Brevet FR2488527A1 — publié le 19820219

La presente invention se rapporte à la séparation de matières organiques à partir de matière charbonneuse. De façon plus précise l'invention se rapporte. à la séparation de particules à haute teneur en cendres à partir de particules à haute teneur en matière charbonneuse, ces particules ayant été produites par oxydation partielle d'un combustible charbonneux solide. Habituellement lors de-la gazéification de combustible solide tel que du charbon ou du coke le combustible est soumis à une oxydation partielle au moyen d'un agent oxydant tel que l'air, l'air enrichi d'oxygène ou l'oxygène pratiquement pur à plus de 95 e dans une zone de gazéification comportant la production d'un gaz contenant du monoxyde de carbone et de l'hydrogène et habituellement également de petites quantités de C02, CH4, H2S et COS plus l'azote présent dans le qaz contenant de l'oxyqène. Comme habituellement on introduit de l'oxygène en quantité insuffisante dans la zone de gazéification pour une combustion complète du carbone dans le combustible solide, une partie du combustible solide passe dans la zone de gazéification sans etre transformé en un oxyde de carbone.Lorsqu'un hydrocarbure liquide est soumis à une oxydation partielle, le carbone non transformé se présente dans le produit gazeux sous forme de particules de suie, alors que lorsque le combustible solide est soumis à une oxydation partielle le carbone non transformé se présente dans le produit gazeux sous forme de fines particules de combustible solide. De plus, suivant le type de combustibles solides d'alimentation, les particules de cendre sont entraînées en quantitésdifférentesdans le produit gazeux d'oxydation partielle.Lorsque l'on utilise la technique directe d'extinction pour obtenir le refroidissement des produits chauds quittant la zone de production de gaz habituellement à une température supérieure à environ 980"C et pour éliminer les particules de cendre et le combustible solide non transformé entraîné avec elles, le gaz chaud est introduit dans un milieu d'extinction1 de preférence de l'eau, dans une zone dgettinction, le gaz entant alors refroidi et les particules solides entraînées étant dirigées vers le milieu dBetinction. Les particules de cendre ou de scorie les plus grosses qui ont une faible teneur en carbone se déposent an fond de la zone d'extinction et en sont éliminées mais les particules les plus fines du fait de l'agitation dans la zone d' extraction1 constituent une suspension dans le milieu d' extinction Pour surveiller la concentration de la matière solide dans le mileu d'extinction, on retire en continu ou périodiquement une partie et on la remplace par un nouveau milieu d'extinction. La partie retirée est dirigée vers un décanteur où les particules solides peuvent se déposer. Pour des raisons éco- nomiques et écologiques il est souhaitable de réutiliser l'eau d'extinction et le combustible solide non transforme mais la cendre peut être éliminée du système. Le mélange solides-milieu d'extinction peut également être formé par passage de gaz de synthèse c' est-à-dire du produit gazeux de combustion partielle contenant les particules solides entraînées vers le bas et ensuite en changeant brutalement de direction pour les envoyer vers une installation de récupération de chaleur où les particules solides entraînées continuent leur descente dans le milieu d'extinction au repos où la plupart des produits solides décante en abandonnant rapidement une quantité infime de particules fines en suspens ion qui sont constituées de 100 % de matière minérale. Comme -indiqué ci-dessus lorsque le produit d'alimentation de la zone de production de gaz est un hydrocarbure liquide le carbone non transformé se présente sous forme de fines particules de suie qui ont une taille microscopique, alors que si le produit d'alimentation de la zone de formation de gaz est un combustible solide, le charbon non transformé se présente sous la forme d'infimes particules de combustible solide. La suie formée au cours de la gazeification d'un hydrocarbure liquide peut être récupérée de la suspension dans l'eau d'extinction par mélange avec un hydrocarbure liquide comme cela est décrit dans les brevets des E.U.A 2 992 906 et 3 917 569.Malheureusement les particules non transformées de combustible solide n'ont pas la même affinité vis-à-vis des hydrocarbures liquides