Brevet FR2433040A1 — publié le 19800307

L'invention concerne les procédés destructifs de traitement des matériaux solides contenant des charbons ou, plus exactement, le traitement thermique des houilles brunes pulvérulentes. Il est plus avantageux d'utiliser la présente invention dans la production d'énergie et dans l'industrie chimique, dans la production combinée, tant des combustibles artificiels liquides et des combustibles solides à pouvoir calorifique élevé, que d'autres produits gazeux et liquides transformés ensuite en matières premières techniques et chimiques. On connaît les procédés de pyrolyse, c'est-à-dire de traitement thermique des combustibles solides pulvérulents donnant en fin de traitement aussi bien des produits utiles, dont des produits liquides et solides, que des produits de basse qualité tels que résines lourdes et eau pyrogénique. Bien que l'on sache que le pouvoir calorifique de la résine lourde, étant de tordre de 8400 kcal/kg, est plus élevé que celui du produit solide obtenu qui est de 6400-6700 kcal/kg, son utilisation présente bien des difficultés s'expliquant par son état physique de masse plastique visqueuse, trop visqueuse pour son transport par conduites et trop peu solide pour être chargée et transportée aux consommateurs par les moyens de transport. Donc,si l'on veut utiliser les résines lourdes en tant que combustible liquide pour les chaudières,il faut les liquéfier par chauffage,ce qui entrain naturellement des investissements et des dépenses d'exploitation supplémentaires.Et même,en ce cas,la question de transport de la résine lourde au consommateur reste un problème difficile à résoudre. Ainsi, un produit avec un pouvoir calorifique de 8400 kcal/kg résultant du traitement thermique du combustible n'est pratiquement pas utilisé comme combustible à brûler. On sait aussi que l'eau pyrogénique contient environ 4,5 % de phénols dissous, qui sont des produits utiles. Mais > pour séparer ces phénols de l'eau pyrogénique, il faut avoir recours à des opérations compliquées imposant aussi de gros investissements et de grandes dépenses d'exploitation. I1 faut, en outre, épurer cette eau pyrogénique, après extraction des phénols et avant son rejet comme effluent. Ainsi, la diminution des ressources mondiales énergétiques et la nécessité croissante de traiter les combustibles de basse qualité ont posé le problème de l'utilisation des résines lourdes et de l'eau pyrogénique, avec de plus en plus d'acuité, étant donné que ces produits sont des sous-produits de basse qualité du traitement thermique des combustibles. On connaît un procédé de traitement thermique de la houille brune pulvérulente (voir le certificat d'auteur de l'Union des républiques socialistes soviétiques nO 335267) comprenant un premier chauffage pendant une seconde au maximum, à une température de 200-5O00C,par un gaz caloporteur puis une séparation de ce gaz, un deuxième chauffage par gaz caloporteur pendant une seconde au maximum, à une température de 500-8000C, température d'intense décomposition thermique accompagnée de la formation d'une suspension vapeur-gaz contenant des particules solides et une partie composée de vapeur et de gaz, une condensation de la partie vapeur-gaz, aux fins d'obtention de gaz, de produits utiles liquides et de séparation de sousproduits de basse qualité représentés par la résine lourde et l'eau pyrogénique. En utilisant ce procédé, on obtient, en même temps que des produits de valeur, des produits de basse qualité tels que résines lourdes et eau pyrogénique dont le problème d'utilisation n'est pas CuG .. résolu. On s'est posé le problème de mettre au point un procédé de traitement thermique de la houille brune pulvérulente qui, à dépenses d'énergie égales en comparaison avec celles du procédé connu, permette d'obtenir un produit solide à pouvoir calorifique supérieur à celui obtenu par le procédé connu. Le problème posé est résolu par le fait que, dans le procédé de traitement thermique de la