydrocar- bure est réalisée en injectant le fuel dans un courant de comburant porté à vitesse supersonique dans une tuyère de Laval, où se forme une onde de choc, afin d'obtenir une pulvérisation très fine du fuel dans le comburant sous l'action de ladite onde de choc, le gaz obtenu étant ensuite désulfuré. L'invention concerne également une installation comprenant des moyens pour réaliser la combustion partielle du combustible, une chambre de combustion, des moyens pour effectuer la désulfurisation du mélange produit par la combustion partielle et un appareil dans lequel s'effectue l'utilisation finale du mélange gazeux désulfuré. Comme on le comprend, le procédé objet de l'invention permet de réaliser toutes les opérations effectuées jusqu'à maintenant avec des fuels å basse teneur en soufre a partir de fuels contenant du soufré et ce, sans production de fumées polluantes contenant des produits sulfurés. Il est bien entendu que des essais d'utilisation de combustibles soufrés ont déjà été entrepris portant sur deux voies d'étude, d'une part la désulfurisation préalable du fuel et d'autre part sur l'épuration des fumées rejetées en fin d'opération. Cependant, ces deux séries d'expérimentations n'ont pas donné satisfaction, soit pour des raisons techniques, soit pour des données économiques du fait du prix par trop élevé de la purification. En ce qui concerne l'épuration initiale du fuel, on s'est vite aperçu qu'elle s'avérait extrêmement difficile sur le plan technique. Par ailleurs, I'épuration des fumées consiste à éliminer de celles-ci des composés gazeux sous forme de S02 ou S03 extrêmement dilués, et la encore les résultats se sont avérés décevants. Le demandeur a donc envisagé une voie nouvelle consistant, quelle que soit l'utilisation ultérieure du combustible, à procéder dans un premier temps, à une oxydation partielle du combustible, aussi nommée gazéification, de manière à produire un gaz combustible constitué en majeur partie de CO et de H2. Cette oxydation partielle conduit à obtenir les composés soufrés à l'état gazeux H2.On aboutit donc à un mélange combustible gazeux dont il s'agit d'éliminer les éléments soufrés et le demandeur a eu l'ides de placer ltépuration à ce niveau car on connaît des techniques de désulfurisation qui s'avèrent efficaces dans ce contexte. Il en résulte qu'après l'opération de désulfurisation, on obtient un gaz réducteur donc combustible sans soufre dont l'oxydation sous quelque forme qu'elle s'effectue conduit à un mélange de C02 et H20, produits non polluants. On comprend que ce procédé stapplique à de nombreux cas d'utilisation, notamment au cas de production d'énergie dans les centrales thermiques. En effet, dans ce cas, on utilise le fuel pour alimenter des brûleurs destinés à produire de la vapeur qui alimente des turbines. Dans ce cas d'utilisation, la combustion du fuel est aussi complète que possible, de manière à récupérer un maximum de calories. On comprend que dans ces conditions, si l'on remplace le fuel contenant du soufre, on va produire dans les conditions de combustion oxydante du S02 et du S03 qui seront rejetés dans les fumées. Si l'on applique l'invention à ce cas de production, on commence par gazéifier le fuel de' manière à obtenir un mélange combustible à base de CO et H2 que l'on désulfure. Les brûleurs sont alors alimentés en gaz désulfurés et il n'y a plus de pollution à craindre par des composés sulfurés. Ce procédé peut évidemment être appliqué à d'autres cas comme par exemple la réduction directe de minerais oxydés notamment les minerais de fer. Il est également envisageable d'utiliser le mélange gazeux purifié comme base pour la fabrication de produits de synthèse. On va maintenant décrire le mode de réalisation de l'invention dans le cas d'un exemple de mise en oeuvre en se référant à la planche unique sur laquelle la figure unique représente un schéma d'installation. Sur cette figure, on a représenté en 1 un générateur de gaz comportant un revêtement réfractaire non catalytique 2. Un gaz riche en oxygène est introduit par le conduit 3 dans un bruleur 4 placé au sommet du générateur I. Le fuel est introduit dans le bruleur 4 par une canalisation 5. Dans le générateur 1 a lieu la combustion partielle du fuel pour donner naissance à un melange à base de oe et H2 renfermant le soufre sous forme de composés soufrés gazeux. Le gaz issu du générateur est acheminé par le conduit 6 vers une