Brevet FR2346435A1 — publié le 19771028

La présente invention concerne les procédés de transformation des combustibles solides et notamment les procédés d'obtention de combustible liquide pour turbines à gaz et pour installations à gaz et à vapeur. L'invention peut être appliquée de la manière la plus efficace à l'industrie des combustibles ainsi qu'à l'éaergétique lors de l'utilisation complexe de combustible solide. Une augmentation rapide de la consommation du gaz naturel et du pétrole ainsi que leurs réserves limitées dans le monde créent des difficultés dans l'alimentation- en combustibles gazeux et liquides des usagers qui ne peuvent pas utiliser le combustible solide. Ces combustibles sont des combustibles liquides pour les turbines à gaz, les installations à gaz et à vapeur, les moteurs Diesel, etc..., qui sont, en général, produits à partir du pétrole. les ressources limitées en pétrole exigent que ces combustibles soient fabriqués à partir de produits de transformation des combustibles solides. On connais des procédés d'obtention de combustible liquide pour les turbines à gaz et les installations à gaz et à vapeur par décomposition thermique d'un combustible solide, donnant lieu à une sublimation des parties volatiles du combustible. le mélange gaz-vapeur obtenu à partir des produits de la décomposition thermique est envoyé pour la condensation des résines. La condensation des résines se fait par étages en éliminant à tour de rôle les résines lourdes, moyennes et légères. Afin d'obtenir des fractions étroites des résines qui répondent aux exigences, quant à leur composition, pour les produits commerciaux (essence, pétrole, lampant, gaz-oil, combustible pour turbines à gaz, etc..), les produits liquides obtenus sont soumis à une distillation (sublimation) et à une rectification. L'inconvénient du procédé connu réside dans le fait que la sublimation et la rectification répétitives de la résine obtenue exigent la création d'installations spéciales et une consommation considérable de chaleur pour chauffer et évaporer la résine ainsi que pour réaliser les réactions endothermiques se déroulant dans la phase de vapeur. Outre cela, une résublimation des produits résineux condensés rend plus mauvaise leur qualité à cause d'une destruction partielle et d'une polymérisation des molécules en phases liquide et vapeur lorsque la température est élevée. L'invention a pour but d'éliminer les inconvénients indiqués ci-dessus. Elle vise à créer un procédé d'obtention de combustible liquide pour les turbines à gaz et les installations à gaz et à vapeur à partir d'un combustible solide qui assurerait l'obtention de fractions de résines répondant aux exigences, quant à leur composition, pour les produits commerciaux sans réaliser la résublimation de la résine. Le but visé est atteint du fait que dans le procédé d'obtention de combustible liquide pour les turbines à gaz et les installations à gaz et à vapeur réalisé par voie de décomposition thermique d'un combustible solide, d'une condensation des résines à partir du mélange gaz-vapeur obtenu et de leur rectification, selon l'invention, le mélange gaz-vapeur contenant plus de 10 % de vapeurs de résine par rapport au volume total est dirigé vers la rectification avec évacuation successive des fractions de la résine condensées et rectifiées. le procédé proposé permet d'obtenir, directement à partir d'un combustible solide, des combustibles liquides pour les turbines à gaz et les installations à gaz et à vapeur en éliminant du mélange gaz-vapeur les produits de décomposition thermique du combustible solide durant la rectification. Cela a pour résultat l'amélioration de la qualité et l'augmentation du rendement en produits commerciaux tout en diminuant la consommation de chaleur, les investissements et les frais d'exploitation. D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée ultérieure d'un exemple d'éxécution, en référence au dessin annexé sur lequel la Fig. unique montre un schéma fonctionnel d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. L'installation