Brevet FR2458581A1 — publié le 19810102

La présente invention concerne la gazéification des combustibles solides en lits fluidisés. Il est déjà connu d'utiliser des lits fluidisés pour la ga zéification de combustibles solides comme cela est décrit par exemple dans les brevets français nO I 092 540 et nO 1 103 538 et plus particulièrement de gazéifier des combustibles en lit fluidisé profond comme cela est décrit dans le brevet français nO 2 261 051. La gazéification des combustibles solides carbonés peut etre décomposée en deux phases : une première phase où les combustibles sont soumis à une pyrolyse avec dégagement des composés volatils et formation de coke ; une seconde phase où le coke est brûlé en présence d'oxygène et de vapeur d'eau pour produire un gaz combustible. Les produits volatils qui se dégagent au cours de la première phase peuvent être brûlés ou traités pour récupérer les produits chimiques qu'ils contiennent (goudrons, etc..). Dans les installations connues, notamment l'installation du brevet 2 261 051, les produits volatils se dégagent au sein du lit fluidisé où règne une température élevée et sont décomposés de sorte qu'il n'est pas possible de récupérer les produits chimiques intéressants. Par ailleurs, les gaz produits ont une température très élevée, au détriment de leur pouvoir calorifique. Pour remédier à ce dernier inconvénient, on a proposé dans ce dernier brevet d'utiliser les gaz produits dans le réacteur pour préchauffer le combustible ou l'air de fluidisation ou de réaction, mais ces solutions ne permettent de réaliser que des gains thermiques réduits. Le. but de la présente invention est d'apporter aux procédés et aux installations connus de la technique antérieure des perfectionnements permettant de rendre le traitement méthodique, et par conséquent d'abaisser la température des gaz produits et éventuellement de récupérer les produits chimiques intéressants. Pour ce faire, la présente invention propose un procédé de gazéification de combustibles solides carbonés dans un réacteur à lit fluidisé dans lequel les matières combustibles sont soumises à une pyrolyse, préalablement à leur entrée dans le réacteur, par mise en contact avec au moins une fraction des gaz chauds produits dans le réacteur, les composés volatils qui se dégagent au cours de la pyrolyse se mélangeant à ladite fraction des gaz produits dans le réacteur et étant évacués avec elle. Ce procédé est plus particulièrement utilisable dans le cadre du procédé de gazéification dans un réacteur à lit fluidisé profond du type décrit dans le brevet nO 2 261 051. Ce procédé consiste à répartir les matières combustibles en deux lits contigus, un lit principal profond et un lit secondaire peu profond, qui communiquent l'un avec l'autre à leur base par un passage noyé et reposent sur un support incliné vers le haut, au moins sous une partie du lit secondaire, à maintenir ces deux lits en fluidisation et en équilibre hydrostatique l'un avec ltautre et à déplacer les agglomérats qui se déposent au fond du lit principal de manière à les faire passer dans le lit secondaire et à les évacuer à travers la surface libre de celui-ci vers une sortie étanche au gaz. L'installation pour la mise en oeuvre de ce procédé comporte un réacteur comprenant deux chambres contiguës capables de recevoir, respectivement, sur un support de fluidisation, un lit principal profond et un lit secondaire peu profond et qui communiquent à leur base par un passage noyé, ledit support étant incliné vers le haut au moins sous une partie du lit secondaire ; le réacteur est aménagé pour maintenir les deux lits fluidisés en équilibre hydrostatique et des moyens sont prévus pour évacuer les agglomérats qui se forment dans le lit principal. Le support est avantageusement- constitué par le brln supérieur d'une chdhe sans fin formant grille mobile et dont l'extrémité supérieure est disposée à un niveau plus élevé que celui du lit secondaire. Avantageusement, la pyrolyse sera effectuée dans un four tubulaire rotatif où les matières combustibles et les gaz provenant du réacteur circulent en sens inverse. Lorsqu'une fraction seulement des gaz produits dans le réacteur est utilisée pour la pyrolyse, l'autre fraction peut être utilisée pour réchauffer l'air insufflé dans le lit fluidisé et/ou pour produire de la vapeur injectée dans le lit fluidise. Si le débit total des gaz produits dans le réacteur est utilisé pour la pyrolyse, ces gaz peuvent ensuite être utilisés pour réchauffer l'air insufflé dans le lit fluidisé et/ou pour produire de la vapeur injectée dans le lit fluidisé. La présente invention concerne également les installations destinées à la mise en oeuvre du procédé décrit précédemment. I1 s'agit d'une installation pour la gazéification de combustibles solides carbonés, caractérisée en ce qu'elle comporte, en combinaison, un réacteur à lit fluidisé comprenant au moins une chambre capable de recevoir un lit fluidisé, le fond de ladite chambre étant