Brevet FR2495179A1 — publié le 19820604

Dans les gazogènes modernes, la production d'un gaz à haute teneur en hydrogène est généralement obtenue par l'utilise tion d'un agent gazéifiant constitué par un mélange d'oxygène el de vapeur d'eau. Dans l'exploitation par gazéification souterraine à grande profondeur, l'utilisation d'un tel mélange présente dif- férents inconvénients qui sont détaillés dans la demande de bre- vet français n0 8118874 et qui peuvent se résumer comme suit: - nécessité d'injecter ce mélange gazeux à relativement haute température (de l'ordre de 2500C), ce qui augmente le coût des sondages d'injection et rend pratiquement impossible l'utilisa- tion d'une méthode de gazéification, dans laquelle l'agent ga- zéifiant serait acheminé à travers des galeries creusées par les techniques minières conventionnelles; - réduction du rendement énergétique global, du fait que l'agent gazéifiant ne peut se préchauffer au contact des roches, qui entourent le gazogène, et qu'il peut, au contraire, leur cé- der une partie de sa chaleur sensible. Une autre difficulté rencontrée dans le développement de tous les procédés de gazéification souterraine résulte du fai- que le charbon, soumis aux réactions de gazéification, se pré- sente sous la forme d'une-veine compacte et que, de ce fait, les surfaces de contact entre gaz et solide sont toujours d'un ordre de grandeur très faible, lorsqu'on les compare aux surfaces de contact réalisées dans des gazogènes de surface qui opèrent sur des charbons calibrés. le procédé conforme à l'invention a pour objet de remé- dier à ces différents inconvénients. Pour y parvenir, il utilise simultanément deux types d'agents gazéifiants: un agent gazéifiant gazeux contenant de l'oxygène, injecté à la température ambiante en arrière du front de gazéification, et un agent gazéifiant liquide contenant de l'eau, éventuellement mélangée à des additifs solubles ou li- quides, injecté à haute pression en avant du front de gazéifica- tion et qui parvient dans la zone de réaction par infiltration à travers le charbon. Ce liquide peut être injecté à température ambiante ou à une température relativement élevée, tout en restant inférieure à la température d'évaporation de l'eau qui correspond à la pres- sion d'injection utilisée. Le procédé conforme à l'invention est décrit ecad'res en se référant à la figure annexée qui représente une coupe réa- lisée à la surface de contact entre la veine de houille et les roches qui la recouvrent. Le sondage d'injection de l'agent gazéifiant gazeux re- coupe la veine au point 1, situé en arrière du front de gazéifi- cation qui s'étend entre les points 2 et 3. Le sondage d'injec- tion de l'agent gazéifiant liquide recoupe la veine au point 4, situé en avant du front de gazéification. Ce sondage peut être réutilisé ultérieurement comme sondage d'injection de l'agent gazéifiant gazeux lorsque le front de gazéification a suffisamment progressé. L'agent gazéifiant gazeux et les gaz produits par les réactions de gazéification s'écoulent entre le massif de charbon 5 et la zone d'éboulis 6 qui résulte de l'effondrement des roches susjacentes. L'agent de gazéification liquide injecté au point 4 s'écoule à travers le charbon en place vers le front de gazéifi- cation 2 - 3,* o il ressort en suintant à travers les plans de stratification et à travers les microfissures qui préexistent dans le charbon. ' Le débit de liquide injecté est réglé à volonté en agissant sur la pression d'injection, qui sera toujours supé- rieure à 60 % de la pression lithostatique correspondant à la profondeur du gisement et qui peut, sans inconvénient, atteindre % à 120 % de cette pression lithostatique. Pour un gisement situé à 1.000 m de profondeur, ceci correspond à des pression d'injection comprises entre 150 bar et 300 bar. Le liquide peut être injecté à température ambiante mais on peut également envisager de le préchauffer jusqu'à une température de l'ordre de 3000C à 35000, ce qui a pour résultat d'assurer un certain degré de préchauffage du massif de charbon et de faciliter l'évaporation de l'eau, lorsqu'elle parvient au front de gazéification. Les gaz résultant des réactions de gazéification s'éva- cuent, suivant une technique connue, par un chenal 7 crée dans l'épaisseur de la veine et qui relie l'extrémité du front de ga- zéification au sondage 8, à travers lequel ils sont évacués vers la surface. L'agent de gazéification gazeux injecté au point 1 doit comprendre une certaine quantité d'oxygène, cet oxygène étant nécessaire pour maintenir le front de gazéification à une température suffisante, grâce à l'exothermicité