comporte un réacteur 1 dans lequel est réalisée la décomposition thermique du combustible solide. le réacteur peut être du type trémie ou se présenter sous forme d'un tambour tournant. Un réacteur 1 est muni de tubulures 2 et 3 pour amener le combustible et l'agent caloporteur ainsi que d'une tubulure 4 pour évacuer le résidu solide de la semi-cokéfaction. le réacteur 1 est relié par une conduite 5 à une colonne de rectification 6 munie d'un réfrigérant-déflegmateur 7 et d'une tubulure 8 pour évacuer la résine lourde. La colonne de rectification 6 est destinée à réaliser la condensation des vapeurs de résine lourde et la rectification simultanée de ladite résine à partir du mélange gaz-vapeur des produits de décomposition thermique obtenus dans le réacteur 1. Le réfrigérant-déflegmateur 7 est relié par une conduite 9 à une colonne de rectification 10 munie d'un réfrigérant-déflegmateur 11 et d'une tubulure 12 pour évacuer la fraction lourde de la résine moyenne. Dans la colonne de rectification 10 sont condensées les vapeurs de la fraction lourde de la résine moyenne et on rectifie ladite résine. Le réfrigérant-déflegmateur 11 est relié par une conduite 13 à une colonne de rectification 14 munie d'un réfrigérant-déflegmateur 15 et d'une tubulure 16 pour évacuer la fraction légère de la résine moyenne. le réfrigérant-déflegmateur 15 est relié par une conduite 17 à un condenseur 18 pour la condensation de ltessence et de l'eau. Le condenseur 18 est muni d'une tubulure 19 pour évacuer le mélange essence-eau et d'une tubulure 20 pourévacuer le gaz. Un combustible solide broyé, par exemple du charbon brun ou le schiste, est amené en continu dans le réacteur 1 par la tubulure 2. Dans le réacteur 1 est aussi amené en continu par la tubulure 3 un agent caloporteur solide qui peut être un coke chauffé ou une cendre des schistes déjà traités, ou des boules en céramique, du gravier, du sable et d'autres matériaux. Dans le rédacteur 1, le mélange du combustible et de l'agent caloporteur solide est malaxé durant un laps de temps nécessaire pour le chauffage et la décomposition thermique du combustible. Obtenu par décomposition thermique, le mélange gaz-vapeur, contenant plus de 10 % de vapeurs de résine par rapport au volume total du mélange, est dirigé par la conduite 5 dans la colonne de rectification 6 munie de réfrigérant-déflegmateur 7. Condensée et refroidie dans le réfrigérant-déflegmateur 7, la résine s'écoule par des plateaux (non représentés) de la colonne de rectification 6 à l'encontre du mélange gaz-vapeur qui monte, condense les vapeurs de résine lourde contenues dans ce mélange et rectifie en même temps cette résine qui est ensuite évacuée par la tubulure 8. Cette résine peut être utilisée ultérieurement comme combustible pour des chau dières. La limite inférieure d'ébullition et le rendement en résine lourde sont réglés par le régime de refroidissement du réfrigérantdéflegmateur 7. Le mélange du résidu solide de décomposition thermique du combustible et de l'agent caloporteur est écavué hors du réacteur 1 par la tubulure 4 afin de la réutiliser. Le mélange gaz-vapeur quittant le réfrigérant 7 passe par la conduite 9 dans la colonne de rectification 10 pourvue du réfrigérant-déflegmateur 11 où l'on condense et rectifie la fraction lourde de la résine moyenne dont la limite inférieure d'ébullition est réglée par le régime de refroidissement du réfrigérant-déflegmateur 11. La fraction lourde de la résine moyenne est évacuée de la colonne de rectification 10 à travers la tubulure 12. Le fonctionnement de la colonne de rectification 10 est identique au fonctionnement décrit de la colonne de rectification 6. Cette fraction peut être utilisée en tant que combustible pour des turbines à gaz stationnaires et des installations à gaz et à vapeur. le mélange gaz-vapeur sortant du réfrigérant --déflegmateur 1 1 est dirigé par la conduite 13 dans la colonne de rectification 14 pourvue du réfrigérant-déflegmateur 15 où l'on condense et rectifie la fraction légère de la résine moyenne dont la limite inférieure d'ébullition