Brevet FR2465776A1 — publié le 19810327

L'invention concerne un procédé et une installation pour la gazéification de substances carbonées solides, en particulier de lignite, avec utilisation d'un agent de gazéification contenant de l'hydrogène, dans lequel on décompose, dans un appareil de décomposition ou de craquage, une partie du méthane contenu dans le produit gazeux, avec addition de vapeur d'eau, pour obtenir 1' agent de gazéification contenant de l'hydrogène, l'appa- reil de décomposition étant chauffé au moins dans une mesure prépondérante par la chaleur de combustion du coke résiduel formé lors de la gazéification. Par la demande de brevet allemand 1 796 050.8,il est connu, dans la gazéification du charbon, en particulier du lignite, de brûler le coke résiduel pour couvrir les besoins en chaleur du procédé de gazéification. Dans une installation de gazéification-hydrogénation du charbon selon la demande de brevet allemand 2 704 465, on procède en utilisant le coke résiduel pour chauf- fer le four de décomposition dans lequel on fabrique l'hydrogène nécessaire à la gazéification. Il faut que le four de décomposition puisse être chauffé soit directement par du coke résiduel soit encore par le gaz formé par gazéification du coke résiduel. L'inconvé- nient de cette dernière solution est qu' elle nécessi- te une installation supplémentaire pour la gazéifica- tion du coke résiduel. Toutefois, des difficultés peuvent se présenter lorsqu'on chauffe directement le four de décomposition par la chaleur de combustion du coke résiduel, par exemple, en particulier si la te- neur en cendres est élevée, il faut s'attendre à des difficultés dans la chambre de combustion tenant à la fusion de la cendre. En outre, il existe un risque d'encrassement au niveau des surfaces de contact aval qui entraine une diminution correspondante de rende- ment. L'invention a pour but de perfectionner un procédé du type défini plus haut de sorte que le four de décomposition ou de craquage soit chauffé de façon particulièrement avantageuse, appropriée à la nature du coke résiduel. Les moyens techniques et l'appareillage mis en oeuvre demeurant réduits. Il faut que celà res- te possible, même si le coke résiduel a de mauvaises qualités de combustion. Pour résoudre ce problème, l'invention propose d' effectuer la gazéification en couche fluidisée, de brû- ler le coke résiduel dans un foyer à couche fluidisée, et de dissiper la chaleur directement dans la couche fluidisée de combustion, en la transmettant au moins à des régions partielles des surfaces de chauffage de l'appareil de décomposition. La gazéification, d'une part, et la combustion du coke résiduel, d'autre part, sont harmonisées entre elles. Etant donné que le coke résiduel provient d'un réacteur à couche fluidisée, il assure, a priori, les conditions nécessaires à l'entretien d'un foyer à cou- che fluidisée, par exemple la granulométrie et la dis- tribution granulométrique. Le foyer à couche fluidisée permet une construction extrêmement ramassée qui, en comparaison d'autres foyers, conduit à des investisse- ments et à des pertes de chaleur moindres. La construc- tion ramassée résulte en particulier du fait que les tubes du four decraquage tubulaire plongent directemnt dans la couche fluidisée et qu'on obtient ainsi, en comparaison des foyers usuels à gaz de combustion,de très grands coefficients de transmission thermique. Il est possi- ble de conduire sans inconvénient la combustion dans la couche fluidisée à des températures comprises entre 800 à 950'C, de préférence entre 850 et 9500C. Ces températures sont particulièrement avantageuses pour le processus de reformage ("reforming") à la vapeur d' eau qui se déroule dans le four de décomposition. La bonne transmission thermique au sein de la couche fluidisée a aussi pour effet qu'il règne dans la tota- lité de la couche fluidisée des températures pratiquement uniformes, de sorte qu'on n'a pas à re- douter de surchauffes en des régions partielles du four tubulaire de décomposition. Un autre avantage réside dans le fait que le foyer à couche fluïdisée n' exige pas de grandes qualités de combustion du coke résiduel. C'est en particulier également le cas pour la teneur en cendres du coke résiduel, qui peut présen- ter des différences notables par suite de variations du taux de gazéification du charbon introduit. En vertu de la construction ramassée, l'installation exige enfin des investissements moindres qu'un appareillage de type classique. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront de la description suivante faite en relation avec le dessin annexe qui représente, à titre d'exemple d'exécution, le diagramme schématique sous forme de blocs d'une installation de gazéification- hydrogénation du lignite. Le lignite 11 est séché dans un séchoir 12 et intro- duit dans le réacteur à couche fluidisée 14. L'agent de gazéification, principalement formé de H2 et amené par le tuyau 16, sert aussi à entretenir la couche fluidisée. La réaction s'effectue exothermiquement se- lon l'équation: C + 22 -2>CH4 Le mélange gazeux qui provient du réacteur 14, et qui contient encore en particulier de l'hydrogène en excès, arrive par un tuyau 17 et après refroidisse- ment dans un échangeur thermique 18, à un appareil 20 dans lequel il est débarrassé de particules solides. Dans un autre appareil 22 s'effectue la séparation des constituants gazeux indésirables, par exemple CO2. En aval de celui-ci un appareil 23 sert à séparer CH4 et H2, et éventuellement CO. Une partie du méthane (CH4) arrive par un tuyau 24, à un four de décomposi- tion ou de craquage 26, après avoir subi en 28 une additon de vapeur provenant d'un tuyau 29, de sorte qu'il se déroule, dans le four de décomposition 26, la réaction endothermique: CH4 + H2O- 3 H2 + CO Le mélange gazeux obtenu, essentiellement formé de H2, CO, CH4, H20 et Co2, arrive, par un tuyau 30 et un échangeur- thermique 32, dans lequel il se refroi- dit en cédant de la chaleur au mélange méthane-vapeur qui arrive au four de décomposition 26 par le tuyau 27, - a un appareil 33 dans lequel, avec addition de vapeur d'eau, la fraction CO du mélange gazeux est convertie en-Co2, qui est ensuite éliminé par lavage, de la fa- çon usuelle dans un appareil 34 disposé en aval. De l'appareil 33, le mélange, principalement formé de H2, arrive par le tuyau 16 en tant que réactif et agent de fluidisation, au réacteur à couche fluidisëe 14. Le coke résiduel formé dans le réacteur 14 et qui, avec un taux de gazéification de 50 ou 60% par exemple, contient encore des quantités notables de C, est chas- sé du réacteur 14 fonctionnant sous une surpression; en cas de besoin, on le refroidit à une température permettant sa manipulation, dans un refroidisseur 36 faisant suite au réacteur 14. Il arrive, comme indi- qué par la ligne en pointillés 38, à un foyer 40 dans lequel il est brûlé au sein d'une couche fltidisée dont la limite supérieure est située à peu près en 42. L'air comburant, servant en même temps d'agent de flui- disation, est amené par un tuyau 44. Le four de décom- position 26, qui se présente généralement sous forme d'un four tubulaire, se trouve à l'intérieur même de la couche fluidisée. Dans celle-ci est en outre dis- posé le générateur de vapeur 46 précédé d'un préchauf- feur 48 chauffé par les gaz de sortie du foyer à couche fluidisée 40, l'amenée d'eau étant désignée par 50. En aval du générateur de vapeur 46 est prévu un sur- chauffeur 52 chauffé par les gaz de combustion du foyer à couche fluidisée. La vapeur, qui a par exemple une Z465176 pression de 110 bar et une température de 5350C, arri- ve par un tuyau 54 à une turbine 58 entrainant une géné- ratrice 56. Par le tuyau de soutirage 29 de la turbine, de la vapeur, ayant par exemple une pression d'environ 40 à 50 bar et une température d'environ 4000C, est amenée à l'appareil 28 dans lequel s'effectue le mélan- ge avec le méthane, avant l'introduction du mélange ainsi formé dans le four tubulaire de décomposition 26. En outre, on a prévu au niveau de la sortie turbine un tuyau de