houille brune comportant un premier chauffage par gaz caloporteur, amenant en moins d'une seconde la houille brune à la température de 200-50d0c, et séparation de gaz caloporteur dudit combustible, un second chauffage du combustible par gaz caloporteur en moins d'une seconde à 500-8000C, température de son intense décompositiol thermique suivie de la formation de suspension vapeur-gaz, contenant une partie solide et une partie vapeur-gaz, la condensation de cette partie vapeur-gaz aux fins d'obtention de gaz, de produits utiles et de séparation des produits de basse qualité sous forme de résine lourde et d'eau pyrogénique, suivant l'invention, on injecte, dans le flux de gaz caloporteur contenant de l'oxygène de l'air, au cours du second chauffage, les produits pulvérisés de basse qualité résultant du traitement thermique de la houille brune pulvérulente. I1 est avantageux d'injecter la résine lourde dans le flux de gaz caloporteur, ce gaz caloporteur devant contenir de l'oxygène en quantité suffisante pour assurer la pyrolyse de la résine lourde dans la limite des températures prédéterminées. A la suite de la pyrolyse de la résine lourde, des composants volatils apparaissent et brûlent, élevant la température du gaz caloporteur. En plus, il se forme une partie solide qui est un combustible à pouvoir calorifique élevé. I1 est avantageux d'injecter l'eau pyrogénique dans le flux de gaz caloporteur, mais,au fur et à mesure de l'arrivée du caloporteur, il faut d'abord injecter l'eau pyrogénique et ensuite la résine lourde. Ceci permet d'éviter l'épuration de l'eau pyrogénique avant son rejet comme effluent. En plus, cela permet de traiter d'une manière utile les composés organiques dissous dans l'eau pyrogénique. D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples préférés de réalisation de l'installation de traitementthermique de la houille brune, et en se référant au dessin annexé dont la figure unique est une vue schématique en élévation latérale d'un dispositif de mise en oeuvre. Pour la mise en oeuvre du procédé de traitement thermique de la houille brune pulvérulente, on utilise une installation comprenant: une chambre 1 de premier chauffage de la houille brune. L'installation comporte, pour chargement de la houille à traiter, une trémie 2 communiquant par un alimentateur à tourniquet 3 avec cette chambre I. La chambre L comporte une tubulure 4 débouchant tangentiellement à celle-ci pour alimenter un gaz caloporteur (ne figurant pas sur le dessin) tandis que,pour l'évacuation du gaz caloporteur d'échappement,il y a dans la chambre un tube 5 qui lui est coaxial -et qui mène à un cyclone (ne figurant pas sur le dessin). La chambre r communique:à l'aide de l'alimentateut 6 avec la chambre 7, montée en série et servant au deuxième chauffage de la houille brune. Un dispositif d'injection 8 est raccordé à la chambre de deuxième chauffage 7 de la houille brune. Le gaz caloporteur dans le flux duquel on injecte les produits de basse qualité, est amené à l'intérieur de la chambre par ce dispositif. Le dispositif 8 se présente sous forme d'une conduite 9 raccordée tangentiellement à la chambre 7 de deuxième chauffage.La conduite 9 a une chambre 10, destinée au brûlage de la houille brune et à la formation-du gaz de fumées une chambre Il avec des buses 12 pour l'injection de l'eau pyrogénique et une chambre 13 avec des buses 14 pour l'injection des résines lourdes dans cette chambre. Dans la chambre 10, on a placé un brûleur 15 destiné au brûlage du combustible mélangé à l'oxygène de l'air. La chambre de deuxième chauffage 7 est dotée d'un tube 16, qui lui est coaxial et qui est relié par un conduit à un cyclone (ne figurant pas sur le dessin), servant à évacuer le mélange vapeur-gaz obtenu à la suite de la décomposition thermique de houille brune. En plus, cette chambre 7 de deuxième chauffage est dotée d'un doseur à tourniquet 17 servant à évacuer le produit solide. La mise en oeuvre du procédé de traitement thermique