est réglée par le régime de refroidissement du réfrigérant-déflegmateur 15. La fraction légère de la résine moyenne obtenue est évacuée de la colonne de rectification 14 à travers la tubulure 16. Cette fraction peut être aussi utilisée en tant que combustible pour les turbines à gaz et installations à gaz et à vapeur, par exemple, pour les turbines montées sur les moyens de transport. le fonctionnement de la colonne de rectification 14 est identique au fonctionnement décrit de la colonne de rectification 6.Le mélange gaz-vapeur sortant du réfrigérant-déflegmateur 15 est dirigé par la conduite 17 dans le condenseur 18. Dans le condenseur 18, on réalise la condensation de l'essence et de l'eau qui sont évacuées du condenseur 18 à travers la tubulure 19 et sont dirigées pour la séparation et l'utilisation ultcrieure. Le gaz résiduel est évacué du condenseur 18 à travers la tubulure 20 et dirigé en vue de son utilisation ultérieure. le procédé proposé permet, comme on le voit, d'obtenir du combustible liquide pour les turbines à gaz et les installations à gaz et à vapeur directement à partir du mélange gaz-vapeur par condensation et rectification simultanées de ce mélange. En faisant varier les régimes de refroidissement des réfrigérants-déflegmateurs 7, 11 et 15 on assure l'obtention des fractions lourde et légère de la résine moyenne dont les caractéristiques sont conformes aux exigences, quant à la composition, à la viscosité, au point d'inflammabilité, etc.. auxquelles doivent satisfaire les combustibles pour des turbines à gaz et des installations à gaz et à vapeur. Pour mettre en oeuvre le procédé, on peut utiliser d'autres dispositifs connus pour la décomposition thermique du combustible solide et pour le déroulement combiné de la condensation et de la rectification du combustible liquide à partir d'un mélange gazvapeur. Exemple On transforme le schiste dont les caractéristiques sont les suivantes humidité de service : 12,5 %, teneur en cendre à sec : 49,0 %, teneur en gaz carbonique des carbonates : 17,5 %, chaleur de combustion de la masse sèche du combustible dans une bombe calorimétrique : 3 000 kcal/kg. On soumet au traitement thermique le schiste séché au préalable. la température finale du processus est de 4900 C. Le mélange gaz-vapeur obtenu lors de la décomposition thermique du schiste dans le réacteur 1 contient des vapeurs de résine en quantité de 148,9 kg par 1 t du schiste traité. lesdites vapeurs constituent 20 ffi du volume du mélange gaz-vapeur, la quantité de vapeurs d'essence est de 9,2 kilt, la quantité de gaz de semicokéfaction est de 51,5 kg/t et la quantité de vapeurs d'eau est de 17,5 kg/t. En réglant le régime de refroidissement des réfrigérants-déflegmateurs 7, 11, 15, on maintient la température du mélange gaz-vapeur à la sortie des colonnes de rectification 6, 10 et 14, égale à 230, 170 et 750 C respectivement. La température du gaz à la sortie du condenseur 18 est maintenue égale à 10 à 300 C.Sous ce régime de refroidissement, on obtient 44,7 kg/t de résine lourde, 37,2 kg/t de fraction lourde de la résine moyenne, 37,2 kg/t de fraction légère de la résine moyenne et environ 29,8 kg/t d'essence. les fractions de la résine moyenne obtenue sont caractérisées par les indices suivants. Indice Résine moyenne Grandeur fraction fraction lourde légère 1 2 3 4 Densité à 200 C g/cm3 0,98 0,92 Viscosité conventionnelle en degrés Engler à 750 C OE 2,0 1,1 Point d'inflammabilité en vase ouvert OC 75 en vase clos OC 45 Point d'ébullition initiale OC 200 100 Point d'ébullition finale OC 360 300 Revendication procédé d'obtention de combustible liquide pour turbines à gaz et installations à gaz et à vapeur par décomposition thermique de combustible solide, par condensation des résines à partir du mélange gaz-vapeur obtenu et par leur rectification, caractérisé en ce que le mélange gaz-vapeur qui contient plus de 10 aS des vapeurs de la résine par rapport au volume total du mélange est dirigé pour la rectification suivie de l'évacuation successive des fractions condensées et rectifiées des résines.