prélèvement 60, par lequel de la vapeur à une pression d'environ 5 bar et à une tempé- rature de 1700C est amenée au séchoir 12 oL le lignite est initialement séché. L'hydrogène séparé dans l'appareil 23 peut être ramené par un tuyau 61 directement au tuyau 16, et de là au réacteur à couche fluidisée 14. Le gaz de sortie du foyer à couche fluidisée 40 arrive par un tuyau 62 à un nettoyeur de séparation 63 pour être ensuite, après séparation des matières résiduelles, éventuellement rejeté dans l'atmosphère. De la turbine 58 peuvent partir d'autres tuyaux de prélèvement. La vapeur engendrée dans le foyer à cou- che fluidisée 40 et l'énergie électrique engendrée dans le générateur 56 suffisent, si l'installation est con- venablement conçue, à couvrir tout le besoin d'énergie de celle-ci. Bien entendu, on peut encore imaginer d'autres appareils qui complètent l'installation. Ainsi,le CO séparé dans le séparateur 23 pourrait être converti avec addition de vapeur d'eau, en CO2, et l'hydrogène ainsi libéré pourrait également être acheminé comme agent de gazéification au réacteur 14. Si la quantité de coke résiduel n'est pas tout à fait suffisante pour couvrir les besoins en chaleur du foyer à couche fluidisée, il est possible de cou- vrir sans difficultés le reste de ces besoins par d' autres combustibles amenés à la couche fluidisée, par exemple du lignite brut- Quoique la présente invention ait été décrite en re- lation avec un type d'installation particulier, elle ne s'en trouve pas limitée. REVENDICATIONS 1 - Procédé de gazéification de substances carbonées solides, en particulier de lignite, avec utilisation d'un agent de gazéification contenant de l'hydrogène, dans lequel on décompose, dans un appareil de décompo- sition ou de craquage, une partie du méthane contenu dans le produit gazeux, avec addition de vapeur d'eau, pour obtenir l'agent de gazéification contenant de 1' hydrogène, l'appareil de décompostion étant chauffé au moins dans une mesure prépondérante par la chaleur de combustion du coke résiduel formé lors de la gazéifica- tion, caractérisé en ce que l'on effectue la gazéifi- cation en couche fluidisée de préférence en surpression, que l'on brûle le coke résiduel dans un foyer à couche fluidisée, et que l'on dissipe la chaleur, directement dans la couche fluidisée de combustion, en la trans- mettant au moins à des régions partielles des surfaces de chauffage de l'appareil de décomposition. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on conduit la combustion dans la couche fluidisée à des températures comprises entre 800 et 950'C, de préférence entre 850 et 95Q0C. 3 - Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 et 2, comportant un réacteur à couche fluidisée, un four de décomposition du méthane, et un appareil servant à engendrer et/ou à surchauffer de la vapeur d'eau, caractérisée en ce qu'elle comporte un foyer à couche fluidisée (40) pou- vant être alimenté par le coke résiduel venant du réacteur de gazéification (14), et dans lequel plongent au moins des régions partielles des surfaces de chauf- fage du four de décomposition (26). 4 - Installation selon la revendication 3, caracté- risée en ce que le générateur de vapeur (46) et le surchauffeur (52) sont disposés au sein de la couche fluidisée et/ou au dessus de celle-ci, dans les gaz de combustion. - Installation selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que le générateur de vapeur est disposé dans la région des gaz de combustion. 6 - Installation selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce qu'au moins des régions par- tielles des surfaces de transfert de chaleur du généra- teur de vapeur (46) sont disposées au sein de la cou- che fluidisée. 7 - Installation selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisée en ce qu'un surchauffeur (52), faisant suite au aénérateur de vapeur (46) peut être chauffé par les gaz de combustion. 8 - Installation selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte un économi- seur pouvant être chauffé par le gaz de sortie.