que les particules de suie formées par combustion partielle d'un combustible liquide et la technique de séparation utilisée pour récupérer la suie n'est pas satisfaisante pour récupérer les particules de combustible solide non transformé à partir de l'eau d'extinction. Comme indiqué ci-dessus pour des raisons d'ordre économique il peut être intéressant de remettre en circulation l'eau et le carbone non transformé zone de production de gaz alors qu'il est en majeure partie Inintéressant de mettre en circulation la cendre. Toutefois comme les particules ont une composition en cendre essentiellement égale a 100 % de l'alimentation initiale il est souhaitable de séparer ces particules à haute teneur en cendres des particules à haute teneur en carbone. La présente invention a pour conséquent pour but de separer la cendre du combustible solide non transformé. Un autre but consiste à obtenir une transformation élevée en gaz de carbone dans le combustible solide d'alimentation. Encore un autre but consiste à diminuer la quantité de déchets dont il faut se séparer. Ces buts ainsi que d'autres sont évidents aux spécialistes à la lecture de la description qui suit. Conformément à l'invention on fournit un procédé de production de particules riches en carbone à partir d'un mélange de particules obtenues par oxydation partielle d'un combustible charbonneux solide, procé- dé qui consiste à broyer les particules pour diminuer leur taille et à soumettre la matiere broyée à un traitement de flottation par moussage pour obtenir une fraction de flottation des particules riches en carbone. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention ces particules d'une taille supérieure à 0,84 mm sont éli- minées de la suspension et les particules restantes sont broyées puis soumises à la flottation par moussage. Au cours de la gazéification du combustible charbonneux solide contenant des ingrédients constituant la cendre tel que le charbon, le charbon sub-bitumineux, le lignite, le coke de pétrole, les déchets organiques et analogues, le combustible solide sous forme finement divisé broye en particules ayant une dimension en coupe maximale non supérieure a environ 5 mm et de préférence broyé d'une façon qu'au moins 95 % passent au travers d'un tamis de l,tl ma d'ouverture de mailles et de préférence encore de telle sorte que 100 % passent dans un tamis de 0,84 mm d'ouverture de maille,est introduit dans une zone de production de gaz à revêtement réfractaire sans garniture à écoulement libre où il réagit avec de la vapeur et de l'oxygène. L'oxygène peut se présenter sous la forme d'air, d'air enrichi d'oxygene 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 sous forme d'une suspension dans un mélange de gaz ou de vapeur telle que de la vapeur d'eau, du CO2 et leur mélange. Dans la zone de production de gaz combustible solide est soumis à une oxydation partielle à une température comprise entre environ 980 et 1930 C et de préférence entre 1090 et 14300C. La pression dans la zone de production de gaz peut être comprise entre environ 100 kPa et 20700 kPa ou lui être supérieur, mais elle est de préférence comprise entre 276 et 17250-kPa. 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. Lorsque le combustible solide est introduit dans la zone de gazéification sous forme d'une boue aqueuse, la boue doit contenir avantageusement moins de 50 % en poids d'eau puisqu'une teneur en eau supérieure à cette valeur est néfaste au rendement thermique de la réaction. On obtient de bons résultats en utilisant un rapport pondéral d'eau en combustible compris entre 0,3 et 1 et de préférence entre 0,4 et 0,9. Suivant un mode de réalisation le produit gazeux chaud contenant des particules de cendre entrainées et du combustible solide non transformé est dirigé vers le fond de la sortie de la chambre de gazéification puis vers la chambre d'extinction contenant de l'eau. Les gaz chauds sont évacués par un dispositif de dispersion tel qu'un tube plongeur ayant une extrémité inférieure dentelée sous la surface de l'eau d'extinction et refroidie par ce moyen. Au cours du procédé les particules entrainées sont humidifiées par de l'eau et les plus grosses particules qui sont généralement des agglo mérats à haute teneur en cendres sont dirigées vers le fond de la chambre d'extinction alors que les particules restantes sont dirigées vers la suspension de l'eau