des combustibles solides pulvérulents se fait de la manière suivante. Le lignite, réduit en particules de moins de 1 mm de diamètre et préalablement réchauffé à llO"C pour dessiccation arrive, par l'intermédiaire de l'alimentateur 3 de la trémie 2, à la chambre de premier chauffage 1. En même temps on injecte dans cette chambre 1, par la tubulure 4,un caloporteur se présentant sous forme de gaz de fumée ne contenant pas d'oxygène libre et chauffé à la température d'au moins de 500oC. Le caloporteur arrivant tangentiellement dans la chambre 1 de premier chauffage, entraîne les particules de lignite pulvérulent. Sous l'action de la force centrifuge et sous celle du propre poids des particules de lignite, celles-ci sont rejetées vers la paroi de la chambre 1 et descendent dans un flux tourbillonnaire. A la suite de l'échange de chaleur entre le caloporteur et le lignite pulvérulent, ce dernier est porté à une température de 200 à 5000C. Le gaz caloporteur, refroidi a environ 3500C échappe par le tube 5 vers le cyclone (ne figurant par sur le dessin), Dans le cyclone,les les particules de combustible pulvérulent, entraî- nées par le caloporteur,se séparent de celui-ci de façon bien connue. L'alimentateur 6 fait passer le lignite traité de la chambre 1 de premier chauffage dans la chambre 7 de deuxième chauffage. En même temps on introduit avec le lignite traité, le gaz caloporteur dans la chambre 7 de deuxième chauffage, 9 l'aide du dispositif 8. Suivant l'invention, on introduit les produits de basse qualité dans le gaz caloporteur sous forme de gaz de fumée obtenu par brûlage de combustible, par exemple de gaz. On fait cette opération de la façon suivante. Le gaz combustible, ou tout autre matière combustible, mélangé à l'oxygène de l'air-est amené à la buse 15. Dans la chambre 10, la combustion de plus de 50 % du gaz combustible est effectuée et il se forme un caloporteur gazeux contenant de l'oxygène de l'air. A ce moment, puisque, dans la chambre 10 de formation de caloporteur, sont brûlés près de 50% de matière combustible; la température y atteint 12000C. I1 faut noter que la régulation du processus de combustion et de la température dans la chambre 10 de formation de caloporteur se fait par les moyens ordinaires bien connus pour tout spécialiste en la matière. De la chambre 10 de formation de calo porteur,celui-ci passe dans la chambre 11 de traitement d'eau pyrogénique. En même temps, on injecte par les buses 12 l'eau pyrogénique dans le flux de gaz caloporteur. Dans la chambre 11 de traitement d'eau pyrogénique, a lieu une évaporation d'eau et une pyrolyse des matières organiques qui y sont dissous, e n particulier des résines de phénol. Pendant cette pyrolyse,une partie des matières en est brûlée une partie est transformée en fraction solide sous forme de coke, tandis qu'une autre partie est déposée sous forme d'hydrocarbures sur les particules pulvérulentes du coke obtenu. A la suite du traitement de l'eau pyrogénique,la température du gaz caloporteur tombe jusqu' & environ 10000C. Ce gaz caloporteur à 1000 C passe dans la chambre 13 de traitement de résines lourdes.On fait arriver sans interruption dans la chambre 13, par les buses 14, les résines lourdes pulvérulentes liquéfiées par chauffage. A cause de la température élevée qui y règne et du milieu oxydant (le flux de gaz caloporteur contient de l'oxygène) dans la chambre 13, une pyrolyse de la résine lourde est produite et, en même temps, une conversion partielle des composés organiques liquides, et la combustion du gaz continue. En résultat de la combustion partielle des matières combustibles dégagées au cours de la décomposition des résines lourdes, la température du caloporteur décroît jusqu' 15000C. Le gaz caloporteur mélangé aux particules solides obtenues, par suite du traitement thermique de l'eau pyrogénique et des résines lourdes, passe dans la chambre 7 de deuxième chauffage.Arrivé dans cette chambre 7 de deuxième chauffage,l'oxygène du gaz calop.lrteur