Brevet FR2497221A1 — publié le 19820702

La présente invention se rapporte à la gazéification de combustibles solides. De façon plus précise, elle se rapporte à la séparation de la cendre et du combustible solide non gazéifié à partir des produits de la gazéification ou de la combustion partielle et à la remise en circuit du combustible solide non gazéifie dans la zone de gazéification où il est soumis à l'oxydation partielle avec addition fraîche de combustible solide. Habituellement, au cours de la gazéification du combustible solide tel que du charbon ou du coke, le combustible est soumis à l'oxydation partielle avec un agent oxydant tel que de l'air, de l'air enrichi d'oxygène ou de l'oxygène pratiquement pur, un degré de pureté supérieur à 95%, dans une zone de gazéification comportant la production d'un gaz constitué principalement d'oxyde de carbone et d'hydrogène et contenant également des quantités faibles de C02, CH4, H2S et COS. Comme on n'introduit pas suffisaivirnent d'oxygène dans la zone de gazéification pour effectuer une oxydation complète du carbone, du combustible solide, une partie du combustible solide traverse la zone de gazéification sans entre transformée en oxyde de carbone.Si un hydrocarbure liquide est soumis à l'oxydation partielle, le carbone non transformé apparait dans le produit gazeux sous forme de fines particules de suie, alors que si un combustible solide est soumis à l'oxydation partielle, le carbone non transformé apparat dans le produit sous forme de fines particules de combustible solide. En outre, suivant le type de combustible solide de départ, la cendre apparaît en quantités différentes dans les produits à la combustion. Pour refroidir les produits chauds de l'oxydation partielle quittant la zone de production de gaz habituellement à une température supérieure à 9800C et pour éliminer les particules de cendre et de combustible solide non transformé qui sont entrainées, le gaz chaud est généralement mis en contact d'un milieu d'arrosage, de préférence de l'eau, dans une zone d'arrosage où le gaz est refroidi et où les particules entraînées sont envoyées dans le milieu d'arrosage. Les plus grosses particules de cendre à faible teneur en carbone reposent au fond de la zone d'arrosage et en sont éliminées mais les particules plus petites constituent une suspension dans le milieu d'arrosage. Pour controler la concentration de la substance solide dans le milieu d'arrosage, une partie est retirée continuellement su périodiquement et est remplacée par un milieu d'arrosage frais.Pour des raisons économiques et écologiques, il convient de séparer la substance à faible teneur en carbone de la substance à haute teneur en carbone et de réutiliser l'eau d'arrosage et le combustible imbrtlé. Comme indiqué ci-dessus, lorsque l'on envoie un hydrocarbure liquide dans la zone de combustion de gaz, le carbone non transformé se présente sous forme de fines particules de suie qui ont une taille microscopique alors que si le produit envoyé dans la zone de production de gaz est du combustible solide, le carbone non transformé se présente sous la forme de petites particules de combustible solide. La suie formée au cours de la gazéification de llhydrocarbure liquide peut être récupérée à partir de la suspension dans l'eau d'arrosage en la mélangeant avec un hydrocarbure liquide, comme cela est décrit dans le brevet des E.U.A. 2 992 906 publié le 18 Juillet 1961 au nom de F.E. Guptill, Jr. et dans le brevet des E.U.A. 3 917 569 publié le 4 Novembre 1975 à G.N. Richter, W.L. Slater, E.T. Child et J.C. Ahlborn. Malheureusement, les particules non transformées de combustible solide n'ont pas d'affinité pour les hydrocarbures liquides comme c1 est le cas pour les particules de suie formées au cours de la combustion partielle d'un combustible liquide et la technique de séparation qui est utilisée pour récupérer la suie ne convient pas à la récupération des particules de combustible solide non transformé partir de l'eau d'arrosage. D'une manière générale, on utilise deux procédés de gazéification du combustible solide, l'un est effectué en présence de cendre volante et l'autre en présence de boue. Au cours du fonctionnement du premier type, le géndrateur de gaz est maintenu å une température à laquelle la cendre reste pratiauement solide alors que dans