Brevet FR2434195A1 — publié le 19800321

L'invention concerne les procédés destructifs de traitement de matériaux solides carbonifères et, plus exactement, les procédés et les installations pour le traitement thermique de la houille brune pulvérulente. I1 est plus avantageux d'appliquer l'invention dans la production d'énergie et dans l'industrie chimique pour la production com plexé des combustibles solides et liquides artificiels à pouvoir calorifique élevé, aussi bien que d'autres produits gazeux et liquides transformés ensuite en matières premières techniques et chimiques. Actuellement, L'épuisement des ressources énergétiques mondiales nécessite d'utiliser en plus grand volume les combustibles solides de basse qualité. L'utilisation la plus efficace des combustibles de basse qualité est obtenue par leur transformation thermique en produits solides et liquides à pouvoir calorifique élevé. Le traitement des combustibles de basse qualité nécessite des investissements, des dépenses énergétiques et des frais d'exploitation, qui sont à présent relativement élevés. I1 en découle un problème aigu d'augmentation de la quantité de produits de qualité obtenus à la suite du traitement thermique des combustibles solides, sans augmentation des frais mentionnés ci-dessus.Autrefois, à cet effet, au lieu des procédés basés sur le chauffage lent des combustibles pulvérulents traités, on a mis au point les procédés de traitement thermique des combustibles solides par leur chauffage pendant une seconde au moins jusqu'S la température de leur décomposition thermique intense. Ces procédés de chauffage rapide du combustible assurentunrendement élevé, tant en produits solides qu'en produits liquides. Toutefois, les procédés mentionnés sont caractérisés par les inconvénients résidant en surchauffe des particules fines de combustible pyrolysé. I1 est bien connu que la surchauffe des particules de combustible entraine la diminution du rendement en produits utiles sous forme de vapeur-gaz. La surchauffe des particules est provoquée par une grande différence entre la température du gaz caloporteur et celle du combustible traité. En plus, il y a une consommation-élevée du gaz caloporteur pour le réchauffage et une pyrolyse de combustible solide et l'abaissement du rendement du procédé du fait de la perte de chaleur physique du mélange vapeur-gaz sortant de la chambre de pyrolyse. fln eonnatt une installation et un procédé du traitement thermique de la houille brune pulvérulente (voir le brevet de l'Union des républiques socialistes soviétiques n" 372244). Ce procédé comporte les opérations suivantes : premier chauffage de la houille brune par un gaz caloporteur, en moins d'une seconde à une température de 500 à 8000C, la température de la décomposition thermique du combustible, accompagnée de la formation d'une suspension vapeur-gaz contenant des particules solides et du mélange vapeur-gaz, épuration et condensation du mélange vapeur-gaz aux fins de production de gaz et de produits liquides, deuxième chauffage du combustible traité, étant sous forme de la partie solide, par le gaz caloporteur à une température de 600-9000C, la température de décomposition thermique complète de la houille, accompagnée de la formation du mélange vapeur-gaz et de produits solides pulvérulents, l'amenée du mélange vapeurgaz de la deuxième étape du chauffage de nouveau à la première étape du chauffage de la houille traitée pour que l'on puisse utiliser le gaz caloporteur déjà employé pour le deuxième chauffage et assurer un chauffage des particules de combustible sans surchauffe. Avant que la houille traitée soit envoyée dans la chambre du premier chauffage elle est préchauffée par le gaz caloporteur à la température de 200 à 3000 C. L'installation mentionnée pour la mise en oeuvre du procédé de traitement thermique de la houille brune pulvérulente comporte une chambre du premier chauffage de combustible munie d1un dispositif y amenant la houille, un dispositif pour amener le gaz caloporteur et un dispositif destiné à évacuer de la chambre le mélange vapeur-gaz se produisant à 1-a suite de la décomposition thermique de la houille, une chambre de deuxième chauffage montée en série avec la première pour chauffer la houille à la- température de sa décomposition thermique totale, munie d'un dispositif pour y introduire le gaz caloporteur et se reliant à -la première par. une