finit de brûler et est mélangé avec le lignite traité arrivant par l'alimentateur 6. Les particules de lignite entraînées par le tourbillon de gaz passent du centre au pourtour de la chambre 7, à travers le caloporteur gazeux chaud. Le caloporteur rendant sa chaleur au combustible traité le réchauffe jusqu'a une température de 500-800"C. I1 se passe alors une intense décomposition thermique de la houille brune avec formation d'une suspension vapeur-gaz contenant un produit solide (coke) sous forme de particules pulvérulentes et un mélange de vapeur et gaz. Le produit solide obtenu sort de la chambre 7 de deuxième chauffage de la houille brune par le doseur 17 de type tourniquet. En même temps, le mélange vapeur-gaz obtenu est évacué à l'aide du tube 16 dans le cyclone (ne figurant pas sur le dessin) où il abandonne les particules solides.Le mélange vapeur-gaz, épuré par les moyens habituels dans cette technique, est envoyé à la condensation pour avoir des produits liquides utiles et pour séparer les produits de basse qualité, tels que l'eau pyrogénique et les résines lourdes. Ces résines lourdes et cette eau pyrogénique, obtenues à la suite du traitement thermique, sont envoyées respectivement dans la chambre 11 et la chambre 13 pour leur introduction dans le flux de gaz caloporteur. Exemple Le lignite 9 pouvoir calorifique de 3500 kcal/kg, humidité près de 32-38 %, teneur en cendre 8 %, teneur en soufre 0,5 % est réduit en particules de moins de 1 mm de diamètre. Ce lignite pulvérulent est préalablement réchauffé à 1100C pour dessiccation. Ainsi préparé, le lignite est envoyé dans la chambre 1 de premier chauffage où il est chauffé dans un tourbillon de gaz caloporteur se présentant sous forme de gaz de fumée porté à une température supérieure à 500"C. En une fraction de seconde,0,3 environ, le combustible est porté à 200-5000C, c'est-à-dire à sa température de début de décomposition thermique. A cette vitesse de chauffe,le lignite ne change pratiquement pas de composition, car d'une tonne de combustible traité ne se dégagent seulement que 20 kg de sa masse. Ces 20 kg se composent d'eau pyrogénique, de gaz et de combustible entraîné. On sépare du lignite chauffé, le gaz caloporteur d'échappement qui conserve une température de 3500C. Ce lignite, porté à la température de début de sa décomposition thermique, est envoyé dans la chambre 7 de deuxième chauffage pour être de nouveau chauffé par un caloporteur ayant une température ue 10000C environ. En 0,3 seconde, le lignite est porté à une température de 500-800 C. Suivant l'invention, on injecte 50 kg d'eau pyrogénique par tonne de combustible traité dans le flux de gaz caloporteur contenant pour 10 kg de gaz combustible 100 kg d'air. En même temps que le gaz caloporteur brûle, il se passe une évaporation de l'eau, dégagement et combustion des matières organiques dissoutes dans l'eau. De cette façon, bien qu'il faille en général dépenser 600 kcal/kg pour évaporer l'eau, il ne faut alors, grâce à la combustion des phénols dissous dans l'eau, que 150-200 kcal/kg. En plus de cela > lors de la décomposition thermique des phénols, il se forme un résidu solide se présentant sous forme de particules solides. On injecte 75 kg de résines lourdes pulvérisées dans le flux de gaz caloporteur se trouvant dans la chambre 13 de traitement des résines lourdes, à l'aide des buses 14. il se passe alors, à cause de la haute température et du milieu oxydant (oxygène de l'air dans le flux de gaz caloporteur), une pyrolyse de la résine lourde, une conversion partielle des composés organiques liquides et une combustion du gaz caloporteur.Par suite de la décomposition thermique de la résine lourde, il se forme une partie solide en particules de coke, tandis que les composés combustibles dégagés brûlent partiellement,ce ce qui élève la température du gaz caloporteur jusqu'à 12000C environ. De cette façon, le caloporteur, contenant des produits issus du traitement des produits de basse qualité