le second type la température du générateur de gaz est suffisamment élevée pour que la cendre soit à l'état fondu. Habituellement, lorsque le fonctionnement est effectué en présence de cendres volantes, la température se trouve dans la gamme de fonctionnement la plus basse et la transformation du carbone est faible.Le combustible non transformé et les particules de cendre apparaissent dans le produit du gaz de synthèse sous forme de cendres volantes finement divisées. La mise en oeuvre économique de ce type de procédé exige qu'une certaine partie du carbone non transformé soit récupérée et remise en circuit vers le générateur de gaz, pour obtenir une utilisation plus complète du carbone du combustible. La présente invention a par conséquent pour objet de séparer la cendre du combustible solide non transformé produit au cours de la gazéification du combustible solide à l'état de cendres volantes. L'invention a également pour but d'obtenir une transformation élevée du carbone du combustible solide. L'invention a encore pour objet de diminuer la quantité de déchets qui doivent être éliminés. D'autres buts apparaîtront encore de façon évidente aux spécialistes à la lecture de la description suivante. Conformément à l'invention, on fournit un procédé d'oxydation partielle de combustible comportant la séparation de particules ayant une teneur élevée en carbone à partir d'une suspension aqueuse de particules ayant une faible teneur en carbone produite par oxydation partielle à l'état de cendres volantes, de combustible carbone contenant de la cendre solide dans une zone d'oxydation partielle, et le passage des particules de cendre obtenues entraînées contenant du gaz et du combustible solide non transformé dans de l'eau pour former la suspension, procédé qui consiste à tamiser la suspension pour éliminer les grosses particules de substance, à soumettre la suspension tamisée à une centrifugation continue, à une force d'accliration comprise entre 10 et 1 000 fois l'accélération de la pesanteur, de façon à obtenir une partie de gâteau contenant des particules à haute teneur en carbone et une suspension dans l'eau diluée de particules à faible teneur en carbone, et à recycler le gâtsau centrifugé avec un produit d'alimentation frais dans la zone d'oxydation partielle. Le produit de départ du procédé conforme à l'invention est constitué de combustible carbone solide contenant des produits formant de la cendre, tel que du charbon, du charbon sub-bitumi-eux d la lignite, du coke de pétrole, des déchets organiques et des produits semblables. Le combustible solide sous forme finement divisée, Sroy de préférence de façon à avoir une taille de particules ayant une dimension en coupe maximale non supérieure à 0,65 cm et de façon encore plus préférée broya de façon à ce qu'au moins 90 % passe au travers d'un tamis dont les ouvertures ont un diamètre de 1,168 mm, est introduit dans la zone de production de gaz où elle est mise en réfaction avec de la vapeur d'eau et de l'oxygène. L'oxygène peut se présenter sous la forme d'air, d'air enrichi d'oxygène, ou d'oxygène pratiquement pur. Le combustible finement divisé peut être introduit dans la zone de production de gaz sous forme d'une boue dans l'eau ou l'huile ou d'une suspension dans un milieu gazeux ou de vapeur tel que de la vapeur d'eau, du C02 et leurs mélanges. Dans la zone de production de gaz, le combustible solide est soumis à une oxydation partielle à une température comprise entre 9800C et au moins 270C au-dessous de la température de déformation initiale de la cendre qui, suivant le type de combustible solide d'alimentation, peut se trouver comprise entre 1090 et 1370au. La pression dans la zone de production de gaz peut être comprise entre 2,7 et 205 bars ou être même supérieure et de préférence comprise entre 4 et 170 bars.L'oxygène peut être introduit dans la zone de gazéification avec un rapport atomique oxygène carbone compris entre environ 0,7 et 1,1 et de préférence entre 0,8 et 1,0. Si le combustible solide est introduit dans la zone de gazéification sous forme d'une boue dans l'eau, la boue contiendra de préférence pas plus de 50% en poids puisqu'une teneur en eau supérieure à cette valeur affecte l'efficacité thermique de la réaction. On obtient de bons résultats en utilisant un rapport pondéral eau/combustible compris entre 0,3 et 1 et de préférence entre 0,4 et 0,9. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, le produit gazeux chaud contenant des particules entraînées de cendre et de combustible solide non transformé est dirigé vers la chambre de gazZification par une ouverture située au fond de cette chambre et dans une chambre d'arrosage contenant de l'eau. Les gaz chauds sont introduits en passant dans un dispositif de dispersion tel qu'un tube plongeur doté d'une extrémité inférieure dentée, sous la surface de l'eau d'arrosage et refroidi de ce fait. Dans ce procédé, les particules entraînées sont humidifiées par l'eau et sont conduites vers la suspension dans le milieu d'arrosage.En vue d'effectuer l'élimination de certaines particules solides les plus denses, qui ont une teneur élevée en cendre et qui ne restent pas en suspension dans l'eau d'arrosage, malgré l'agitation fournie par l'introduction des produits gazeux sous sa surface, une sortie est prévue au fond de la chambre d'arrosage pour l'élimination de ces particules les plus denses et les plus grosses. De préférence, de telles particules sont éliminées périodiquement par une trémie verrouillable reliée à une sortie du fond de la chambre de telle sorte qu'il ne se produit pas de perte de pression au cours de l'élimination. Les particules de cendre et de combustible non transformées restantes demeurent en suspension dans le milieu d'arrosage. En fait, il n'existe que peu de particules présentes qui soient purement du carbone ou purement de la cendre, de telle sorte qu'il est plus précis de les classer suivant qu'elles ont une teneur élevée en carbone ou une teneur faible en carbone. A cet égard, les particules ayant une teneur en carbone de plus de 33% en poids sont consi déréels comme ayant une teneur élevée en carbone, tandis que les particules ayant une teneur en carbone inférieure à 33% en poids sont considérées comme ayant une teneur en carbone faible. La séparation des particules à forte teneur en carbone des particules à faible teneur à carbone est effectuée par gravité. On a trouvé, de façon surprenante, que malgré que les particules à haute teneur en carbone soient moins denses que les particules à basse teneur en carbone, lorsqu'elles sont soumises à l'action de la pesanteur ce sont les particules les plus denses à teneur faible en carbone qui sont retenues dans la phase aqueuse alors que les particules riches en carbone se déposent.Ce phénomène semble particulier aux particules formées pendant la gazéification du combustible solide à l'étant de cendres volantes, puisque les particules produites par gazéification du combustible solide à l'état de boue se comportaient comme prevu, c'est-à-dire que les particules à faible teneur en carbone les plus denses se déposent plus vite que les particules à haute teneur en carbone et à faible teneur en cendre. La suspension dans l'eau des particules de combustible solide non transformé est tamisée, de préférence, dans un tamis d'ouverture de mailles de 1,168 mm pour éliminer toutes les grosses.particules de substance puis elle est pompée vers une centrifugeuse fonctionnant en continu où le gâteau riche en carbone est séparé d'une suspension de particules à faible teneur en carbone plus denses. On applique à la suspension une force centrifuge d'accumulation comprise entre 10 et 1 000 et de préférence entre 100 et 600 fois l'accélération de la pesanteur. Le gâteau obtenu est remis en circulation vers la zone d'oxydation partielle. On donne l'exemple suivant à titre illustratif sans caractre limitatif. L'opération de gazéification s'effectue à l'état de cendres volantes. EXEMPLE I Le produit de départ est du charbon Lake Da Smet donnant le résultat d'analyse suivant TABLEAU I Carbone 51,82 % en poids Hydrogène 3,92 % en poids Azote 0,68 % en poids Soufre 1,20 % en poids Oxygène 15,90 % en poids Cendre 26,48 % en poids Le charbon, broyé de telle façon qu'il passe à 100 % au travers du tamis ayant un diamètre d'ouverture de mailles de 1,168 mm, est transformé en boue avec un poids égal d'eau et avec de l'oxygène pur dans un rapport atomique oxygène : carbone de 0,859, est introduit dans un gazéificateur qui est maintenu à une température de 9800C et à une pression de 23,8 bars. Le produit gazeux contenant de la cendre volante entraînée est arrosé dans