conduite pour y amener le mélange gaz-vapeur. En plub l'installation est munie d'une chambre destinée à préchauffer le combustible-a la température de 200 à 3000C. Cette chambre est montée en amont et en série avec la chambre du premier chauffage de la houille. Il y a aussi une chambre destinée à l'évacuation supplémentaire du gaz et montée en série avec la chambre de deuxième chauffage. On a essayé, en utilisant le procédé mentionné et cette installation, d'éviter la surchauffe des particules fines de la houille brune et de réduire la quantité de gaz consommé. Cependant, comme la pratique l'a montré, le résultat voulu ne peut pasêtre atteint parce que le mélange gaz-vapeur, utilisé pour le premier chauffage de combustible et servant de caloporteur gazeux, ne peut pas assurer le chauffage régulier des grosses particules et des particules fines en même temps. Si on assure le chauffage normal des particules fines, les grosses particules ne sont pas chauffées suffisamment et, en conséquence, leur décomposition thermique est incomplète. Il en résulte une réduction du rendement en produits gazeux et liquides.Au contraire, si l'on désire assurer une décomposition totale des particules grosses il faut élever la température de chauffage de toute la masse du combustible dans la première étape. Dans ce cas, la surchauffe des particules subtiles et la consommation élevée du gaz brûlé sont inévitables. En plus, l'augmentation de la portion de gaz caloporteur, dans le mélange vapeur-gaz, abaisse la qualité des produits gazeux obtenus. Le but de la présente invention consiste à mettre au point un procédé et une installation pour traitement thermique de la houille brune pulvérulente, selon lesquels on assure un rendement élevé en produits vaporeux et gazeux de meilleure qualité, la quantité d'énergie consommée étant pratiquement la même que dans le cas des procédés et installations connus Le problème posé est résolu en ce que le procédé, qui consiste a réaliser le premier chauffage de la houille brune par le gaz caloporteur en moins d'une seconde à une température de 500 à 800"C, température de décomposition thermique de la houille brune traitée, avec la formation de particules solides et du mélange vapeur-gaz, à évacuer le mélange vapeur gaz pour l'épuration et la condensation en vue de produire un gaz et des produits liquides, à réaliser le deuxième chauffage de la houille traitée, se présentant comme la partie solide, par le gaz caloporteur à la température de 600 à 900"C, températyre de la décomposition totale de la houille brune traitée suivie de la formation du mélange vapeur-gaz et de produit solide pulvérulent, à envoyer le mélange vapeur-gaz de la deuxième étape du chauffage vers la première étape du chauffage de la houille, comporte selon l'invention l'amenée simultanée d'une partie du produit solide avec le mélange vapeur-gaz envoyé du deuxième chauffage au premier chauffage de la houille, ces mélanges vapeur-gaz et produit solide étant soumis à un chauffage supplémentaire avant l'arrivée au premier chauffage de la houille. Le problème posé est aussi résolu par le fait que, dans l'tnstallation pour la mise en oeuvre de ce procédé de traitement thermique de la houille brune pulvérulente, comprenant une chambre du premier chauffage de la houille brune pourvue d'un dispositif pour l'y amener et un dispositif pour évacuer de là le mélange vapeur-gaz se produisant à la suite de la décomposition thermique de la houille brune, une chambre du deuxième chauffage de la houille brune traitée, montée en série avec la première chambre et ayant un dispositif pour y amener le gaz caloporteur et une conduite de recyclage mettant en communication la chambre de deuxième chauffage avec la chambre de premier chauffage, pour y amener le mélange vapeur-gaz et chauffer la houille brune traitée, selon l'invention ladite conduite de recyclage est munie d'un dispositif destiné à amener du gaz caloporteur et au chauffage supplémentaire du mélange.vapeur-gaz et d'une portion du produit solide, la chambre du deuxième chauffage étant munie d'un dispositif pour en évacuer le produit solide obtenu et pour régler la quantité de ce produit envoyé dans laditechambre du premier chauffage. Les présents procédé et installation, pour le traitement thermique de la houille brune pulvérulente, assurent le chauffage régulier de celle-ci-pendant lequel la surchauffe de