résultants du traitement thermique du combustible, est envoyé dans la chambre 7 de deuxième chauffage. Dans cette chambre 7 de deuxième chauffage,le combustible traité est réchauffé par le gaz caloporteur jusqu'à 500-8000C, température à laquelle le combustible se décompose avec formation de suspension vapeur-gaz contenant un produit solide, formé de particules pulvérulentes, et un mélange de vapeur et de gaz. Une partie de ce mélange de vapeur et de gaz est envoyée à ltépuration et à la condensation pour obtention de gaz, de produits utiles liquides et séparation de ces produits de ceux de basse qualité se présentant sous forme de résines lourdes et d'eau pyrogénique. Ces produits de basse qualité sont envoyés dans les chambres 11 et 13 pour être traités. En même temps, le produit solide est déchargé par le doseur 17 de la chambre 7 de deuxième chauffage du combustible. Il a été établi qu'à la mise en oeuvre du nouveau procédé, et plus exactement au cours de la pyrolyse des résines lourdes et de l'eau pyrogénique, on obtient de 60 à 80 X de produitssolidez c'est-a-dire de 50 à 75 kg de résines lourdes, ayant un pouvoir calorifique de 8200 à 8400 kcallkg et se déposant sur les produits solides résultant du traitement thermique de la houille brune pulvérulente. De cette façon,le produit obtenu contient un produit solide, issu du traitement thermique du combustible,et un produit solide, issu de la pyrolyse des résines lourdes.Donc, puisque le premier nommé de ces produits a un pouvoir calorifique de 64006700 kcallkg tandis que le second a un pouvoir calorifique de 82008400 kcal/kg, le pouvoir calorifique résultant sera de 6930 kcal/kg. C'est 230 kcallkg de plus que le pouvoir calorifique de 6400-6700 kcal/kg du produit solide obtenu par les procédés connus. En même temps, la quantité de la partie solide obtenue a augmenté de 18 %. En plus, il faut tenir compte du fait que l'obtention du produit solide, à pouvoir calorifique plus élevé, se produit sans augmentation de dépenses énergétiques, c'est-à-dire grâce a la combustion des composés combustibles introduits dans les produits de basse qualité. Dans l'exemple cités on a utilisé du lignite comme combustible à traiter. Mais,il est évident, pour tout spécialiste en la matière, que tout autre combustible peut être traité de la sorte. I1 est a noter que, suivant l'invention et dans les conditions connues, les paramètres de température et de temps sont maintenus par des procédés courants, aussi bien pour le traitement du combustible traité que pour le traitement des produits de basse qualité. RE VE D iC A TI ONS 1. Procédé de traitement thermique, notamment de la houille brune pulvérulente, comprenant un premier chauffage de la houille brune par un gaz caloporteur, en moins dtune seconde, jusqu'à une température de 200-5000C, suivi d'une séparation de la houille brune et du caloporteur, un deuxième chauffage par un gaz caloporteur, en moins d'une seconde, jusqu'à 500-8000C, température de son intense décomposition thermique avec formation d'une suspension de vapeur-gaz, contenant une partie solide et une partie comportant vapeur et gaz, condensation de la partie vapeur-gaz aux fins d'obtention de gaz, de produits liquides utiles et de leur séparation des produits de basse qualité se présentant sous forme de résine lourde et d'eau pyrogénique, ce procédé étant caractérisé en ce que, durant le deuxième chauffage, on introduit dans le flux de gaz caloporteur, contenant de l'oxygène de l'air, les produits de basse qualité pulvérisés résultant de traitement thermique de la houille brune pulvérulente. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on introduit des résines lourdes dans le flux de gaz caloporteur, pour leur pyrolyse. 3. Procédé suivant les revendications l et 2, caractérisé en ce que l'on introduit l'eau pyrogénique dans le gaz caloporteur,et en ce que5 au fur et à mesure de l'arrivée du caloporteur, on introduit d'abord I'eau pyrogénique puis les résines lourdes.