l'eau pour former un produit gazeux refroidi et une suspension de cendre volante dans l'eau d'arrosage. Le produit gazeux a la composition suivante sur une base molaire % : TABLEAU 2 CO 11,68 H2 18,79 C02 20,10 H20 45,59 CH4 3,26 N2 0,23 H25 0,34 COS 0,01 La suspension contenant 14,9 % en poids de produits solides contenant 22,75 % en poids de carbone et 77,25 % en poids de cendre, est introduite après tamisage dans une centrifugeuse à fonctionnement continu (modèle LB 224 fabriqué par Bird Machine Co. Inc. de South Walpole, Mass.) où elle est soumise à une force centrifuge d'accélération égale à 570 fois l'accélération de la pesanteur. Ce traitement fournit un gâteau centrifugé contenant 66,80 % en poids de solide constitué de 66,8 % en poids de carbone et de 36,2 % en poids de cendre et une suspension aqueuse contenant 12 % en poids de produits solides contenant 9,01 % en poids de carbone et 90,99 % en poids de cendre. Le traitement ci-dessus correspond à-une transformation de 95 % de carbone. Toutefois, avec la remise en circulation du gâteau centrifugé et son introduction avec une alimentation franche dans le gazéificateur, la transformation totale en carbone est accrue jusqu'à 94,9 %. EXEMPLE IN Dans cet exemple, un échantillon de la suspension de l'exemple I est soumis à un essai de flottation dans un mélange d'hydrocarbure halogéné ayant une densité de 1,3. Après un repos de deux heures, la partie flottante est séparée et les deux parties sont filtres et séchées. La teneur en carbone de la partie qui se dépose est de 83 % en poids alors que celle de la partie flottante est de 30,5 % en poids. Cet exemple montre que, meme dans les conditions ambiantes, les particules à haute teneur en carbone moins denses se déposent avant les particules à haute teneur en cendre plus denses. Bien que les exemples indiquent que l'invention s'applique à la remise en circulation de particules formées par l'arrosage du gaz de synthèse produit par oxydation partielle du charbon uni à de l'eau pour former de la boue, elle s'applique également à la séparation des particules mises en suspension dans l'eau, ces dernières ayant été utilisées à l'arrosage ou à la distillation du gaz de synthèse produit par oxydation partielle, d'autres combustibles carbonés contenant de la cendre, introduits dans la zone d'oxydation partielle sous forme d'une suspension dans l'eau, dans de l'huile d'hydrocarbure ou dans un milieu sous forme de vapeur ou de gaz. I1 est bien entenu que de nombreuses modifications et variations pourront être apportées par les spécialistes aux exemples ci-dessus, sans pour autant se départir ni du cadre ni de l'esprit de cette invention. REVEAiDICATIONS 1. Procédé d'oxydation partielle d'un combustible comportant la séparation de particules ayant une teneur élevée en carbone à partir d'une suspension aqueuse de particules ayant une teneur faible en carbone, produites par l'oxydation partielle à l'état de cendres volantes d'un conoustible carboné solide contenant de ia cendre dans une zone d'oxydation partielle, et le passage du gaz obtenu contenant des particules entraînées de cendre et de combustible solide non transformé, dans de l'eau pour former la suspension, procédé caractérisé en ce que la suspension est tamis pour liner les grosses particules de substance et soumise à une centrifugatinn en continu à une force d'accélération comprise entre 10 et 1 000 fois l'accélé- ration de la pesanteur de façon à former une partie de gateau contenant des particules à haute teneur en carbone et une suspension aqueuse diluée de particules à basse teneur en carbone, et le gâtau centrifugé est remis en circulation avec une alimentation fraîche vers la zone d'oxydation partielle. 2. Procédé selon la revendication 1, caractrissé an ce que la suspension est remisée dans un tamis d'ouverture en mailles d'un diamètre de 1,168 mm. 3. Procédé selor l'une quelconque des reven dations précédentes, caractérisé an ce que la force de centrIfugation a une accélération comprise entre 100 et 800 fois l'accélération de la pesanteur. 4. Procédé salop 1.'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le combustible carboné solide contenant de la cendre est broyé sous forme de particules passant au travers du tamis ayant un diantre d'cuverture de maillas de 1s1C6 rnm avant l'oxydation partielle.