Brevet FR2349642A1 — publié le 19771125

La présente invention concerne un procédé pour la gazéification de combustibles finement divisés contenant de la cendre dans une zone de réaction, selon lequel un gaz produit brut contenant de la vapeur dteau et des particules poisseuses est déchargé de la zone de réaction le long d'une surface froide. Un procédé similaire est connu d'après la demande de brevet FR 75 16 616 du 28 mai 1975. Tout combustible contenant de la cendre peut être utilisé comme charge pour le présent procédé. Dans la présente description, on appelle "combustible" n'importe quelle matière combustible solide ou liquide constituée essentiellement de carbone. Le combustible peut contenir aussi de l'hydrogène, de l'oxygène, du soufre et/ou de l'azote. De telles charges sont, par exemple, le lignite, l'anthracite, le charbon gras, le coke, l'huile de schiste, des huiles minérales ou des fractions d'huile ou une huile obtenue à partir de sable asphaltique. Si la charge est solide, elle doit être fournie dans une forme pulvérisée de manière qu'elle puisse facilement entrer en réaction dans la zone de réaction. De préférence, la charge solide contenant du carbone est fragmentée dans une mesure telle que 70 % du combustible ait une grosseur de particules passant à travers un tamis de 74 microns d'ouverture de maille. Si la charge est liquide, elle est atomisée en petites gouttelettes dans la réaction au moyen d'un bradeur. Les combustibles carbonés solides et liquides mentionnés ci-dessus contiennent en général des constituants inorganiques tels que des métaux et des sels. Après transformation des combustibles en produits gazeux, une partie de ces constituants inorganiques reste sous la forme de cendre. Une autre partie des constituants inorganiques des matières de départ du présent procédé, toutefois, est absorbée dans le gaz produit dans un état finement divisé et en suspension. Pendant et immédiatement après la transformation de la matière de départ en produit gazeux, la température de ce dernier est si élevée que les fines particules de cendre s'y trouvant présentes sont dans un état fondu. Ces gouttelette de cendre sont poisseuses. Les particules poisseuses quand il en est question ici sont donc des particules de cendre complètement ou partiellement fondues. Elles sont constituées de métaux, de sels et/ou de scories. Par refroidissement à une température suffisamment basse, elles deviennent solides ou au moins assez rigides pour que leur caractère poisseux disparaisse. Généralement, elles ont un intervalle de fusion plutôt qu'un point de fusion net. Cet intervalle de fusion peut couvrir de nombreuses centaines de degrés. Les gaz qui contiennent des particules poisseuses sont difficiles à traiter, parce que des dépôts se produisent sur les parois et les vannes, perturbant la mise en oeuvre appropriée des procédés de traitement ou causant une obstruction complète des canalisations. Quelquefois, les impuretés fondues dans un gaz sont tellement liquides qu'on n'a aucune difficulté à en séparer la majeure partie. Toutefois, il reste généralement dans le gaz un brouillard de particules fondues qui lors du refroidissement deviennent temporairement poisseuses et causent alors les difficultés indiquées. Un procédé important dans lequel un gaz produit brut contenant des particules presseuses est formé est la préparation de gaz contenant de l'oxyde de carbone par combustion incomplète d'une charge contenant du carbone, comme de la houille, du lignite ou une huile résiduelle. En particulier, la combustion de la houille présente de grandes difficultés, parce que la houille a une haute teneur, allant jusqu'à 30 , en substances minérales qui forment des scories durant la combustion de la houille. Quand il sort du réacteur, le gaz se trouve à une température à laquelle la cendre est complètement liquide, généralement supérieure à 140000. Le gaz sortant contient un brouillard de particules fondues de scories.Pour les traitements ultérieurs du gaz produit brut, il doit entre refroidi, à 3000C par exemple. Les scories provenant de la houille sont généralement poisseuses dans l'intervalle de température de 150000 à 9000C, intervalle de température dans lequel on rencontre les difficultés indiquées. Si après un refroidissement suffisant les particules ne sont plus poisseuses, elles peuvent entre séparées par des techniques connues comme au moyen de cyclones, de séparateurs à coudes, de filtres, etc. L'invention fournit maintenant un procédé pour la production de tels gaz dans lequel les conséquences défavorables du caractère poisseux des particules sont éliminées. L2invention concerne donc un procédé pour la gazéifi- cation de combustibles finement divisés contenant de-la cendre dans une zone de réaction, selon lequel un gaz produit brut contenant de la vapeur d'eau et des particules poisseuses est déchargé d'une zone de réaction lelong d'une surface froide, caractérisé en ce qu'on sépare une couche mince