Brevet FR2416255A1 — publié le 19790831

La présente invention se rapporte à une installation pour la production de gaz de synthèse, c'est-à-dire d'un mélange d'hydrogène et d'oxyde de carbone, à partir du charbon au moyen de chaleur nucléaire, en particulier une installation comportant un four de dissociation de méthane et/ou un gazéificateur de charbon à vapeur d'eau. Lors de la gazéification à la vapeur d'eau par exemple du charbon flambant au moyen de chaleur nucléaire, il se produit, après la séparation du bioxyde de carbone et de l'acide sulfhydrique, un gaz contenant environ 737. d'hydrogène, 13X d'oxyde de carbone, 13% de méthane et 1% d'hydrocarbures supérieurs. La rapport hydrogène-oxyde de carbone dans ce gaz est ainsi de 5,6. Dans les processus de synthèse industriels, il faut, par exemple pour la synthèse du méthanol, un rapport hydrogène-oxyde de carbone de 2,1 et pour la synthèse de Fischer-Tropsch un rapport hydrogène-oxyde de carbone de 1,6 à 1,7. Pour les procédés de réduction on peut ramener ce rapport a 1/1.On a déja proposé de décomposer le gaz prorluit en ses constituants gazeux dans une instaltation de décomposition à très basse température et de liberer sous forme de sous-produits le méthane avec les hydrocarbures supérieurs ainsi que l'hydrogène en excédent. Cela comporte toutefois l'inconvénient que seule une partie limitée du charbon mis en oeuvre peut être utilisée pour le gaz de synthèse proprement dit. Dans la demande de brevet R.F.A. 23 58372, on propose d'utiliser le gaz produit d'une part pour la réduction du minerai et d'autre part pour la synthèse du méthanol. Le méthane présent dans le gaz produit est séparé et utilisé ailleurs pour la production de chaleur ou comne produit chu tique brut. On se contente visiblement de renvoyer à l'atmosphère le bioxyde de carbone obtenu lors de l'épuration du gaz produit. La demande de brevet R.F.A. 25 53 506 décrit une installa- tion pour la production de méthane ou de gaz de synthèse à partir de charbon au troyen de chaleur nucléaire dans laquelle une partie du carbone est tout d'abord gazéifiée de façon hydrogénante tandis que le carbone restant est transforme en gaz de synthèse avec addition de vapeur d'eau. Dans ce cas également le bioxyde de carbone est séparé par lavage et renvoyé à l'atmosphère. La présente invention a par conséquent pour objet de réaliser, pour la production du gaz de synthèse à partir du charbon au moyen de chaleur nucléaire, une installation dans aquelle le charbon mis en oeuvre est transformé aussi complètement que possible pour donner le produit recherché. L'invention vise en particulier une installation dans laquelle le rapport hydrogène-oxyde de carbone dans le gaz produit peut etre réglé entre environ l-et 2,5 91. En pareil cas il faut si possible qu'aucune quantité de méthane ou d'hydrogène en excès ne soit libérée. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que le bioxyde de carbone séparé est, par apport de crieur, transformé dans l'installation en oxyde de carbone au moyen de carbone. Le bioxyde de carbone séparé à la sortie est ramené à un point approprié du circuit et, avec apport de chaleur, transformé en oxyde de carbone par addition de carbone. Le débit de charbon restant le meme, on augmente de cette façon la quantité de gaz produit dégagée. L'énergie thermique nécessaire à cet effet doit bien entendu être fournie par le réacteur nucléaire.Comme toutefois, dans les installations implantées jusqu'ici pour la gazéification du charbon une partie de la chaleur nucléaire doit être utilisée à un faible niveau pour la production de vapeur et en dernière analyse pour la production de courant, on peut, conformément à la présente invention, transformer le bioxyde de carbone avec de la chaleur nucléaire sans augmenter la puissance du réacteur. Les