Brevet FR2505864A1 — publié le 19821119

La présente invention concerne un procédé à sec pour la gazéification du charbon ou d'une autre matière carbonée dans un four rotatif L'invention a trait en particulier à des perfectionnements à un procédé susceptible d'être mis en oeuvre dans des fours rotatifs comportant des sorties de gaz aux deux extrémités du four et des orifices d'admis- sion air-vapeur s'étendant radialement à travers l'enveloppe du four de manière à tourner avec le four et passer au- dessous d'un lit de charbon dans le four. Les procédés de gazéification du charbon mis en oeuvre dans un four rotatif incliné sont connus pour leurs divers avantages Les fours rotatifs pour la gazéification du char- bon 1) peuvent être construits à une très grande échelle; 2)Ie débit peut être aisément réglé en jouant sur la vitesse de rotation; 3) la charge d'alimentation n'a pas besoin d'être tamisée en des tailles particulièresle four rotatif manipulant des gros morceaux et des parties très fines; 4) il peut être prévu suffisamment d'espace pour permettre le gonflement du charbon gras et 5) un brassage constant de la charge de charbon, dû à la rotation du four, assure des températures sensiblement homogènes au sein du lit en chaque endroit le long de l'axe longitudinal du four. Les procédés de gazéification du charbon mis en oeuvre dans un four rotatif incliné sont connus au moins depuis le brevet US 247 322 au nom de F Egner daté du 20 Septembre 1881 et un tel procédé a été décrit dans le brevet français 149 049 de 1882 comme pouvant être mis en oeuvre dans un four rotatif comportant des orifices à gaz s'étendant radia- lement à travers celui-ci Le brevet US 1 12 l 906 au nom de G E Downs du 22 Décembre 1914 décrit un four rotatif doté d'orifices et scellé pour fonctionner avec de l'air sous pression ou tout autre gaz ou vapeur introduit à travers les orifices dans l'enveloppe du four. On pense que la première suggestion d'un procédé dans lequel deux courants de gaz combustibles de composition différente peuvent être produits dans un système unique se trouve dans le brevet US 1 159 675 au nom de J W Hornsey 2 2505864 daté du 9 Novembre 1915 Le procédé de ce brevet Hornsey de 1915 utilise trois fours rotatifs,un premier four pour le séchage et le préchauffage du charbon,un deuxième four pour le dégagement de gaz à environ 4820 Ccontenant des matières volatiles condensables (gaz/dénommé "gaz de charbon") et un troisième four pour le dégagement de gaz à partir de charbon à plus de 8710 C dans une atmosphère de vapeur,ces gaz étant sensiblement exempts de matières volatiles condensables (ces gaz étant désignés par "gaz à l'eau"). Le brevet US 1 214 164 du 30 3 anvier 1917 au nom de 3.W Hornsey est peut-être la première description d'un four rotatif pour la gazéification du charbon,comportant des orifi- ces de sortie des gaz aux deux extrémités du four Ce brevet Hornsey de 1917 décrit deux procédés pouvant être mis en oeuvre avec un tel four Le premier procédé décrit est un pro- cédé pour la production d'un gaz, le gaz à l'eau, à partir d'une charge ayant été préalablement cokéfiée La description de ce procédé au gaz à l'eau précise que l'arrivée de vapeur et la sortie du gaz à l'eau peuvent se trouver à l'une ou l'autre extrémité du four ou selon toute combinaison Le deuxième procédé décrit dans ce brevet est un procédé pour la production de deux courants gazeux,du gaz de charbon et du gaz à l'eaudans un four rotatif uniquele gaz de charbon étant évacué à l'extrémité d'admission du charbon du four rotatif et le gaz à l'eau étant évacué à l'extrémité de décharge des cendres du four. Les brevets Hornsey US 1 267 410 du 28 Mai 1918 et 1.270 949 du 2 Juillet 1918 décrivent encore deux procédés. Le premier procédé décrit dans chacun de ces brevets est un procédé dans lequel du gaz est soutiré à l'extrémité d'admis- sion du charbon d'un four rotatif et l'admission de vapeur est augmentée ou diminuée pour régler la température et la composition du gaz Le deuxième procédé décrit dans chacun de ces brevets est un procédé dans lequel un gaz exempt de goudron est obtenu par réglage d'une arrivée d'air pour favo- riser la combustion et ce gaz est évacué à l'extrémité de décharge des solides du four Ce procédé est décrit comme 3 2505864 fournissant de l'air en une quantité suffisante-pour conver- tir le monooxyde de carbone en dioxyde de carbone et produire de la chaleur en une quantité telle que les goudrons sont 'portés à une température tellement élevée qu'ils se transforment en des gaz fixés Des températures aussi élevées n'y sont pas décrites de manière spécifique, mais il est connu que pour convertir ainsi ces goudrons et en même temps faire fonctionner efficacement le procédé (c'est-à-dire avec une conversion quasi-totale du charbon en gaz), la température à l'intérieur du gazéifieur devra être de l'ordre de 13700 C à 1835 %C Une telle opération présente deux inconvé- nients Premièrementdes températures aussi élevées sont très néfastes pour le four rotatif et son garnissage Deu- xièmement,par cette opération une grande partie de l'énergie contenue dans le charbon est transformée en de la chaleur sensible non récupérable, au détriment de la conversion plus souhaitable de l'énergie dans le charbon en énergie chimique latente dans un gaz combustible libérable sous forme d'énergie thermique après combustion du gaz La conversion d'une grande partie de l'énergie du charbon en chaleur sensible plutôt qu'en énergie chimique latente dans le gaz combustible de ce procédé Hornsey à four rotatif avec insufflation d'air signi- fie que le gaz combustible produitbien qu'il soit exempt de goudrons, devrait avoir une très faible valeur calorifique chimique latente, beaucoup plus faible que les gaz combusti- bles produits par la présente invention Si, d'autre part, on fait fonctionner ce procédé Hornsey pour convertir les goudrons en gaz à des températures nettement plus basses (par exemple aux alentours de 1038-10930 C),la valeur calorifi- que chimique latente du gaz produit sera plus élevée par unité de volume de gaz mais les valeurs calorifiques chimiques totales par tonne de charbon sont beaucoup plus faibles que celles de la présente invention. Ainsi qu'il ressort de la description qui suit, de la présente invention,celle-ci peut être considérée comme un perfectionnement aux procédés divulgués dans les brevets Hornsey précités de 1917 et 1918. 