d'extinction.Pour obtenir l'élimination des particules solides les plus denses qui ont une haute teneur en cendres et qui ne restent pas dans la suspension dans l'eau d'extinction malgré l'agitation fournie par l'introduction du produit gazeux sous la surface, une sortie est placée au fond de la chambre pour l'élimination de ces grosses particules les plus denses.On élimine de préférence ces particules périodiquement par une trémie vérouillable fixée à la sortie du fond de la chambre d'extinction de telle sorte qu'il ne se produit aucune chute de pression pendant leur élimination Les particules de cendre restante et le combustible non transformé reste en suspension dans le milieu d'extinction alors qu'une partie de la suspension est éliminée périodiquement ou en continu vers une zone de décantation au fond de laquelle se forme un mélange de particules riches en carbone et de particules riches en cendre. Suivant un autre mode de réalisation les particules entraînées sont projetées à la surface dwun milieu d'extinction au repos dans lequel la plus grande partie des particules se décante en laissant une suspension de particules extra fines qui sont constituées essen- tiellement de 100 % de matière minérale. Pour récupérer la matière charbonneuse ou le pro duit de carbonisation à partir du mélange des-particules décantées, celui-ci peut d'abord être traité pour élimi- ner les particules de dimension supérieure à 0,84 mm qui tendent à être de pures particules de scories plutôt qu' au moyen par exemple d'un tami ou d'un séparateur en spirale pour produire un mélange contenant des particules pas plus grandes que 0,84 mm. Ces particules sont alors soumises à un traitement de broyage pour réduire leur taille. Les particules sont broyées de préférence à une taille inférieure à 0,25 mm et de préférence encore à une taille inférieure à 0,149 mm. On peut utiliser n'importe quel moyen convenable qui produit un écrasement, un déchirement ou une abrasion des particules.Comme exemple de tels dispositifs on peut citer les broyeurs à bille ou à rouleaux ou des dispositifs qui fournissent une agitation à grande vitesse auquel cas les particules sont soumises à une réduction de taille par contact mutuel. La séparation des matières charboneuses des scories est effectuée par flotation par moussage avec addition d'un agent de moussage et envoi de bulles d'air vers le haut au travers de la suspension de particules. Le rôle de l'agent de moussage est de produire une mousse ayant une stabilité appropriée. On peut utiliser plu sieurs agents de mous sage tels que les alcools aliphatiques en C5-C8, les acides crésyliques, les huiles de pin, les polyéters hydroxyles tels que les polypropylène glycols, le méthoxy tripropylène glycol et les paraffines alcoxy substituees telles que le triéthoxy butane et leurs mélanges. La flottation par moussage est bien connue dans la technique et n'a pas besoin d'être décrite ici en détails. L'exemple suivant est donné à titre illustratif sans - caractère limitatif. La matière de départ utilise dans cet exemple était une suspension de particules solides finement divisées dans l'eau qui a été formée par extinction d'une vapeur de gaz de synthèse obtenue par oxydation partielle de charbon finement divisé moulu pour que 50 % passe au travers d'un tami de-0,044 mm d'ouverture de maille. La suspension contenait environ 15 % en poids de produit solide dont 41,63 % en poids était supérieur à 0,250 mm 24,94 % en poids était comprise entre 0,250 et 0,800 mm et 33,43 % en poids était inférieure à 0,800 mm. On a fait passer un échantillon de la suspension au travers d'un tamis en utilisant un tamis de 0,250 mm d'ouverture de mailles et une partie de la suspension contenait les particules de dimension inférieure à 0,250 mm auquelles. on avait ajouté 0,25 % envolume de méthyl isobutyl carbinol, cet échantillon a été traité dans un appareil de flottation de laboratoire de modèle D-1 de la Denver Equipment Company. Après mélange de quelques secondes on a rendu possible l'aspiration de l'air par l'hélice de la chambre d'essai. I1 s'est formé une mousse qui s 'écou- lait sous le dessous du bord de la chambre dans un récepteur. La mousse a d'abord entraîné- un grand nombre de particules qui sont rapidement devenues des particules libres. Les résultats obtenus ont été consignés dans le tableau 1, essai 1. On a agité deux échantillons sépares de la