ses particules est supprimée. On l'obtient grace à ce que le gaz caloporteur, envoyé de la deuxième étape de chauffage de- combustible à la première étape de chauffage, comporte les particules du produit solide, lesquelles faisant office d'ac tumulateurs de la chaleur transmettent également cette chaleur aux grosses particules et particules fines de la houille brune traitée. A son tour, cela assure la décomposition thermique de toute la masse du produit solide et, par conséquent, un rendement élevé en produit gazeux et liquide. En plus, gracie à ce qu'une portion- du caloporteur gazeux est remplacée par le caloporteur solide et que le mélange vapeur-gaz comprend une plus petite portion du caloporteur gazeux, la qualité des produits gazeux se trouve améliorée. D'autres objets et avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple préféré de réalisation de l'invention en se référant au dessin annexé, dont la figure unique est une vue schématique en élévation d'une installation pour le traitement thermique de la houille brune pulvérulente. La mise en oeuvre du procédé de traitement thermique de la houille brune pulvérulente selon l'invention s'effectue de la manière suivante. La houille brune à traiter est réduite en particules de moins de 1 mm et préchauffée à la température d'environ 1100C pour des siccation.- Préparée de cette manière, la houille brune pulvérulente est envoyée à la première étape de son chauffage. Pendant cette pre mièvre étape de chauffage la houille est chauffée par le caloporteur ne comprenant sensiblement pas d'oxygène libre, à la température de 500 800cl en moins d'une seconde. En résultat, la houille brune se décompose en partie solide pulvérulente et mélange vapeur-gaz. Le mélange vapeur-gaz obtenu est envoyé à l'epuration et condensation, aux fins de production, par les moyens classiques bien connus des spécialistes de ce domaine, de produits gazeux et solides.En même temps, la partie solide pulvérulente est envoyée à la deuxième étape du chauffage de houille brune traitée. Pendant cette deuxième étape du chauffage, la- houille se présentant sous forme de partie solide pulvérulente est chauffée en moins d'une seconde par le caloporteur gazeux ne comprenant pas oxygène libre, à la température de 600 à 900"C. I1 se produit alors une décomposition thermique supplémentaire de la houille traitée, accompagnée de formation du produit solide et du mélange vapeurgaz. Selon l'invention une partie du produit solide pulvérulent, obtenue de cette manière, est mélangée avec le mélange vapeur-gaz et envoyée de la deuxième étap-e du chauffage à la première étape du chauffage de la houille brune. Pour déplacer les particules du produit solide, le caloporteur résultant du mélangeage d'une partie du produit solide avec le mélange vapeur-gaz est chauffé par le gaz caloporteur en .deux étapes.Le caloporteur mélangé est chauffé d'abord à la température de 900 degrés environ, quand il sort de la première étape du chauffage, et, -ensuite, à la température de 1000"C environ quand il arrive -à la première étape du chauffage. Le caloporteur mélangé, étant réchauffé et arrivant àla première étape du chauffage, chauffe la houille à la température de 500 à 8000C. Les particules solides du caloporteur, faisant fonction d'accumulateurs de chaleur, transmettent leur chaleur aux particules fines et grosses de la houille traitée. C'est ainsi qu'on réalise le chauffage regu- lier et optimal de la houille brune traitée, en assurant sa décomposition thermique et, par conséquent, un haut rendement en produits gazeux et liquides.De plus,à cause du chauffage de la houille brune pendant la deuxième- étape à la température d'environ 900 C, qui est plus basse que la température de 16000 C- utilisé dans le procédé connu, la consommation de combustible utilisé pour formation du caloporteur se trouve diminuée. L'installation pour la mise en oeuvre du procédé de traitement thermique de la houille brune pulvérulente comprend une chambre 1 de type cyclone destinée à la première étape du chauffage. Cette chambre de la première étape du chauffage est munie d'un dispositif 2 pour y amener la houille brune pulvérulente à traiter. Le dispositif 2 comporte une trémie 3 pour la houille brune amenée, communiquant par un conduit d'amenée 4 avec la chambre 1. Dans le conduit 4, est monté un alimentateur à tourniquet 5. La chambre 1 abrite une tubulure 