4 2505864 Avant de poursuivre la description de la présente invention,on examinera trois autres brevets qui ont trait à la gazéification du charbon dans un four rotatif et qui ont été accordés après les brevets Hornsey précités. Le brevet US 1 916 900 du 4 Juillet 1933 au nom de J.N Vandegrift et coll décrit un four rotatif avec des sorties de gaz aux deux extrémités Toutefoisle procédé décrit dans ce brevet est un procédé à température relativement basse (n'excédant pas 593 'Ct pàur la récupération de "résidus cokéfiés" et "pour la conversion de blocs de charbon semibitumineux et de houille grasse et de certaines houilles bitumineuses en des blocs d'anthracite",ce procédé n'étant par conséquent pas destiné à fournir un dégagement maximal de-gaz combustibles à partir de la charge d'alimenta- tion. Le brevet US 3 990 865 du 9 Novembre 1976 au nom de A Cybriwsky et G T Petersen décrit un four rotatif de gazéi- fication du charbon avec des orifices radiaux pratiqués dans l'enveloppe du four rotatif pour l'admission d'air et de vapeur à l'intérieur du four, soit lorsque les orifices passent au-dessous du lit de particules de charbon à l'intérieur du four ou en continu lorsque les orifices sont entrainés,dans cet- te orbite circulaireautour du lit de charbon à l'intérieur du four. Le brevet US 4 214 707 du Z 9 Juillet 1980 au nom de T.W Flaherty décrit un dispositif de conduites d'alimentation de fluidede vannes, d'ouvertures et de buses pour orifices, pour l'injection d'air et de vapeur dans un four de gazéifi- cation du charbon tel que celui décrit dans le brevet US 3 990 865 de Cybriwsky et Petersen et/ou dans la description suivante concernant la présente invention. On a introduit la description ci-dessus de l'art antérieur en identifiant cinq avantages présentés par tous les procédés de gazéification du charbon à four rotatif,comparativement à des procédés qui ne sont pas mis en oeuvre dans des fours rotatifs Un objet de la présente invention est un procédé de gazéification du charbon dans un four rotatif qui possède des 2505864 avantages supplémentaires et caractéristiques parmi lesquels celui de produire des gaz combustibles qui,au total,tirent du charbon plus de valeurs calorifiques sous forme d'énergie chimique latente libérable sous forme d'énergie thermique après combustion du gaz,dans un équipement non associé à la pro- duction de gaz à partir de charboncomme par exemple une chau- dière génératrice de vapeur avec production de chaleur sensi- ble limitée à un taux auquel peut être obtenue une récupéra- tion de chaleur substantielle pour d'autres usages économi- quement justifiables, tout en réalisant ce qui précède sans condensation de goudrons sur les surfaces de l'équipement. Un autre objet de la présente invention est de produire des gaz combustibles à partir de charbonlesdits gaz ren- fermant plus de valeur calorifique sous forme d'énergie chimique latente et moins de chaleur sensible non récupérable, sans qu'il soit besoin de faire réagir le charbon avec de l'oxygène pur et sans qu'il soit nécessaire de travailler à des températures supérieures à environ 10930 C. Ainsi qu'il ressort de la description qui suit,le procédé de l'invention ne tente pas d'éviter totalement la production de goudrons et de gaz chargés de goudronmais plutôt un procédé unique et économiquement intéressant par lequel sont produits à la fois des gaz chargés de goudron et exempts de goudron et par lequel le gaz exempt de goudron est en partie utilisé pour maintenir les gaz chargés de goudron à des températures suffisamment élevées pour empêcher la condensation des gou- drons sur les surfaces de l'équipement de gazéification. Selon la présente invention,les objectifs précités de l'invention sont atteints par un procédé dans lequel un gaz oxydant et de la vapeur sont insufflés à travers un lit préchauffé de matière carbonée tournant dans un four rotatifavec des débits réglés pour chauffer et faire dégager de la matière un gaz chargé de goudron que l'on fait passer au-dessus de la charge d'alimentation entrante pour transférer une partie de chaleur latente issue de ce gaz en vue du préchauffage de ladite charge entrante, ce gaz de préchauffage étant ensuite évacué à l'extrémité de chargement des solides du four,un gaz exempt de goudron est produit par carbonisa- tion de la matière carbonée et le gaz exempt de goudron est évacué par l'extrémité de décharge des solides à environ 1038 IC Ces courants gazeux évacués sont en outre dosés l'un par rapport à l'autre pour qu'une fraction du gaz exempt de goudron à environ 10380 C se mélange au gaz contenant du goudron se trouvant à une température plus basse qui s'écoule vers l'extrémité de chargement des solides du four en une quantité suffisante pour maintenir ces gaz mixtes d une température suffisamment élevée pour éviter la condensa- tion de goudrons sur les surfaces de l'équipement de gazéifi- cation Le restant du courant gazeux à haute température est soutiré, exempt de goudron,de l'extrémité d'évacuation des solides du four Selon la présente invention,il existe des paramètres opératoires pour le réglage de la proportion des courants gazeux à chaque extrémité du four afin de maintenir les conditions des deux courants gazeux Ces paramètres opératoires comprennent:l)le maintien de la tempé- rature des gaz évacués par l'extrémité d'admission des solides du four à environ 5380 C et 2) le maintien d'une teneur en méthane dans le gaz évacué par l'extrémité de décharge des solides du four de O à environ 0,1 % Ainsi qu'il ressort des exemples décrits ci,"après,il peut être nécessaire,pour se conformer à ces prescriptionsd'évacuer un certain poids de gaz à