d'eau par dépit sur la surface froide en refroidissant le gaz au-dessous de son point de rosée. Selon l'invention, les combustibles carbonés finement divisés sont de préférence gazéifiés par combustion partielle avec un oxydant, bien que vautres procédés de gazéification, comme la pyrolyse et lthydrocraquage, soient aussi des choix possibles. Sila gazéification est effectuée par combustion partielle, l'oxydant utilisé de préférence est choisi parmi l'air et l'oxygène, éventuellement dilué avec de la vapeur d'eau, de l'anhydride carbonique, de l'azote et/ou de l'argon. L'oxydant est avantageusement chauffé avant hêtre mis à réagir avec le combustible carboné finement divisé. Le préchauffage de 1' oxydant est effectué commodément de manière indirecte par échange de chaleur avec une source de chaleur, par exemple le gaz produit chaud obtenu dans le présent procédé. L'oxydant est de préférence préchauffé à une température comprise entre 200 et 1300 C, suivant le type d'oxydant utilisé. Après le préchauffage, l'oxydant chaud est avantageusement mélangé avec le combustible carboné, après quoi le mélange d'oxydant et de combustible, de préférence sous la forme dwun ou plusieurs jets, est passé dans la zone de réaction. Dans la zone de réaction, la réaction entre le combustible carboné finement divisé et l'oxydant se produit, de préférence à une température comprise entre 1000 et 20000C et à une pression absolue comprise entre 1 et 100 bars. Comme résultat de cette réaction, du gaz de synthèse brut est formé, c'està-dire un mélange d'hydrogène, d'oxyde de carbone, de méthane et d'anhydride carbonique, mélangé éventuellement avec de la vapeur d'eau, de l'azote, de lBhydrogène sulfuré et/ou de l'argon, suivant la composition du combustible et de l'oxydant. Comme on lta mentionné ci-dessus, les constituants inorganiques présents dans le combustible sont transformés durant la réaction en scories liquides. Une partie de ces scories tombe immédiatement au fond de la zone de réaction et est évacuée à l'état liquide du fond de la zone de réaction ou, de préférence, est recueillie dans un bain d'eau suspendu sous la zone de réaction. Une autre partie des scories est entraînée sous la forme de petites gouttelettes dans le gaz produit, qui quitte la zone de réaction de préférence au sommet. Quand il quitte la zone de réaction, le gaz produit se trouve en général à une température comprise entre 1300 et 16000C et a une teneur en gouttelettes de scories comprise entre 1 et 15* en poids. Comme on la mentionné ci-dessus, les particules de scories entrainées sont liquides à cette température. Pour le traitement ultérieur du gaz produit brut, ce dernier est avantageusement refroidi. Cela s'effectue de préférence en y injectant sabord de l'eau, de la vapeur d'eau et/ou du gaz recyclé froid et en le déchargeant ensuite le long d'une surface froide, mais il est possible aussi d'omettre le refroidissement direct avec de l'eau, de la vapeur d'eau et/ou du gaz recyclé ou d'effectuer le refroidissement direct plus ou moins en même temps que le refroidissement indirect le long de la surface froide. Comme résultat du refroidissement direct de veau, de la vapeur dteau et/ou du gaz recyclé, la température du gaz produit brut est de préférence abaissée d'abord à un niveau compris entre 8000C et 10000C. Si la composition, la température et la quantité du gaz produit brut sont connues, la quantité dteau, de vapeur d'eau et/ou de gaz recyclé nécessaire pour le refroidissement direct du gaz produit brut à une certaine température peut être calculée d'une manière simple. Durant le refroidissement indirect du gaz produit brut par passage le long de la surface froide, au moins la couche de gaz passant juste sur la surface froide est refroidie à une température comprise entre 40 et 3000C. Suivant la matière de départ, l'oxydant et/ou le fluide de refroidissement utilisé dans le refroidissement direct, le gaz produit brut a une teneur en vapeur d'eau comprise entre 2 et 15 * en volume. Selon l'invention, le refroidissement indirect est maintenant effectué de manière qu'au moins une partie du gaz passant le long de la surface de refroidissement soit refroidi au-dessous de son point de rosée à la pression existante. A cet effet, on fait circuler le gaz le long de la surface froide de préférence à une vitesse comprise entre 1 et 20 m/s pendant une période comprise entre 0,1 et 10 secondes. Comme résultat du refroidissement indirect du gaz, une couche mince d'eau se séparera sur la surface froide. Les gouttelettes liquides poisseuses de scories déposées sur cette surface n'adhèrent pas alors à cette surface, mais sont absorbées dans la mince couche dteau et sont entratnées avec cette dernière à un endroit où elles sont déchargées du système en même temps que la mince couche d'eau. L'évacuation du gaz est effectuée de préférence par un ou plusieurs tuyaux d'évacuation qui sont refroidis extérieurement, et elle est effectuée dBune manière