6 montée coaxialement avec celle-ci pour la faire communiquer avec un dispositif 7 destiné à évacuer le mélange vapeur-gaz. Ce dispositif 7 se présente sous forme du cyclone destiné à séparer les particules solides ou la houille brune entraînée du mélange vapeur-gaz.Pour évacuer -la houille entraîne,on a prévu un doseur 8 à tourniquet,l'évacuation du mélange vapeur-gaz se fait par une conduite 9. La chambre 1 de la première étape du chauffage de la houille brune est munie, à la partie inférieure3 d'une tubulure 10 dans laquelle est monté un alimentateur à tourniquet il. La tubulure 10 connecte en série la chambre 1 du premier chauffage avec la chambre 12 du deuxième chauffage de combustible. A sa partie supérieure, la chambre 12 du deuxième chauffage comporte un dispositif 13 monté tangentiellement par rapport à celle-ci et destiné à former et amener le gaz caloporteur. Le dispositif 13 comporte une tubulure 14 qui débouche tangentiellement dans la chambre 12. La tubulure 14 renferme un brûleur (non représenté) monté coaxialement et communiquant avec la source de combustible (non représentée). Le brtleur est destiné à la combustion de combustible aux fins de production du caloporteur gazeux sous forme du gaz de fumée ne contenant pratiquement pas d'oxygène de l'air. Pour évacuer le produit solide obtenu, la chambre 12 du deuxième chauffage du combustible comporte,à sa partie inférieure, une tubulure 15 dans laquelle est monté un doseur à tourniquet 16. La chambre 12 du deuxième chauffage est reliée à la chambre 1 du premier chauffage à l'aide d'une conduite de recyclage 17, dont la partie supérieure se raccorde tangentiellement à la chambre 1 du premier chauffage. Pour amener le caloporteur gazeux dans la conduite de recyclage 17, on a prévu un dispositif 18 comportant un brûleur (non représenté) destiné à la combustion de combustible aux fins de formation du caloporteur sous forme du gaz de fumée. Si l'on désire élever-la température du gaz caloporteur, arrivant à la chambre 1 du premier chauffage de combustible, on peut monter, dans l'extrémité de la conduite de recyclage 17 communiquant avec la chambre 1, un dispositif 19 destiné à réaliser la combustion du gaz et amener le caloporteur. L'installation pour le traitement thermique de la houille brune pulvérulente fonctionne de la manière suivante. La houille brune, réduite en particules de moins de 1 mm et préalablement chauffée à ll00C environ pour dessiccation} est envoyéesans interruption par l'alimentateur 5 de la trémie 3 à la chambre 1 de premier chauffage. En même temps, dans la chambre I par la conduite de recyclage 17, le caloporteur, sous forme du mélange vapeur-gaz comprenant les particules du produit solide, se produisant à la suite de traitement thermique de la houille pendant la deuxième étape du chauffage, arrive de la chambre 12 de deuxième chauffage. Les particules de houille brune entrat- nées par un flux tourbillonnaire du caloporteur, sous l'action de la force centrifuge,sont rejetées de la partie centrale de la chambre 1 vers la paroi de celle-ci, traversant en même temps le caloporteur mélangé.En conséquence, le chauffage du combustible est produit avec un coefficient de transfert élevé de la chaleur. La houille brune chauffée à la température de 500 à 800"C se décompose en formant une partie solide pulvérulenteet un mélange vapeur-gaz. Le mélange vapeur-gaz, obtenu de cette manière, est envoyé par le tuyau 6 au dispositif 7pomr l'épuration des particules solides. Après épuration le mélange vapeur-gaz est transféré par le tuyau 9, pour la con densation-à l'aide de laquelle on obtient des produits gazeux et liquides en appliquant le procédé connu. Captée par le cyclone 7, la partie solide est déchargée de celui-ci à l'aide du doseur 8 à tourniquet. De la chambre 1 du premier chauffage, la houille brune traitée est envoyée par un alimentateur 11 à tourniquet dans la chambre du deuxième chauffage de houille brune. En même temps, on injecte sans interruption dans la chambre 12 du deuxième chauffage, par la tubulure 14, un caloporteur sous forme du gaz de fumée provenant du brûlage du gaz combustible. Les particules du combustible traité sont entrainées par le flux tourbil lonnaire de gaz caloporteur et, sous l'action de la force centrifuge, sont rejetées de la partie centrale vers la paroi de la chambre 12, en traversant le flux du caloporteur gazeux. il