réactions suivantes se déroulent dans le gazéificateur gazéification à la vapeur d'eau C + H20 = CO + H2 (réaction au gaz à l'eau) gazéification au bioxyde de carbone C + C02 = 2 CO (réaction de Boudouard) dans le four de dissociation de méthane, on a H20 + CO + 2 CH4 Z 3 CO + 5 112 Ces réactions ne se déroulent pas de façon stoechiométrique, mais suivant l'excédent de l'agent de dégazéification, la pression et la température, il s'établit un certain équilibre. Dans une installation selon l'invention comportant un four de dissociation de méthane dans lequel le méthane est, avec de la vapeur d'eau, dissocié en hydrogène, en bioxyde de carbone et en oxyde de carbone, le bioxyde de carbone séparé et avec le méthane et de la vapeur d'eau, introduit dans le four de dissociation de méthane. Dans cette installation on peut au maximum traiter deux parties de bioxyde de carbone et deux parties de vapeur d'eau pour une partie de méthane. On obtient ainsi assurément un rapport hydrogène-oxyde de carbone de 2,9. Afin que dans le four de dissociation de méthane, il ne se produise aucune trainée de composition de gaz différente, il est avantageux d'amener le méthane, la vapeur d'eau et le bioxyde de carbone dans un mélangeur séparé avant leur entrée dans le four et de les chauffer ensemble. Dans une autre installation selon l'invention comportant un gazéificateur de charbon à vapeur d'eau, le bioxyde de cartone séparé est introduit ayec la vapeur d'eau dans le gazéificateur de charbon à vapeur d'eau. On peut ainsi transformer une partie du bioxyde de carbone en oxyde de carbone. Pour les mêmes raisons que précédemment, il est également avanta geux ici d'amener la vapeur d'eau et le bioxyde de carbone dans un mélangeur séparé avant leut entrée dans le gazéificateur de charbon à vapeur d'eau pour les chauffer ensemble presque à la température de gazéification du charbon. En combinant les deux installations précédentes, on peut obtenir un rapport hydrogène-oxyde de carbone inférieur à 2,9. Selon une autre particularité de l'invention la fraction du bioxyde de carbone introduit est réglée par le rapport hydrogène-oxyde de carbone dans le gaz produit. S'il y a trop peu d'oxyde de carbone, on introduit par conséquent une plus grande quantité de bioxyde de carbone. Comme les gaz produits allant du gazéificateur à la sortie des gaz produits ne séjournent qu'une à deux minutes dans l'installation, le réglage proposé semble réalisable avec une précision suffisante. La figure représente sous une forme très schématisée, un mode de réalisation possible de l'invention. Le réacteur à haute température 1 par un circuit primaire d'hélium fermé 2 cède, par l'inter médiaire d'un échangeur de chaleur 3, la chaleur nucléaire à un circuit secondaire d'hélium également fermé 4 qui traverse successivement un gazéifi cateur de charbon à vapeur d'eau 5, un surchauffeur à vapeur d'eau 6, un four de dissociation tubulaire de méthane 7, un présurchauffeur 8, un géné rateur de vapeur 9 et une soufflante 10. La soufflante 11 fait circuler l'hélium du circuit primaire 2 à travers le réacteur 1 et l'échangeur de chaleur 3.Le charbon introduit est, dans le dégazeur 12, traité préalablement avec de la vapeur d'euu à environ 750"C de sorte qu'il s'établit une tempé rature de dégazage d'environ 480"C. La vapeur nécessaire à cet effet est pro duite par une chaudière de récupération 13 qui est chauffée par le produit sortant du gazéificateur 5. Le charbon dégazé est amené au gazéificateur de charbon à vapeur d'eau 5 et la cendre qui en résulte est extraite avec de faibles fractions de coke résiduel. Dans cet exemple, la gazéification se déroule à 795"C et 40 bars. Le produit sortant du dégazeur 12 à environ 4800C est épuré en 14, refroid en 15 et débarassé des goudrons et de l'huile. I1 se mélange alors au produit