unité de désulfurisation 7. On peut utiliser pour la désulfurisation tout procédé connu. Par exemple, on peut éliminer le 5112 par réfrigération, absorption physique ou chimique par des solvants tels que la N- methyl pyrrolidone, la triethanol amine ou tout autre produit approprié. Le solvant est ensuite régénéré et on peut envisager de transformer leS112 en soufre selon un procédé convenable par exemple le procédé Clauss dans l'appareil figure en 8. Les composés sulfurés oxydés s'il sten forme peuvent être éliminés par des techniques diverses, par exemple par absorption dans des solutions de sulfite ou bisulfite d'ammoniun. Il est bien entendu que ces techniques de dêsulfuration données en exemples ne sont pas les seules susceptibles d'être mises en oeuvre et que tout moyen approprié peut leur être substitué. Dans tous les cas, la désulfuration s'avère efficace et moins coûteuse car on travaille sur des volumes de gaz beaucoup moins importants que lorsque l'on désulfure auprès utilisation du mélange gazeux. Ceci est particulièrement vrai lorsque l'on utilise le gaz comme combustible où sa dilution par le comburant est importante. Le coebustible épuré est ensuite acheminé par la conduite 9 vers un brûleur 10 alimenté en comburant par le conduit 11. Le brûleur 10 fournit par combustion de la chaleur qui est utilisée pour produire dans la chaudière 12 de la vapeur d'eau 13 utilisable par exemple pour entraîner des turbines non représentées. Les gaz de combustion sont ensuite éliminés de la chaudière et dirigés vers une cheminée d'évacuation schématisée en 14. Il est bien entendu que le gaz épuré qui présente des propriétés réductrices peut être utilisé dans un autre but que l'utilisation en tant que combustible est dirigé par exemple vers un appareil pour la réduction directe de minerais oxydés ou éventuellement vers des appareils de synthèse. En ce qui concerne l'installation, on a représenté un brûleur classique pour produire ltoxydation partielle du fuel mais il est évident que d'autres techniques sont utilisables, qui sont bien connues par ailleurs. ~ En particulier, il est très intéressant d'utiliser comme brûleurs des tuyères du type tuyère de Laval comportant un convergent-divergent dans lesquelles on porte le courant de comburant à vitesse supersonique de manière à former une onde de choc dans le divergent qui provoque la pulvérisation du fuel injecté en amont de cette onde de choc. Par ailleurs, dans le texte, il a simplement été fait état de la désulfuration du mélange gazeux produit mais il est bien entendu que l'on peut y adjoindre des traitements supplémentaires si le besoin s'en fait sentir, notamment des traitements pour éliminer le carbone particulaire imbrûlé, le C02 forme ainsi que liteau. En conclusion, on peut dire que l'invention est d'une application très générale et qu'elle concerne toutes les utilisations des combustibles contenant du soufre en particulier des fuels en vue de produire des gaz riches en CO et H2 utilisables tant comme gaz combustible que gaz réducteur ou comme gaz pour des synthèses. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour la production de melanges gazeux exempts de produits soufrés à partir de combustibles contenant du soufre, notamment des fuels, caractérisé en ce que lton réalise dans une chambre de combustion une oxydation partielle du combustible par un comburant gazeux riche en oxygène dans des conditions d'oxydation donnant un mélange gazeux à base de CO et H2 contenant le soufrè à l1état de produits soufrés gazeux que l'on soumet le mélange gazeux obtenu à une épuration pour éliminer lesdits produits soufrés et en ce que l'on introduit le mélange désulfuré dans un appareil où il est brûlé ou utilisé pour réduire des produits oxydés. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le mélange gazeux 'désulfuré est utilisé pour la synthèse de produits chimiques. 3 - Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée'en ce qu'elle comprend des moyens d'alimentation en fuel et en comburant, des moyens pour réaliser l'oxydation partielle du fuel, une chambre de combustion, des moyens pour réaliser la désulfuration du mélange gazeux, et un appareil dans lequel on introduit le mélange gazeux pour le brûler ou pour réduire des produits oxydés. 4 - Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend un appareil pour la production de produits de synthèse à partir du mélange gazeux désulfuré.