partir de l'extrémité d'alimentation en solides du four par rapport à un poids de gaz évacués à partir de l'extrémité de décharge des solides du fourceci dans des rapports d'envi- ron 2:1 à 4:1 pour des charbons bitumineux,alors que pour des charbons sub-bitumineux sans préséchageil peut être nécessaire de mélanger sensiblement 100 % du gaz à haute température exempt de goudron avec le gaz à température plus faible contenant du goudron afin que ce gaz soit évacué à l'extrémité de chargement des solides du four avec les goudrons entraînés suffisamment au-dessus de la température de condensation. En ce qui concerne le paramètre de teneur en méthane,il convient de noter que des dispositifs sont disponibles dans le commerce pour surveiller la teneur en méthane d'un courant 7 2505864 gazeuxalors qu'il n'existe pas couramment de dispositifs pour suivre de façon continue la teneur en goudron d'un gaz. Il a cependant été déterminé par la présente invention que, lorsque la teneur en méthane du gaz sortant à l'extrémité de décharge des solides du four dépasse 0,1 %,des goudrons et d'autres hydrocarbures condensables sont vraisemblablement présents dans le gaz C'est pourquoi,une mesure de la teneur en méthane fournit une indication sur la présence ou l'absence de goudrons et d'autres hydrocarbures condensables indésirables dans le gaz à haute température provenant de l'extrémité de décharge des solides du four. La description qui suit illustre certains modes de mise en oeuvre de la présente invention en référence aux dessins annexés sur lesquels: Fig l est un schéma général montrant la circulation des matières/gaz et de l'appareil du procédé de gazéification du charbon en four rotatif; Fig 2 est une vue en coupe du four rotatif muni d'orifi- ces représenté en figure lyprise le long de la ligne II-II de la figure 1; Fig 3 est un graphique montrant la condensation du goudron à partir d'un courant gazeux contenant du goudron, et Fig 4 est un graphique montrant les changements de tempé- rature des particules de matières carbonées solides gazéifiées et des gaz au-dessus du lit ainsi que le cheminement des particules solides à travers le four. En se référant aux dessins annexéson y trouve représenté un gazéifieur 6 comportant une enveloppe de four rotatif 7 incliné à garnissage réfractaire Du charbon ou toute autre matière carbonée solide est introduite à partir d'une conduite de distribution 8 dans une extrémité inclinée 10 de l'envelop- pe de four 7 par l'intermédiaire d'un distributeur 9 Les moyens traditionnels bien connus de l'homme de l'art peuvent être prévus pour la rotation de l'enveloppe de four 7 Etant donné que le dispositif pour la rotation d'un corps de four ne fait pas partie de l'invention et est bien connu de l'homme de l'art,il n'est pas représenté sur les dessins L'enveloppe 8 2505864 de four 7 est inclinée vers le bas à partir de l'extrémité d'admission de la charge solide 10 Jusqu'à l'extrémité de décharge des cendres ll Cette inclinaison associée à l'effet de rotation de l'enveloppe de four 7 fait en sorte que le charbon forme un lit 12 à l'intérieur de l'enveloppe 7 de four garni de matières réfractaires, lit qui se déplace lentement sur le plan incliné à mesure qu'il est gazéifié. L'extrémité 10 d'admission de la charge solide du four 7 est munie d'une hotte ou coupole fixe 13 dotée d'une conduite d'évacuation des gaz 14 L'extrémité 11 de décharge des cendres du four 7 est équipée d'une coupole fixe 15 La coupole de décharge des cendres comporte une conduite 16 d'évacua- tion des gaz et un orifice 17 de décharge des cendres Il est prévu un brûleur à mazout 31 dans la coupole de sortie 15 pour préchauffer le four et le charbon Jusqu'à la tempéra- ture de fonctionnement au cours du démarrage Un brûleur,un chauffage au gaz ou n'importe quel type de combustible appro- prié peut être utilisé à cet effet. Avec un gazéifieur 6 fonctionnant,comme décrit plus loin, sous une pression supérieure à la normale dans l'enveloppe de- four 7,le distributeur de charbon 9 et la décharge de cendres 17 peuvent être construits et disposés comme indiqué dans le brevet US 4 244 705 du 13 Janvier 1981 au nom de Seidl et coll. Les figures 1 et 2 des dessins montrent de façon schémati- que une disposition qui sera décrite pour le passage de l'air et de la vapeur a travers des orifices dans le four 7 à garnissage réfractaire et à travers le lit de matières 12 à l'intérieur du four Toutefoisavant de poursuivre la descrip- tion du dispositif indiqué,l'attention est attirée sur le fait que pour éviter une description inutilement compliquéele dis- positif indiqué est une représentation simple ne correspondant pas à un dispositif convenant au plan industriel Des systèmes industriellement acceptables pour la distribution de deux courants gazeux(qui peuvent être de l'air et de la vapeur)vers un four rotatif et à travers des orifices pratiqués dans l'enveloppe de four rotatif sont connus et font le plus souvent appel à un système d'amenée de deu, az identiques à celui représenté dans le brevet US 3 661 370 du 9 Mai 1972 au nom 9 2505864 de E F ROSSI D'autre part, si des orifices d'admission d'air et de vapeur ne doivent être ouverts que lorsque les orifices passent au-dessous d'un lit de matière dans le four comme le veut le mode de fonctionnement préféré de l'invention, les vannes dans les conduites de distribution des gaz peuvent être ouvertes ou fermées, lorsque les orifices arrivent en des positions choisies sur leurs parcours orbitaux,par des systè- mes de commande des vannes par came et culbuteur tels que décrits dans les brevets US 3 847 538 du 12 Novembre 1974, 3 945 624 du 23 Mars 1976 et 4 070 149 du 24 Janvier 1978 au nom de ROSSI. La représentation schématique simplifiée des figures 1 et 2 d'un système pour l'alimentation en air et vapeur d'une enveloppe de four rotatif 7 inclut un ventilateur 19 pour la mise sous pression de l'air,avec une conduite 2 O,une source de vapeur sous pression (non représentée) et un conduit 21 d'alimentation de vapeur Les conduits 20, 