qui sort du gazéificateur 5 et qui est dépoussiéré en 16 et refroidi en 13 et 17. Le produit sortant du four de dissociation de méthane 7 est introduit entre 13 et 17 et également refroidi en 17. La chaleur dissipée dans les refroidisseurs du gaz 15 et 17 est utilisée pour le préchauffage de l'eau d'alimentation et la production de vapeur basse pression pour les tours de lavage. L'ensemble du produit est, dans une tour de lavage 18, débarassé du bioxyde de carbone et de l'acide sulfhydrique et, dans une installation de dissociation de gaz à très basse température 19 débarassé du méthane qui pour finir est mélangé en 21 par la soufflante 20 avec addition de vapeur d'eau et de bioxyde de carbone, puis introduit dans le four de dissociation de méthane 7.La température d'entrée du gaz dans le four de dissociation de méthane est par exemple de 5000C et la température finale de dissociation de 720"C, la pression étant de 40bars. Le préchauffage nécessaire ici des gaz entrants est, dans le four de dissociation tubulaire, assuré par le produit sortant. Le bioxyde de carbone séparé dans la tour de lavage 18 est, par la soufflante 22, envoyé d'une part au mélangeur 21, et d'autre part au mélangeur 23 à partir duquel il est mélangé à la vapeur d'eau, surchauffé en 8 et 6, et s'écoule dans le gazéificateur 5. La vapeur haute pression produite dans le générateur de vapeur 9 est de façon connue, détendue tout d'abord dans une turbine, utilisée pour le production de courant dans le générateur 25 et une partie de cette vapeur est encore détendue et envoyée à un condenseur 26, tandis qu'une autre partie est, sous forme de vapeur de processus, envoyée aux mélangeurs 21 et 23. Dans le mélangeur 21, on établit avantageusement un rapport constant de deux parties de bioxyde de carbone et de deux parties de vapeur d'eau pour une partie de méthane. Dans le mélangeur 23 on introduit en outre la quantité de bioxyde de carbone nécessaire pour que le rapport hydrogèneoxyde de carbone mesuré à la sortie du produit dans l'appareil de mesure 27 soit maintenu dans les limites voulues. Le bioxyde de carbone excédentaire séparé dans la tour de lavage 18 et non utilisé à cet effet, est renvoyé à l'atmosphère comme indiqué par la flèche correspondante placée devant la soufflante 22. Les températures, indiquées à titre d'exemple, du gazéificateur et du four de dissociation de méthane sont basées sur une utilisation complète de la chaleur de l'hélium pour le processus de gazéification. I1 est toutefois également possible de gazéifier et de dissocier à des températures plus élevées moyennant une plus faible production de gaz et une plus grande production de courant. REVENDICATIONS 1. Installation pour la production de gaz de synthèse au moyen de chaleur nucléaire et à la sortie de laquelle une grande partie du bioxyde de carbone est séparée du gaz produit, caractérisée par le fait que le bioxyde de carbone séparé.est,dans l'installation,transformé en oxyde de carbone par apport de chaleur et addition de carbone. 2. Installation selon la revendication 1, comportant un four de dissociation de méthane dans lequel le méthane est, avec de la vapeur d'eau, dissocié en hydrogène, en oxyde de carbone et en oxyde de carbone, caractérisée par le fait que le bioxyde de carbone séparé est, avec du méthane et de la vapeur d'eau, introduit dans le four de dissociation de méthane. 3. Installation selon la revendication 1, comportant un gazéificateur de charbon à vapeur d'eau, caractérisée par le fait que le bioxyde de carbone séparé est, avec de la vapeur d'eau, introduit dans le gazéificateur de charbon à vapeur d'eau. 4. Installation selon la revendication 2 ou 3, caractérisée par le fait que la proportion du bioxyde de carbone introduit est réglée par le rapport hydrogène-oxyde de carbone dans le gaz produit.