particulièrement préférable par un seul tuyau parce qu'on désire maintenir la surface intérieure du système d'évacuation aussi petite que possible. Selon un mode de mise en oeuvre très approprié de l'invention, on maintient froide la surface intérieure du système d'évacuation du gaz en entourant ce système d'une chemise de refroidissement dans laquelle on fait circuler de l'eau de refroidissement. De la vapeur d'eau peut être avantageusement produite dans cette chemise de refroidissement. La surface froide sur laquelle se dépose la mince couche d'eau qui absorbe les particules poisseuses de scories est commodément disposée verticalement. La mince couche d'eau est alors obligée de s'écouler vers le bas, à contre-courant par rapport au gaz produit brut quittant la zone de réaction. Selon un mode de mise en oeuvre très approprié du procédé, ce dernier est mis en oeuvre dans un appareil dans lequel le système d'évacuation du gaz est disposé au-dessus de la zone de réaction. La mince couche d'eau s'écoule alors le long de la paroi intérieure refroidie du système d'évacuation du gaz en descendant vers la zone de réaction. Il est alors possible de choisir les conditions de réaction dans la zone de réaction, les dimensions du système d'évacuation du gaz, la quantité etvla température de veau, de la vapeur d'eau et/ou du gaz recyclé froid que l'on injecte éventuellement dans le produit de réaction et/ou la température de la surface intérieure du système d'évacuation du gaz de manière que la mince couche d'eau avec les particules de scories absorbées s'écoule dans la zone de réaction.L'eau s'évapore alors pour être déchargée avec le produit de réaction, tandis que la majeure partie des particules de scories en m8me temps que les scories formées dans la zone de réaction seront déchargées du fond de la zone de réaction. Selon une variante qui est utilisée de préférence, toutefois, les variables mentionnées ci-dessus sont choisies de manière que la mince couche d'eau s'écoulant vers le bas sur la paroi intérieure du système d'évacuation du gaz soit entrainée par le gaz produit montant sous la forme dun brouillard avant que la couche mince n'atteigne la zone de réaction. Les gouttelettes de scories déposées par le gaz produit sur la mince couche d'eau sont transformées par refroisissement dans la mince couche dteau en particules solides de scories, qui ne sont pas poisseuses. En conséquence, ces particules n'adhéreront pas à la paroi intérieure du système d'évacuation du gaz si elles sont déposées sur une partie de ce système plus élevée que celle où la mince couche d'eau est présente. Elles sont déchargées avec le gaz produit brut du système de production du gaz dans un système de purification du gaz dans lequel elles peuvent être séparées facilement du gaz, par exemple au moyen d'un cyclone ou dtun filtre. Ltinvention va maintenant être expliquée encore avec référence à une figure schématique sur laquelle on nta pas représenté les divers éléments auxiliaires nécessaires pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, tels que les pompes, les compresseurs, les diverses vannes, etc. L'invention n'est pas limitée à la description de cette figure. Par des bradeurs (1), un mélange de combustible finement divisé, d'oxygène et éventuellement de vapeur d'eau est passé dans une zone de réaction (2) et y est brûlé. Le gaz produit brut résultant est déchargé de la zone de réaction (2) par un système (3) d'évacuation du gaz. Par des canalisations (4), de 11 eau, de la vapeur d'eau ou du gaz recyclé froid est injecté dans le gaz produit chaud, avec le résultat que ce dernier se refroidit. La paroi (5) du système (3) d'évacuation du gaz est refroidie au moyen dteau de refroidissement qui est passée par une canalisation (6) à une chemise de refroidissement (7) et déchargée par une canalisation (8).Comme le gaz produit passe le long de la paroi froide (g) du système (3) d'évacuation du gaz, au moins une partie de ce gaz est refroidie au-dessous de son point de rosée, avec le résultat qu'unie mince couche eau se forme sur la surface intérieure de la paroi (5). Sous ltinfluence de la pesanteur, cette mince couche d'eau s'écoule vers le bas à contre-courant par rapport au gaz produit qui monte.Les gouttelettes de scories qui sont entraînées dans ce gaz et peuvent être projetées contre la paroi (5) sont absorbées dans la mince couche-dfeau et entratnées avec elle dans la direction de la zone de réaction (2). Suivant les conditions mentionnées ci-dessus utilisées, la mince couche d'eau découle dans la zone dre réaction ou elle est entraînée par le gaz qui monte. Dans les deux cas, aucune gouttelette ou particule poisseuse de scorie ne se déposera sur la paroi (5). La majeure partie des scories liquides formées dans la zone de réaction (2) tombe vers le fond et, par les parois de la zone de réaction (2) ou autrement, arrive par un système de décharge des scories dans un bain deau (10). Là, les scories se solidifient sous la