21 débouchent à travers une plaque d-assemblage non rotative 22 Une condui- te multitubulaire non rotative 23 s'appuie sur la plaque 22 et est munie, comme indiqué sur la figure 2,de fentes incurvées 24,25 En appui sur la conduite multitubulaire 23,se trouve, sur une face opposée de la plaque d'assemblage non rotative Z 2, un porte tubes 26 monté sur l'enveloppe de four Pdestiné a tourner avec l'enveloppe de four 7 Un certain nombre de tubes 2 I,32 espacés sur le pourtour et s'étendant dans le sens axialsont montes dans le porte-tubes 26,les tubes 27,32 s'avançant vers l'extrémité d'addition des solides 10 du four 7 Chacun des tubes 27 est relié à une pluralité de conduits radiaux 28 qui a leur tour sont reliés à des orifices 29 s 'ouvrant radialement vers l'intérieur à travers le four 7 et son garnissage réfractaire 70 pour communiquer avec l'inté- rieur de celui-ci et passer au-dessous du lit de matières 12 s'y trouvant au fur et à mesure de la rotation de l'enveloppe de four 7 Lorsque le four 7 tourne,le four 7 et le porte-tubes 26 entrainent les tubes 27 au- delà de la fente incurvée 24 dans la conduite multitubulaire 23 non rotative pour établir une communication de courant d'air à partir du conduit 20 à travers la fente 24 dans un ou plusieurs des tubes 27 en- 2505864 traînés au-delà de la fente 24 De l'air s'écoule alors à partir des tubes 27 à travers les conduits radiaux 28 et les orifices 29 pour s'infiltrer à travers le lit 12 de matières dans le four. Le système d'amenée et de distribution de vapeur à partir du conduit 21 vers les tubes 32 est analogue au système d'amenée et de distribution de l'air qui vient d'être décrit et il sera décrit à présent. Chacun des tubes 32 est relié à une pluralité de conduits radiaux 33 qui, à leur tour,sont reliés aux con- duits 28 et de là aux orifices 29 A mesure que le four 7 tourne,le four 7 et le porte-tubes 26 entraînent les tubes 32 au-delà de la fente incurvée 25 dans la conduite multitu- bulaire non rotative 23 pour établir une communication du courant de vapeur à partir du conduit 21 à travers la fente 25 dans un ou plusieurs des tubes 32 entraînés au- delà de la fente 25 La vapeur s'écoule alors à partir des tubes 32 à travers les conduits radiaux 33,28 et les orifices 29 pour s'infiltrer avec l'air à travers le lit de matières 12 dans le four. Des vannes (non représentées)peuvent être prévues dans les tubes 27,32 s'étendant dans le sens axial et/ou dans les conduits radiaux 28,33 et/ou être situées dans les tuyaux d'amenée de fluide comme indiqué dans le brevet US 4 214 707 du 29 Juillet 1980 au nom de J W Flaherty, de manière à faire varier la répartition et le nombre d'orifices 29 fonctionnant selon la manière décrite pour fournir des courants d'air et de vapeur nécessités par les différentes matières carbonées à gazéifier Des buses (non représentées) peuvent être montées dans chacun des orifices 29 et peuvent être réalisées comme il est également décrit dans le brevet US 4 214 707 précité. Ainsi qu'il ressort de la description qui suit,du gaz combustible est évacué simultanément à l'extrémité 10 de chargement des solides (charbon) du four 7 et à l'extrémité Il de sortie des solides (cendres)du four 7 Un courant de gaz d'échappement provenant de l'extrémité 10 d'alimentation des solides du four 7 à travers la sortie 11 2505864 des gaz 14 est réglé par une vanne 40 Le courant des gaz d'échappement traversant la conduite 14 se dégage dans un séparateur 41 à cyclone particules-gaz; le gaz d'échappement provenant du cyclone 41 s'écoule alors à partir du séparateur 41 à travers une conduite 42 vers une installation pour une épuration ultérieure (non représentée sur l'appareil) Une installation pour l'épuration complémentaire du gaz provenant de la canalisation 42 peut comporter un épurateur 51 qui peut être celui décrit dans Chemical Engineers Handbook, Perry, 3 ème édition, 1950, McGraw-Hill Book Company,à partir de la page 1034, et un système 52 d'élimination d'hydrogène sulfuré, qui peut être tel que décrit dans le manuel précité en commen- çant à la page 1577 ou tel que décrit dans les brevets US 4.150 953 et 4 260 590 Les matières particulaires telles que celles éliminées des gaz par le séparateur 41 peuvent être recyclées par passage à travers une canalisation 43 en direction d'un appareil d'alimentation 44 (qui peut être construite et disposée comme la conduite d'alimentation 9 > et les matières particulaires sont renvoyées dans le gazéifieur 6. Le courant de gaz d'échappement provenant de l'extrémité 11 de décharge des solides (cendres)du four 7 à travers la canalisation 16 est réglé par la vanne 47 Le courant de gaz d'échappement à travers la canalisation 16 aboutit dans un séparateur 48 à cyclone particules-gaz, le gaz d'échappement débarrassé des matières particulaires s'écoulant du séparateur 48 à travers une conduite 49 vers un appareil 53 de récupéra- tion de chaleur afin de récupérer la chaleur provenant de ce courant gazeuxpar exemple par production de vapeur Le gaz issu de l'appareil 53 passe dans un épurateur 54 qui peut être celui décrit à propos de l'épurateur 51 et ensuite dans le système 52 d'élimination d'hydrogène sulfuré Le gaz provenant du système d'élimination d'hydrogène sulfuré 52 peut être envoyé dans un brûleur de chaudière à vapeur ou dans une cen- trale à cycle combiné (non représentée) Les matières particu- laires retirées des gaz par le séparateur 48 passent à travers 12 2505864 une conduite 50 pour se décharger dans le conduit de sortie des cendres/pour être rejetées selon une manière appropriée avec les cendres évacuées du four 7. La description d'un procédé selon la présente invention débutera avec une description du fonctionnement d'une installation telle que décrite jusqu'à présent par référence aux figures 1 et 2 et on poursuivra ensuite avec une descrip- tion plus détaillée en se référant aux graphiques des figures 3 et 4. La mise en service de l'appareil indiqué sur la figure 1 débute tout d'abord par l'allumage du brûleur 31 en vue du préchauffage