se produit alors un chauffage supplémentaire des grosses particules de houille brune traitée à la température de 600 à 900 C. En même temps, de grosses particules de houille brune traitée, qui ne se sont pas décomposées dans la chambre 1 du premier chauffage, se décomposent. La plus grande partie du produit solide obtenu est déchargée par le doseur 16 à tourniquet. L'autre partie du produit solide est amenée, simultanément avec le mélange vapeur-gaz, par la conduite de recyclage 17 de la chambre 12 du deuxième chauffage vers la chambre 1 du premier chauffage. La concentration des particules solides dans le caloporteur mélangé peut être réglée par le doseur 16, c'est-à-dire, si le rendementfen produit solide fini sortant de la chambre 12 du deuxième chauffage de la-houille brune augmente, la partie du produit solide, arrive avec le mélange vapeur-gaz dans la conduite 17, diminue. Pour déplacer le caloporteur mélangé dans la conduite'de recyclage 17, cette dernière est munie d'un dispositif 18 destiné à amener le gaz caloporteur sous forme du gaz de fumée, à la tempé- - rature d'environ 9000C.Selon la nature du combustible, son état physique, y compris la grandeur de ses particules, il pourra être nécessaire d'élever la température du caloporteur envoyé dans la chambre 1. A cet effet, on injecte le caloporteur à la température de 10000C dans la chambre du premier chauffage,ce qui assure l'élévation de la température de chauffage du combustible traité, et, en même temps, augmente le tirage servant à déplacer le produit solide faisant partie du caloporteur mélangé. Exemple Le lignite d'une teneur en cendre de 9,6 % est réduit en particules de moins de 1 mm et chauffé préalablement à 1100C pour dessiccation. Ainsi préparé, le lignite est envoyé sans interruption dans la chambre 1 de premier chauffage du combustible où il est chauffé dans un tourbillon de caloporteur se présentant sous forme de mélange vapeurgaz, comprenant les particules de produit solide et désigné sous le nom de caloporteur mélangé. Ce caloporteur mélangé est pris de la chambre 12 de deuxième chauffage de combustible. A la suite de transfert de la chaleur de caloporteur mélangé au lignite traité, ce dernier est chauffé en moins d'une seconde à la température de 640"C et décomposé en une partie solide et un mélange vapeur-gaz. Le mélange vapeur-gaz est évacué vers l'épuration et la condensation aux fins de production des produits gazeux et liquides.En même temps, le lignite chauffé à la température de 640"C est envoyé, par l'alimentateur 11 > dans la chambre 12 de deuxième chauffage de combustible. Dans cette chambre 12 de deuxième chauffage, le lignite traité est chauffé dans un tourbillon de caloporteur gazeux la température d'environ 1200"C. Le caloporteur gazeux est injecté dans la chambre 12 3 en quantité de 0,25 m par kilo de lignite traité. Dans la chambre 12 de deuxième chauffage de combustible, le lignite traité est chauffé à la température de 7500C,. le caloporteur gazeux étant refroidi à 760du. Dans la chambre 12 de deuxième chauffage, à la suite de chauffage en moins d'une seconde, il se produit la décomposition thermique de rosses particules de lignite, qui ne se sont pas décomposées dans la chambre 1 de premier chauffage. On obtient ainsi un produit solide de bonne qualité et un mélange vapeur-gaz qui se produit sous forme de produit volant, en grande partie CH4 et H2 en quantité de 15 m3 par tonne de lignite traité et environ 1 % d'eau pyrogénique. Le mélange vapeur-gaz avec le caloporteur utilisé et une partie du produit solide, c1est-à-dire, l'ensemble sous forme de calo porteur mélangé,est est envoyé par la conduite de recyclage 17 dans la chambre 1 de premier chauffage. Avant l'injection dans la chambre 1 de premier chauffage, le caloporteur mélangé est soumis à un chauffage supplémentaire, par brûlage du gaz caloporteur à l'aide du dispositif 18, pour élever la température du caloporteur mélangé à la température de 870 à 900"C et produire le tirage servant à déplacer les particules du produit solide.Arrivé tangentiellement dans la chambre 1 de premier chauffage de combustible, le caloporteur mélangé entrain les particules de lignite qui, sous l'action de la force centrifuge, sont rejetées vers la paroi de la chambre 1 traversant le flux du caloporteur. Par suite du trans-fert de chaleur, les particules de lignite sont portées à la température