forme de granules qui sont déchargés par une canalisation (11) en même temps que l'eau. Pour remplacer l'eau déchargée, une nouvelle quantité dteau est introduite par une canalisation (2) dans le bain d'eau (10). Ltinvention va maintenant entre illustrée avec référence à exemple suivant. Exemple Dans une installation telle que représentée schématiquement sur la figure, la charge utilisée est un charbon ayant la composition suivante % en Poids C 73,5 H 418 0 loji S 1)4 N 1)6 Cendre Ce charbon contient 35,4 * en poids de constituants volatils et 1,0 en poids d'eau. Le charbon est broyé en une poudre dont 70 ffi peut passer à travers un tamis de 74 microns d'ouverture de maille. Une quantité de 50 000 kg/h de charbon est mélangée avec 41 887 kg/h de gaz oxydant contenant 97,9 * en poids de 02 et 11 751 kg/h de vapeur d'eau à une température de 3000C. La suspension constituée de charbon et de gaz est passée par les brûleurs (1) dans la zone de réaction (2) à une vitesse linéaire de 70 m/s. La température de réaction dans la zone de réaction est de 15000C et la pression absolue est de 30 kg/cm2. Le temps de séjour des matières en réaction dans la zone de réaction est de 6 secondes. Sortant de la zone de réaction (2) par le système (3) d'évacuation du gaz, est déchargée une quantité de 98 881 kg/h dun mélange de gaz ayant la composition suivante eu en vol Co 57Z4 H2 30 > 8 C02 3,9 N2 1,1 H2S ot4 H2O 6,4 Le système (3) d'évacuation du gaz a une section circulaire et un diamètre de 1 mètre. Dans le mélange de gaz chaud, une quantité de 91 876 kg/h de gaz recyclé à une température de 2000C est injectée par les canalisations d'amenée (4). Cela refroidit le mélange de gaz à une température de 900 C. Dans la chemise de refroidissement (7), une quantité de 35 280 kg/h d'eau de refroidissement à une température de 400C est refoulée par la canalisation (6). Cette eau quitte. la chemise de refroidissement (7) par la canalisation (8) à une température de 600C. Durant son passage à travers la partie du système (3) d'évacuation du gaz qui est refroidie par l'eau de refroidissement, qui a 6 mètres de longueur, le gaz produit est refroidi à une température de 8500 C. Durant ce passage, le gaz produit a une vitesse linéaire de 10 m/s et une mince couche d'eau d'une épaisseur maximale de 0,5 mm est formée sur la paroi intérieure (5) du système (3) d'évacuation du gaz. Bien que le .gaz produit quittant la zone de réaction (2) contienne 1,8 6 en poids de cendre et 0,5* en poids de carbone non transformé sous la forme de gouttelettes de scories, il ne se dépose pas du tout de scories sur la paroi intérieure (5) du système (3) d'évacuation du gaz. Après avoir dépassé la partie refroidie du système (3) d'évacuation du gaz, les gouttelettes poisseuses de scories se sont solidifiées en particules non-poisseuses de scories de sorte quil n'y a plus aucun risque quelles adhèrent à la partie restante (non représentée sur la figure) du système d'évacuation du gaz. Par le système (9) d'évacuation des scories, une quantité de 2 500 kg/h de scories liquides est déchargée dans le bain d'eau (10) dans lequel elles se solidifient sous la forme de granules. Les scories solides sont déchargées par la canalisation de décharge (11) en même temps que 25 000 kg/h d'eau. REVENDICATIONS 1 - Un procédé pour la gazéification de combustibles finement divisés contenant de la cendre dans une zone de réaction, selon lequel un gaz produit brut contenant de la vapeur d'eau et des particules poisseusses est déchargé de la zone de réaction le long d'une surface froide, caractérisé en ce qu'on sépare une mince couche d'eau qui se dépose sur la paroi froide en refroidissant le gaz au-dessous de son point de rosée. 2 - Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface froide est formée par la paroi intérieure d'au moins un tuyau qui est refroidi extérieurement. 3 - Un procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la surface froide est disposée sensiblement verticalement. 4 - Un procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le gaz produit brut est refroidi à une température comprise entre 800 et 10000C par injection dans ce gaz veau, de vapeur d'eau et/ou de gaz recyclé froid. 5 - Un procédé selon l'une des revendications l à 4 caractérisé en ce que la couche qui s'écoule juste le long de la surface froide est refroidie à une température comprise entre 40 et 3000C. 6 - Un procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le gaz produit brut est passé le long de la surface froide à une vitesse comprise entre 1 et 20 m/s. 7 - Un procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le gaz produit brut est passé le long de la surface froide pendant une période comprise entre 0g1 et 10 secondes. 8 - Un procédé selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qutil est mis en oeuvre dans une installation telle que représentée sur la figure. 9 - Le gaz préparé par un procédé selon l'une des revendications précédentes.