des réactions 02 + C = C02 et 02 + 2 C = 2 C0 En pratique, l'agent gazéifiant gazeux peut être de l'air, de l'air enrichi d'oxygène, de l'oxygène ou de l'oxygène mélangé à du C02, afin de profiter des avantages décrits dans la demande de brevet français n0 81 18874. L'agent de gazéification liquide peut être de l'eau, de l'eau additionnée de produits tels que l'ammoniac, qui-sont susceptibles de favoriser le morcellement du charbon, ou encore de l'eau additionnée de produits résiduaires dont on veut se débarrasser tels, par exemple, les eaux phénolées ou goudron- neuses,-qui ont été utilisées pour le lavage du gaz produit. Les avantages du procédé conforme à l'invention sont multiples: - Il permet une réduction très importante du diamètre des son- dages d'injection de l'agent gazéifiant gazeux. A titre d'exemple, pour une même quantité de charbon gazéifié, le volume injecté peut être réduit dans le rapport de 6 à 1 si on injecte de l'oxygène à-température ambiante, en lieu et place d'un mé- lange à 3000C constitué de vapeur et d'oxygène dans le rapport molaire de 2 à 1. Une réduction supplémentaire du coût des sondages d'in- jection est obtenue par le fait que l'injection d'un gaz froid permet d'éviter le placement d'un tubage intérieur calorifugé destiné à réduire les pertes thermiques et à protéger la cimen- tation des tubes de casing. - Il permet la suppression des chaudières et de leur alimenta- tion en combustible, ce qui entraîne une économie considérable dans les investissements et dans les frais de fonctionnement des installations de surface destinés à la préparation des agents gazéifiants. Une économie supplémentaire peut être obtenue par l'élimination des installations de traitements des eaux usées, si celles-ci sont recyclées dans le gazogène souterrain. - Pour autant que la pression du gaz sortant soit maintenue à un niveau suffisamment élevé, le procédé conforme à l'invention permet au gazogène souterrain de se comporter crmme un moteur thermique à haute performance. En effet, on peut admettre, en première approximation, que les réactions entre le carbone fixe et les agents gazéifiants se déroulent conformément au schéma suivant: 02 + 2H20liq + 2C = C02 + H20vap. + CO + H2 Il en résulte que pour une mole d'oxygène, dort on doit assurer la compression à l'entrée du gazogène, on retrouve à la sortie 4 moles de gaz ou de vapeur sous pression élevée. - le procédé permet également une augmentation de l'efficacité des opérations de gazéification en augmentant les surfaces de contact entre gaz et solide. En effet, il est bien connu que l'application des techniques d'infusion d'eau en veine provoque une désagrégation du charbon, qui réduit sa capacité de résis- tance aux pression de terrain et qui favorise l'écrasement et l'émiettement de la veine. Cet effet peut encore être accentué, si l'eau d'injec- tion comporte certains additifs chimiques, tels que l'ammoniac, susceptibles de favoriser la désagrégation du charbon. - En évitant toute injection d'agent gazéifiant à température élevée, le procédé conforme à l'invention peut s'appliquer in- différemment en injectant l'agent gazéifiant à partir de la sur- face ou en l'injectant de bas en haut à partir de galeries sou- terraines creusées par les techniques minières conventionnelles, suivant les modalités qui font l'objet de la demande de brevet français no 81 10557. R E V E N D I C A A I 0 N S 1. Procédé d'exploitation du charbon par gazéification souterraine, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser simul- tanément un agent gazéifiant gazeux contenant de l'oxygène, in- jecté à la température ambiante en arrière du front de gazéifi- cation, et un agent gazéifiant liquide contenant de l'eau, in- jecté à haute pression en avant du front de gazéification. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent gazéifiant gazeux est de l'air, de l'air enrichi d'oxygène, de l'oxygène ou de l'oxygène mélangé à du dioxyde de carbone. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent gazéifiant liquide est de l'eau, de l'eau addition- née d'ammoniac ou de l'eau résiduaire provenant des installations de lavage du gaz produit. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent gazéifiant liquide est injecté à une pression com- prise entre 60 % et 120 % de la pression lithostatique, qui cor- respond à la profondeur du gisement. 5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent gazéifiant liquide est préchauffé avant son injection jusqu'à une température inférieure à la température de vaporisa- tion de l'eau, qui correspond à la pression d'injection utilisée.