de la matière réfractaire 70 du four rotatif et de l'enveloppe 7,des coupoles 13,15 et des canali- sations 14,16 d'évacuation des gaz Lorsque lasurface inter- ne de la matière réfractaire 70 a atteint une température entre 815 et 9850 C,les particules de charbon sont introduites dans le four 7 à travers la conduite d'alimentation 9. Une fois que le four est partiellement rempli et que le lit de charbon 12 a essentiellement recouvert la longueur du four, on commence à injecter de l'air et de la vapeur à travers les orifices 29 et le lit 12 à mesure que les orifices 29 passent au-dessous du lit et on coupe le brûleur 31 La tempé- rature du lit de charbon se déplaçant le long du plan incliné du four 7 s'élève rapidement de 8600 C à 12001 C environ -25 près de l'extrémité 11 de décharge des solides du four 7 et on règle le rapport air/vapeur injecté à travers les orifi- ces 29 pour maintenir les températures désirées. De l'air sous pression provenant de la soufflante 19 s'écoule à travers le conduit 20,la fente incurvée 24 dans la conduite multitubulaire 23 (voir également figure 2) et dans chaque tube 27 s'étendant dans le sens axial (représen- té seulement sur la figure l)entrainé au-delà de la fente 24 par la rotation de l'enveloppe de four 7 A partir des tubes 27,1 'air passe à travers les conduits radiaux 28, les orifices 29 et le lit de matières 12. De la vapeur sous pression (provenant d'un générateur de vapeur non représenté) s'écoule à travers le conduit 21 13 2505864 la fente incurvée 25 dans la conduite multitubulaire 23 (voir également figure 2) et dans chaque tube 32 s'étendant dans le sens axial (représenté seulement sur la figure 1) entraîné au-delà de la fente 25 par la rotation de l'envelop- pe de four 7 A partir des tubes 32,la vapeur passe à travers des conduits radiaux 33 qui s'ouvrent sur les conduits 28, après quoi de la vapeur mélangée à de l'air passe à travers les orifices 29 et le lit de matières 12 Il convient toutefois de noter que les tubes de vapeur 32 ne se prolongent pas aussi- loin en direction de l'extrémité d'alimentation 10 du four 7 que ne le font les tubes à air 28 ce qui permet donc-de ne réaliser que l'injectiond'air dans le lit avant l'injection du mélange d'air et de vapeur pour des raisons exposées plus loin à propos de la figure 4. Les pressions de vapeur et d'air dans le four 7 sont ajustées de manière à fournir une pression de gaz à l'inté- rieur du four qui est d'au moins 13,72 10 ck, et de préférence de 41,16 îç 4 Ikà 123,48 104 P supérieure à la pression atmosphérique _amhiante extérieure au four L'évacuation de ces gaz sous pression aux deux extrémités 10, 11 du four 7 peut être par conséquent réglée par ajustement des vannes 40,47. Le procédé selon l'invention pour la gazéification de particules de charbon solides dans le lit 12 du four rotatif 7 produit simultanément et de façon continue deux courants de gaz combustibles nettement différents à partir des extrémités opposées du four unique 7 Le premier des courants gazeux qui renferme la quasi totalité des goudrons produits par le procédé se forme lorsque le charbon est chauffé d'en- viron 2000 C à 8701 C et s'il était évacué à partir de l'extré- mité 10 d'admission des solides du four 7 sans introduction de gaz à température plus élevée, ce gaz se trouverait dans une gamme de températures susceptible de provoquer la condensation des goudrons vaporisés (voir figure 3) Le deu- xième courant gazeux est produit dans une atmosphère d'air et de vapeur après que le charbon a été chauffé au-dessus d'environ 8700 C et transformé en matière carbonisée. Ce deuxième gaz est évacué à l'extrémité 11 de décharge des solides du four 7 à une température relativement élevée ( 10381 C)et est sensiblement exempt de goudron De la chaleur peut être récupérée à partir de ce gaz exempt de goudron et de la vapeur peut être produite par l'échangeur de température 53 après une simple épuration des matières particulaires telle qu'assurée par le séparateur à cyclone 48 L'évacuation du gaz à l'extrémité 10 de chargement de solides au four 7 et celle du gaz à l'extrémité 11 de décharge des solides du four 7 sont réglées l'une par rapport à l'autre par ajustement des vannes 40,47 de façon qu'au moins une partie du gaz exempt de goudron à 10380 C se mélange au gaz contenant du goudron qui s'écoule vers l'extrémité 10 du four 7,ce gaz à température plus élevée étant présent en une quantité suffisante pour maintenir ces gaz mixtes à une tempé- rature d'environ 5380 C qui est suffisamment élevée pour empêcher la condensation des goudrons sur les surfaces de l'équipement (à savoir du four, des vannes de dégagement des gaz, etc) La figure 3 montre qu'il y a très peu de condensation de goudrons au-dessus de 3710 C Cependant,même une faible condensation de goudron pendant une période de temps prolongée conduit à une accumulation importante de dépôt de goudron sur le garnissage du four 7 et à l'intérieur des vannes 40,47,ce qui peut perturber le fonctionnement convenable de l'équipement destiné au procédé Pour un fonc- tionnement sans difficulté pendant de longues périodes,il a été déterminé une température d'évacuation des gaz à partir de l'extrémité 10 d'admission des solides du four 7 d'environ 5380 C pour un mélange préféré des deux courants gazeux Il est à noter cependant que si les gaz sont évacués à l'extrémité 10 d'admission des solides du four 7 à des températures beaucoup plus élevées que nécessaire pour éviter la condensation de goudron sur les surfaces de l'équipementcela voudrait dire que du gaz à température élevée est inutilement retiré du courant gazeux à partir duquel de la chaleur peut être récupé- rée après un simple nettoyage des particules par le séparateur à cyclone 48. 