constitué par un support mobile et ledit réacteur étant équipé de moyens pour assurer la fluidisation du lit, et un four tubulaire rotatif qui comporte à l'une de ses extrémités une entrée pour les matières combustibles à traiter et dont l'autre extrémité est reliée audit réacteur de telle sorte que les matières combustibles sortant du four tombent dans la chambre où se forme le lit fluidisé et qu'une fraction au moins des gaz produits dans le réacteur entre dans le four. Plus particulièrement il s'agit d'une installation pour la gazéification de combustibles solides carbonés, caractérisée en ce qu'elle comporte, en combinaison, un réacteur à lit fluidisé comprenant deux chambres contigus capables de recevoir respectivement un lit principal profond et un lit secondaire peu profond et qui communiquent à leur base par un passage noyé, le fond desdites chambres etant constitué par un support mobile, incliné vers le haut au moins sur une partie du lit secondaire, et ledit réacteur étant équipé de moyens pour assurer la fluidisation des lits et pour maintenir les deux lits en équilibre hydrostatique, et un four tubulaire rotatif qui comporte à l'une de ses extrémités une entrée pour les matières combustibles à traiter et dont l'autre extrémité est reliée audit réacteur de telle sorte que les matières combustibles sortant du four tombent dans la chambre où se forme le lit fluidisé profond et qu'une fraction au moins des gaz produits dans le réacteur entre dans le four. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit et se réfère aux dessins l'accompagnant qui montrent, à titre d'exemple non limitatif, deux modes de réalisation de l'invention et sur lesquels La figure 1 est le schéma d'un mode de réalisation d'une installation conformément à l'invention La figure 2 est une vue en coupe du réacteur à lit fluidisé utilisé dans l'installation de la figure 1 ; et La figure 3 illustre une variante de l'installation de la figure 1. L'installation représentée sur la figure 1 est constituée essentiellement par un four tubulaire rotatif 10, un réacteur à lit fluidisé 12, un échangeur de chaleur 14 et une chaudière 16. Le four 10 est de construction classique et est constitué par un tube de grand diamètre légèrement incliné sur l'horizontale et supporté par des paliers ou des galets permettant sa rotation autour de son axe. Le réacteur 12 est représenté sur la figure 2. I1 est du type décrit dans le brevet français nO 2 261 051. il est constitué par une enceinte 18 divisée par une cloison 20 en deux chambres contiguës, à savoir : une chambre principale 22 de grande hauteur et une chambre basse 24, qui communiquent l'une avec l'autre par un passage 25 ménagé entre le bord inférieur de la cloison et le brin supérieur 26 d'une chaîne sans fin qui constitue le fond des deux chambres et forme une grille mobile à mouvement ascendant. Un équipement 28, de type connu, est destiné à insuffler un gaz sous la grille mobile. une gaine verticale 30 reliée à la chambre 24 et plongeant dans une fosse remplie d'eau 32 permet l'évacuation des mâchefers qui se forment dans le lit fluidisé et sont extraits par la grille 26, la chambre 24 étant isolée de l'atmosphère par le joint hydraulique ainsi formé. L'extrémité supérieure de l'enceinte 18 est raccordée au capot 36 du four 10 ; un plan incliné permet aux matières sortant du four de descendre par gravité dans la chambre 22. Le combustible à gazéifier, qui peut être du charbon ou une autre matière carbonée, est introduit en A dans le four 10. Sous l'action de la gravité et éventuellement de moyens de transport placés dans le four, le combustible se déplace de l'extrémité supérieure à l'extrémité inférieure du four. Pendant son séjour dans le four le combustible est chauffé progressivement par les gaz chauds sortant du réacteur 12. Le chauffage du combustible dans le four provoque la distillation des composés volatils qui sont entraînés par les gaz. Le combustible sortant du four rotatif est introduit dans le réacteur où il forme deux lits fluidisés, un lit profond dans la chambre 22 et un lit peu profond dans la chambre 24, sous l'action du gaz insufflé sous la grille 26. Ces deux lits sont en équilibre hydrostatique, la pression dans la chambre 24 étant supérieure à la pression dans la chambre 22, au-dessus du lit fluidisé. Le gaz insuflé sous la grille 26 est de l'air chargé de vapeur d'eau ; il sert à maintenir le combustible à l'état fluidisé et participe à la réaction de gazéification. Au préalable l'air a été chauffé dans l'échangeur 14 par les gaz sortant du four 10 ; ceux-ci sont ensuite utilisés comme fluide chauffant dans la chaudière 16 pour produire la vapeur qui est mélangée à l'air chaud. Les gaz produits dans le réacteur 12 sont admis directement dans le four 10. Les agglomérats (machefers) qui se forment en cours de marche de l'installation se déposent sur la grille mobile 26 et sont déplacés par celle-ci de la chambre 22 à la chambre 24, à travers le passage noyé 25, sortent