suspension tamisée dans un melangeur de cuisine à grande vitesse, l'un pendant 10 secondes et l'autre pendant une minute On a alors traité les échantillons dans la même flottation de moussage pour faire l'essai 1. On a consigne les résultats des essais 2 et 3 dans le tableau 1, dans l'essai 2 on a soumis la suspension pendant 10 secondes dans le mélangeur et dans l'essai 3 on a soumis la suspension pendant une minute dans le mélangeur Les essais 4 et 5 consignés dans le tableau I sont pratiquement identiques.Dans chacun de ces essais on a soumis un échantillon de la suspension tamisée, et broyé dans un broyeur à billes jusqu'a ce que toutes les particules soient inférieures à o, 149 mm à un même traitement de flottation par mous sage que dans les essais 1, 2 et 3. TABLEAU I Fraction de Fraction Récupération du produit Essai flottation résiduaire de cafoenisation dans la N cendres % cendres % flottation % 1 43,5 62,3 58,4 2 45,0 73,7 85,0 3 35,6 89,4 93,9 4 30,4 100,0 100,0 5 28,0 96,8 97,3 Ces résultats d'essai montrent clairement l'ef- fet intéressant du broyage des particules en suspension avant la flottation par moussage à la fois en ce qui concerne la récupération et la qualité du produit de carbonisation. Non seulement le produit conforme à l'invention peut être utilisé dans des traitements de type courant d'un gazéifieur de charbon mais il peut également permettre des quantites d'oxygène faibles sans qu'il en résulte de perte dans la transformation générale. Dans le cas d'une entrée d'oxygène réduite, le gazéifieur fonctionne à basse température ce qui endommage moins le revêtement réfractaire mais avec la remise en circulation du produit de carbonisation non transformé la transformation générale s'effectue sans perte. L'invention permet également de diminuer la concentration en cendres de la matière remise en circulation. De nombreuses modifications et variations pourront être apportées aux différents modes de réalisation décrits, par les spécialistes, sans se départir pour autant ni du cadre ni de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de production de particules riches en carbone à partir d'un mélange de particules obtenues par oxydation partielle d'un combustible charbonneux so- lide caractérisé essentiellement en ce qu'il consiste à broyer les particules pour réduire leur taille et à soumettre ensuite la matière broyée à un traitement de flottation par moussage pour obtenir une fraction de flottation contenant des particules riches en carbone. 2. Procédé selon-la revendication 1 caracteria sée en ce que l'on élimine de la suspension avant le broyage les particules ayant une dimension supérieure à 0,84 mm. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les particules sont broyées à une dimension inférieure à 0,25 mm. 4. Procédé selon lune quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les particules sont broyées à une dimension inférieure a 0,149 mm. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que la fraction de flottation est renvoyée dans la zone d'oxydation partielle. 6. Procédé de gazéification d'un combustible solide, caractérisé en ce qu' il consiste à soumettre un combustible solide finement divisé broyé de façon qu' au moins 95 % en poids passe au travers d'un tamis de 1,41 mm d'ouverture de maille avant d'être soumis à une oxydation partielle en vue de produire un gaz contenant du monoxyde de carbone et de l'hydrogène et contenant des particules entraînées, à assembler lesdites particules entraînées dans l'eau, à broyer les particules assemblées pour réduire leur dimension, à soumettre les particules broyées a une flottation par mous sage pour obtenir une fraction de flottation et une fraction rés i- duaire et à renvoyer la fraction de flottation vers la zone d'oxydation partielle. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que 100 % du combustible solide finement divisé passe au travers d'un tamis de 0,85 mm d'ouverture de maille. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que on élimine des particules recueillies avant le broyage les particules de dimension supérieure à 0,84 mm. 9. Procédé selon la revendication & caractérisé en ce que les particules rassemblées restantes sont broyées à une dimension inférieure à 0,25 mm. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les particules rassemblées restantes sont broyées à une dimension inférieure à O, 149 mm.