2505864 Le fonctionnement du procédé peut être encore illustré par référence à la figure 4 qui est un graphique des tempéra- tures du gaz au-dessus du lit et des températures du lit par rapport au trajet des matières solides à partir de l'extré- mité 10 d'admission des solides du jour 7 en direction de l'extrémité 11 de décharge des solides du four 7. La figure 4 montre que les particules de charbon solides se déplaçant à travers le-four 7 sont séchées à mesure que la température des particules passe d'environ 930 C à environ 1500 C Lorsque les particules de charbon sont chauf- fées jusqu'à environ 2040 C et au-dessus et qu'elles passent au-dessus des orifices à air 294 le charbon commence à dégager des matières volatiles en fournissant un gaz contenant du goudron (appelé quelquefois "gaz de charbon") qui est presque totalement extrait du charbon au moment o le charbon est chauffé à 8710 C ou un peu plus haut Le départ total des matières volatiles transforme le charbon en une matière- carbonisée A mesure que cette matière est portée à une température plus élevée dans l'atmosphère d'air-vapeur fournie par le courant de vapeur à travers les conduits 33 de la figure 1 et qu'elle atteint une température d'environ 8710 C et plusla matière carbonisée dégage un gaz exempt de goudron (appelé quelquefois "gaz à l'eau"). Avec le four 7 fonctionnant sous pressionl'ouverture des vannes 40,47 (représentées sur la figure 1) permet et règle l'évacuation de gaz aux deux extrémités du four 7 Les vannes 40,47 sont ouvertes pour évacuer tout le gaz contenant du goudron plus au moins une partie du gaz exempt de goudron à partir de la zone d'écoulement des gaz bi-di- rectionnelle indiquée par l'aire hachurée de la figure 4. Ainsi qu'il apparait sur la figure 4,la température du gaz contenant du goudron chute assez rapidement à mesure qu'il s'écoule vers l'extrémité 10 d'introduction des solides du four et préchauffe le charbon entrant qui s'écoule en basculant en direction de l'extrémité Il d'évacuation des solides du four 7 A part le fait que l'on retire une partie de gaz exempte de goudron,provenant de la zone hachurée de la figure 4, à l'extrémité 10 d'introduction des solides en même temps que le gaz contenant du goudronles gaz éva- cués à l'extrémité 10 d'introduction des solides devront être refroidis au-dessous de 5380 C suivant les séquences de condensation de goudron indiquées sur le graphique de la figure 3 Le réglage exact des vannes 40, 47 (représentées sur la figure 1) à n'importe quel moment sera tel que l'on maintiendra la température de sortie du gaz à partir de l'ex- trémité 10 d'introduction des solides du four à une tempéra- ture cible,par exemple à environ 5380 Cpour éviter la conden- sation du goudron sur les surfaces de l'équipement Pour la plupart et peut être pour la totalité des charbonsle maintien de la température cible précitée d'environ 5381 C garantit également que le gaz d'échappement à l'extrémité 11 de dé- charge des solides demeure exempt de goudron si bien que de la chaleur peut être récupérée à partir de cette vapeur par l'échangeur de températures 53 après seulement une épuration par le cyclone 48 et avant passage dans l'épurateur 54 et le système d'élimination d'H 2 S Cependantun autre paramètre pour vérifier que le gaz d'échappement à l'extrémité 11 d'é- * vacuation des solides est exempt de goudron consiste à mesurer la teneur en méthane de ce gaz Ainsi qu'il a été expliqué auparavant,il existe dans le commerce des dispositifs pour la surveillance de la teneur en méthane et une teneur en méthane de 0 à environ 0,1 % indique que des goudrons ne sont vraisembla- blement pas présents. La description précédente montre que la présente in- vention fournit un procédé pour rendre maximale la production des valeurs calorifiques d'un gaz combustible sous forme d'énergie chimique latente libérable sous forme d'énergie thermique lors de la combustion du gaz tout en évitant la con- densation de goudrons dans un courant gazeux extrait à partir de l'extrémité d'alimentation des solides du four. D'autres avantages du-procédé selon la présente inven- tion ressortiront plus clairement des exemples décrits ci-après en ce qui concerne la gazéification de matières carbonées particulaires. 17 2505864 EXEMPLES EXEMPLE I AVEC DU CHARBON D'ILLINOIS N 6 Composition approximative Humidité 12,0 % Matières volatiles 33,3 % Carbone fixé 41,7 % Cendres 13,0 % Composition élémentaire,hors humidité Soufre 5,3 % Hydrogène 5,1 % Carbone 75,5 % Azote 1,2 % Oxygène 12,9 % Paramètres opératoires et résultats. Kgs de gaz se dégageant à l'extrémité par kg de charbon introduit dans le four = 2,0. Kgs/heure a) Charbon 189,5 b) Cendres 29 - c) Gaz se dégageant à l'extrémité d'alimentation des solides 515 d) Gaz se dégageant à l'extrémité d'évacuation des solides 177,7 e) Rapport de c) sur d) 3 à 1 f)Vapeur 106,4 g) Air 426 EXEMPLE II AVEC DU CHARBON PITTSBURGH N 8 Composition approximative Humidité 4,4 % Matières volati- les 39,5 % Carbone fixé 48,6 % Cendres 7,5 % Composition élémentaire,hors humidité Soufre 3,8 % Hydrogène 5,7 % Carbone 82,7 % Azote 1,6 % Oxygène 6,2 % et cendres d'alimentation o C et cendres 18 2505864 Paramètres opératoires et résultats. Kgs de gaz se dégageant à l'extrémité d'alimenta- tion par kg de charbon introduit dans le four = 2,7. kgs/heure o C a) Charbon 162,7 21 b)Cendres 14,5 1038 c) Gaz se dégageant à l'extrémité d'alimentation des solides 434,5 538 d) Gaz se dégageant à l'extrémité d'évacuation des solides 246 1038 e)Rapport de c) sur d) 2 à 1 f) Vapeur 106,4 246 g) Air 426 246 EXEMPLE III AVEC DU CHARBON SUB-BITUMINEUX"WYOMING POWDER RIVER" Composition approximative Humidité 30,4 % Matières volatiles 31,1 % Carbone fixé 32,1 % Cendres 6,4 % Composition élémentaire, hors humidité et cendres Soufre 0,8 % Hydrogène 5,5 % Carbone 75,7 % Azote 1,0 % Oxygène 17,0 % Paramètres opératoires et résultats. Kgs de gaz se dégageant à l'extrémité d'alimenta- tion par kg de charbon introduit dans le four: 3,1. -Kgs/heure C a)Charbon 246,4 21 b)Cendres 20 1038 c)Gaz se dégageant à l'extrémité d'alimentation des solides d)Gaz se dégageant à l'extrémité d'évacuation des solides e)Rapport de c) sur d) f)Vapeur g)Air 758,6 % 106,4 -19 2505864 A partir de la description détaillée précédente de la présente invention et de ses exemples de fonctionnement, il a été montré comment les objets de la présente invention -ont été atteints selon une manière préférée Toutefois, des modifications et des équivalents des concepts divulgués tels qu'ils peuvent aisément venir à l'esprit de l'homme de l'art doivent être inclus dans le cadre de l'invention. Ainsila portée de l'invention ne devra être limitée que par celle des revendications annexées. 