à travers la face supérieure du lit peu profond et sont déversés dans la fosse 32. Les gaz sortant du four 10 peuvent être traités, pour séparer les produits chimiques récupérables, avant d'être envoyés dans l'échangeur 14. A titre d'exemple, on peut donner les valeurs de température suivantes pour la gazéification du charbon - température du charbon à l'entrée du four : 20 OC - température du charbon à la sortie du four : 900 OC - température des gaz sortant du four : 900 0C - température des gaz sortant du réacteur : 1 270 OC - température des gaz à la sortie de la chaudière : 600 0C - température de l'air chargé de vapeur d'eau injecté dans le réacteur : 270 OC - Pourcentage de vapeur dans l'air injecté dans le réacteur : 20 % (en volume) Lorsque la récupération de certains produits, notamment des goudrons, impose une température plus basse pour les gaz sortant du four, on peut adopter le schéma de la figure 3. Dans ce cas, une fraction seulement des gaz produits dans le réacteur 12' est envoyée dans le four 10', l'autre fraction servant à chauffer la chaudière 16' et à réchauffer l'air dans l'échangeur 14'. En reprenant l'exemple ci-dessus, on aura alors une température des gaz sortant du four de l'ordre de 6000C. Il est bien entendu que toutes les modifications faisant appel à des moyens techniquement équivalents à ceux décrits entrent dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de gazéification de combustibles solides carbonés au sein d'un réacteur à lit fluidisé dans lequel les matières com bustibles sont soumises à une pyrolyse, préalablement à leur entrée dans le réacteur, par mise en contact avec au moins une fraction des gaz chauds produits dans le réacteur, les composés volatils qui se dégagent au cours de la pyrolyse se mélangeant à ladite fraction des gaz produits dans le réacteur et étant évacués avec elle. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réac teur à lit fluidisé est un réacteur à lit fluidisé profond, avec évacuation des agglomérats formés à travers un lit fluidisé peu profond en équilibre hydrostatique avec le lit profond. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la pyrolyse est effectuée dans un four tubulaire rotatif ou les matières combustibles et les gaz provenant du réacteur circulent en sens inverse. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une fraction seulement des gaz produits dans le réacteur est utilisée pour la pyrolyse, l'autre fraction étant utilisée pour réchauffer l'air insufflé dans le lit fluidisé et/ou pour pro duire de la vapeur injectée dans le lit fluidise. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le débit total des gaz produits dans le réacteur est d'abord utilisé pour la pyrolyse puis pour réchauffer l'air insufflé dans le lit fluidisé et/ou pour produire de la vapeur injectée dans le lit fluidisé. 6. Installation pour la gazéification de combustibles solides car bonés, caractérisée en ce qu'elle comporte1 en combinaison, un réacteur à lit fluidisé comprenant au moins une chambre capable de recevoir un lit fluidisé, le fond de ladite chambre étant constitué par un support mobile et ledit réacteur étant équipé de moyens pour assurer la fluidisation du lit, et un four tubu laire rotatif qui comporte à l'une de ses extrémités une entrée pour les matières combustibles à traiter et dont l'autre extré mité est reliée audit réacteur de telle sorte que les matières combustibles sortant du four tombent dans la chambre où se forme le lit fluidisé et qu'une fraction au moins des gaz produits dans le réacteur entre dans le four. 7. Installation selon la revendication 6 pour la gazéification de combustibles solides carbonés, caractérisée en ce qu'elle compor te, en combinaison, un réacteur à lit fluidisé comprenant deux chambres contiguës capables de recevoir, respectivement, un lit principal profond et un lit secondaire peu profond et qui com muniquent à leur base par un passage noyé, le fond desdites cham bres étant constitué par un support mobile, incliné vers le haut au moins sur une partie du lit secondaire, et ledit réacteur étant équipé de moyens pour assurer la fluidisation des lits et pour maintenir les deux lits en équilibre hydrostatique et un four tubulaire rotatif qui comporte à l'une de ses extrémités une entrée pour les matières combustibles à traiter et dont l'au tre extrémité est reliée audit réacteur de telle sorte que les matières combustibles sortant du four tombent dans la chambre où se forme le lit fluidisé profond et qu'une fraction au moins des gaz produits dans le réacteur entre dans le four. 8. Installation selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un échangeur de chaleur où l'air utilisé dans le réacteur est chauffé au moyen des gaz sortant du four ou du réacteur. 9. Installation selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une chaudière chauffée par les gaz sortant du four ou du réacteur, la vapeur produite par cette chaudière étant injectée dans le réacteur.