de 6400C. Les particules de produit solide, constituant une partie du caloporteur et faisant fonction d'accumulateur de chaleur, cèdent régulièrement leur chaleur aux particules grosses et fines du combustible traité. De ce fait, il se déroule une décomposition thermique uniforme du combustible traité, suivie de la formation d'une partie solide et d'un mélange vapeur-gaz.Le mélange vapeur-gaz obtenu est envoyé à l'épuration et, ensuite, à la condensation par suite de laquelle on obtient des produits gazeux et liquides. Gracie à l'application de ce procédé de traitement de lignite, en tant que combustible à traiter, le rendement en résine et en essence de gaz par tonne de combustible traité a augmenté jusqu'à 162 kg, en comparaison avec les 120-130 kg obtenus au cours de traitement du même lignite et aux mêmes régimes et, en particulier, en appliquant la température atteignant 640pu. Ce résultat est obtenu du fait que la température du caloporteur, utilisé pendant le premier chauffage de combustible, a été abaissée à 870-960"C environ comparativement à la température de 1200"C du caloporteur utilisé dans le procédé connu. De ce fait, la consommation de combustible utilisé pour formation de caloporteur gazeux est diminuée. Le pourcentage dugaz de fumée dans le mélange vapeur-gaz est également abaissé. En conséquence la qualité de produits de vapeur-gaz est élevée. Ainsi, l'aide du procédé et de l'installation proposés on a élevé.3'e rendement en produits vapeur-gaz de 25-35 % selon les nature, qualité et grosseur des particules de combustible traité, sans augmenter la consommation d'énergie. Bien entendu, diverses modifications peuvent etre apportées par lthomme de l'art au procédé et à l'installation qui viennent d'être décrits, uniquement à titre d'exemplesnon limitatifs, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement thermique dematériaux carbonifères et particulièrement de la houille brune pulvérulente, qui consiste à réaliser la première étape du chauffage de la houille brune par un gaz caloporteur en moins d'une seconde à la température de 500 à 800"C, température de décomposition thermique de la houille brune traitée, suivie de la formation d'une partie solide pulvérulente et d'un mélange vapeur-gaz,à évacuer le mélange vapeur-gaz obtenu pour l'épuration et la condensation en vue de produire un gaz et des produits liquides, à realiser la deuxième étape du chauffage de la houille brune traitée sous forme solide par le gaz caloporteur à la température de 600 à 9000C, température de la décomposition thermique totale de la houille brune traitée, suivie de la formation d'un mélange vapeur-gaz et du produit solide pulvérulent, à envoyer le mélange vapeur-gaz de la deuxième etape du chauffage de la houille brune à la première étape du chauffage, ce procédé étant caractérisé en ce que, simultanément avec le mélange vapeur-gaz envoyé de la deuxième étape du chauffage de la houille brune à la première étape 'de son chauffage, on envoie une partie du produit solide obtenu, le mélange vapeur-gaz et la partie du produit solide étant soumis au chauffage supplémentaire pendant leur trajet vers la première étape du chauffage du combustible. 2. Installation pour la mise en oeuvre du procédé de traitement thermique de la revendication 1, comprenant une chambre de la première étape du chauffage de la houille brune munie d'un dispositif pour l'y introduire et d'un dispositif pour en évacuer le mélange vapeurgaz produit à la suite de la décomposition thermique de la houille brune, une chambre de la deuxième étape du chauffage de la houille brune, montée en série avec la chambre- de première étape, et ayant un dispositif pour y amener le gaz caloporteur et une conduite de recyclage mettant en communication la chambre de la deuxième étape du chauffage avec la chambre de la première étape, aux fins d'y envoyer le mélange vapeur-gaz et chauffer la houille brune traitée, cette installation étant caractérisée en ce que ladite conduite de recyclage comprend un dispositif destiné à amener un caloporteur gazeux et chauffer supplémentairement le mélange vapeur-gaz et une partie du produit solide, la chambre de la première étape du chauffage du combustible étant munie d'un dispositif pour en évacuer le produit solide obtenu et pour régler la quantité de ce- produit devant etre envoyé dans ladite chambre de première étape de chauffage.