2505864 -REVENDICATIONS- l.Procédé à sec pour la gazéification en continu de particules non calibrées d'une matière carbonée solide qui, après avoir été progressivement chauffées jusqu'à une tempéra- ture finale d'environ 1093 C en passant par des traitements thermiques étagés dans lesquels la matière libère de la vapeur d'eau, de l'hydrogène, du monooxyde de carbone,du dioxyde de car za,* des sapeurs et de la fumée d'hydrocarbures (aérosols Yet des gaz exempts d'hydrocarbures (entre 871 et 1093 C)dans l'étage final et à la température-la plus élevée de ladite série d'étages,lesdits traitements étant réalisés dans un four rotatif incliné vers le bas à partir d'une entrée de matières en direction d'une sortie de matière,ledit procédé comprenant les étapes: a) d'acheminement d'une charge d'alimentation continue de ladite matière carbonée vers l'entrée pour former un lit de matière dans le four et mise en rotation du four pour faire progressei le'tl depuis l'entrée Jusqu'à la sortie- du four; b)d'augmentation progressive de la température du lit à mesure que la matière progresse à travers lesdits étages de traitement thermiqueun fluide oxydant contenant de la vapeur étant admis jusqu'à au moins cette partie du lit qui a progressé Jusqu'à l'étage de gazéification final et exempt d'hydrocarbures,pour accroître la température de la matière dans l'étage final jusqu'à approxiativement 1093 C et la température es gazax:e wd P'hydrocabures libérés dans l'étage final Jusqu'à' environ 1038 Cledit procédé étant caractérisé par les étapes complémentaires c)d'évacuation sélective d'une fraction des gaz du procédé, simultanément à partir de chaque extrémité du four,en réglant l'évacuation simultanée du gaz du procédé aux deux extrémités du four pour assurer un écoulement de la quasi-totalité des gaz chargés d'hydrocarbures et d'une fraction des gaz exempts d'hydrocarbures vers l'extrémité d'admission de la matière du four pour préchauffer la matière entrante et refroidir ces gaz et assurer un écoulement de gaz sensible- 21 2505864 ment exempts d'hydrocarbures à une température d'au moins 10381 C environ en direction et à partir de l'extrémité d'évacuation de la matière du four et d)d'abaissementaprès ledit préchauffage,de la température des gaz quittant l'extrémité d'admission de la matière du four jusqu'à approximativement une température prédéterminée à laquelle les goudrons vaporisés peuvent commencer à se condenser en un produit visqueux poisseux,de réglage du dégagement des gaz à partir du four afin d'accroître le dégagement des gaz à l'extrémité d'admission de la matiè- re et réduire le dégagement des gaz à l'extrémité d'évacua- tion de la matière pour augmenter ainsi le débit du gaz exempt d'hydrocarbures à environ 10380 C à partir de l'étage final et à la température la plus élevée, vers et à l'extré- mité d'admission de la matière du four, élever la température du courant de gaz mixtes soutiré à l'extrémité d'admission de la matière à un niveau de température se situant au-dessus de la température prédéterminée à laquelle les goudrons vapo- risés se condensent en un produit visqueux,poisseux. 2 Procédé à sec pour la production de deux courants de gaz combustibles, pour utilisation comme combustible en dehors du procédé,par gazéification en continu de particules non calibrées d'une matière carbonée solide quiaprès avoir été progressivement chauffées jusqu'à une température finale d'environ 10930 C dans des étages de traitement thermique dans lesquels la matière libère un mélange combustible de gaz contenant de la vapeur d'eau, de l'hydrogènedu monooxyde de carbonedu dioxyde de carbone, des vapeurs et de la fumée d'hydrocarbures (aérosols)et des gaz exempts d'hydrocarbures (entre 871 et 10930 C)dans l'étage final et à la température la plus élevée de ladite série d'étages,lesdites phases de traitement étant réalisées dans un four rotatif incliné vers le bas à partir d'une entrée de matières en direction d'une sortie de matièreledit procédé comprenant les étapes: a) d'acheminement d'une charge d'alimentation continue de ladite matière carbonée vers l'entrée pour former un lit de matière dans le four et mise en rotation du four pour 22 2505864 faire progresser le lit depuis l'entrée Jusqu'à la sortie du four; b) d'augmentation progressive de la température du lit à mesure que la matière progresse à travers lesdits étages de traitement thermiqueun fluide oxydant contenant de la vapeur étant admis Jusqu'à au moins cette partie du lit qui a progressé jusqu'à l'étage de gazéification final et exempt d'hydrocarbures, pour accroître la température de la matière dans l'étage final Jusqu'à approximativement 10930 C et la température des gaz exempts d'hydrocarbures libérés dans l'étage final jusqu'à environ 1038 C, ledit procédé étant caractérisé par les étapes: c)d'évacuation sélective d'une fraction des gaz du procédé, simultanément à partir de chaque extrémité du four sous forme de deux courants de gaz combustibles pour utilisation comme combustible en dehors du procédé, en réglant l'évacuation simultanée du gaz du procédé à partir des deux extrémités du four pour créer un premier écoulement de courant gazeux comprenant la quasi totalité des gaz chargés d'hydro- carbures et d'une fraction des gaz exempts d'hydrocarbures vers l'extrémité d'entrée de la matière du four pour pré- chauffer la matière entrante et refroidir ces uaz et créer un deuxième écoulement de courant gazeux comprenant des gaz sensiblement exempts d'hydrocarbures à une température d'au moins 10380 C environ en direction et à partir de l'extrémité d'évacuation de la matière du four; d)le balayage des gaz chargés d'hydrocarbures, à partir de l'extrémité de décharge de la matière du fouravec des gaz exempts d'hydrocarbures en ajustant la quantité de gaz exempts d'hydrocarbures s'écoulant vers l'extrémité d'admis- sion de matière du four pour qu'elle suffise à maintenir le caractère exempt d'hydrocarbures du deuxième courant gazeux qui est évacué à l'extrémité de décharge de matière du four, et e)d'abaissement de la température des gaz se dégageant dans le premier courant à partir de l'extrémité d'admission 23 2505864 de la matière du four en utilisant les gaz du premier courant pour préchauffer la matière entrante,lesdits gaz étant abaissés jusqu'à une température prédéterminée à laquelle les goudrons vaporisés peuvent commencer à se condenser en un produit visqueux poisseux,et de réglage du dégagement des gaz à partir du four pour augmenter la libération de gaz dans ledit premier courant à partir de l'extrémité d'admission de la matière et réduire le dégagement des gaz dans le deuxième courant à partir de l'extrémité d'évacuation de la matière afin d'augmenter le débit et l'effet de balayage du gaz exempt d'hydrocarbures se trouvant à environ 10380 C à partir de l'étage final et à la température la plus élevée, vers et à partir de l'extrémité d'admission de la matière du four pour élever la température des gaz mixtes dudit pre- mier courant soutiré à l'extrémité d'admission de la matière à un niveau de température au-dessus de la température prédé- terminée à laquelle les goudrons vaporisés se condensent en un produit visqueux poisseux. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel la température du lit s'élève progressivement à mesure que la matière chemine à travers lesdits étages de traitement thermiqueun fluideoxydant contenant de la vapeur étant admis dans le lit,ledit procédé étant caractérisé en ce que le fluide oxydant contenant de la vapeur est admis dans cette partie au moins du lit qui a été chauffée à environ 8710 C pour augmenter encore la température de la matière dans l'étage final jusqu'à environ 10930 C et la température des gaz exempts d'hydrocarbures libérés dans l'étage final jusqu'à environ 10380 C. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3,caractérisé en ce que le dégagement des gaz à l'extrémité d'admission de la matière du four est réglé dans le sens d'une augmentation et que le dégagement des gaz à l'extrémité de l'évacuation de la matière du four est réglé dans le sens d'une diminution,lorsque la température des gaz se dégageant à l'extrémité d'admission de la matière du four 24 2505864 tombe au-dessous de 5381 C et en ce que ces réglages sont effectués de manière que la température des gaz se dégageant à l'extrémité d'admission de la matière du four s'établisse et se maintienne à environ 5380 C. 5 Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4,caractérisé en outre en ce que, lorsque la température des gaz se dégageant à l'extrémité d'admission de la matière s'élève à plus d'environ 1490 C au- dessus d'une température prédéterminée à laquelle les goudrons vaporisés se condensent en un produit visqueuxpoisseuxon règle le dégagement des gaz du four pour diminuer le dégagement des gaz à l'extrémité d'admission de la matière et augmenter le dégagement à l'extrémité d'évacuation de la matièreafin de réduire le débit du gaz exempt d'hydrocarbures à environ 10381 C à partir de l'étage final et à la température la plus élevée, vers et à partir de l'extrémité d'admission de la matière du four, en vue d'abaisser la température du courant de gaz mixtes soutiré à Itextrémité d'admission de 'la matière jus 4 u une température d'environ 1491 C au- dessus de la température prédéterminée à laquelle les goudrons vaporisés se condensent en un produit visqueux,poisseux. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5 dans lequel ledit chauffage progressif produit des vapeurs et de la fumée (aérosols)d'hydrocarbures contenant du goudron vaporisé et du méthane et qui est caractérisé en ce que le dégagement des gaz simultanément à chaque ex- trémité du four est réglé de manière à évacuer le gaz vers et à l'entrée de la matière du four en une quantité telle que la teneur en méthane dans les gaz se trouvant à environ 10380 C,évacués à l'extrémité de décharge de la matière du fourse maintienne à pas plus d'environ 0,1 % en volume ainsi qu'en témoigne une absence quasi totale de goudron vaporisé dans les gaz sortant à l'extri&wité:dfévacuation de la matiè- re du four. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6,caractérisé en ce que le dégagement des gaz simul- 2505864 tanément à chaque extrémité du four est ajusté de maniè- re à évacuer environ 1,36 kg de gaz par heure à l'extrémité d'admission de la matière du four pour chaque quantité de 0,454 kg par heure de gaz évacué à l'extrémité de décharge de la matière du four. 8, Procédé selon l'une quelconque des revendications l à 7,caractérisé en ce que les fluides oxydants comprenant de la vapeur sont admis dans le lit de matière à travers des orifices dans l'enveloppe cylindrique du four à mesure que lesdits orifices défilent au-dessous du lit de matière par rotation du four et que le fluide oxydant exempt de vapeur est admis dans une partie du lit de matière à des températures audessous de 10381 C. 9.Procédé selon la revendication 8,caractérisé en ce que les orifices admettent des fluides à l'intérieur du four lorsque les orifices se déplacent au-dessous du lit de matiè- re et que l'écoulement de fluide à travers lesdits orifices est terminé après émergence desdits orifices à partir du dessous du lit jusqu'à ce que la rotation du four amène une nouvelle fois ces orifices au-dessous du lit. 1 O.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que le fluide oxydant est mis sous pression avant admission dans le four à un niveau établi et maintenu pour fournir une pression de gaz à l'intérieur du four, au-dessus et le long de la longueur axiale totale du lit de matièrequi soit d'au moins 34,i 10 P 4 po supérieure à la pression atmosphérique ambiante extérieure au four.