Brevet FR2501711A1 — publié le 19820917

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour la production d'un gaz contenant sensiblement du monoxyde de carbone et de l'hydrogène à partir d'une matière première contenant du carbone et/ou un hydrocarbure. Un but principal de l'invention est de pro- duire,à partir de combustibles carbonés solides ou liquides,un gaz combustible composé sensiblement de monoxyde de carbone et d'hydrogène et ayant une faible teneur en soufre, le soufre éventuellement en présence étant simultanément incorporé à un laitier. La technique proposée conformément à l'inven- tion peut être appliquée avec avantage, par exemple, à la production d'un gaz réducteur pour des procédés chimiques,d'uncombustible convenant comme produit de remplacement du pétrole, d'un gaz pour l'entraînement des turbines à gaz et d'un gaz pour l'alimentation des fours métallurgiques. Les procédés connus jusqu'à présent pour la production de tels gaz consomment beaucoup d'énergie et sont en outré plus ou moins compliqués en ce qui concerne le mode opératoire. De plus, les gaz produits suivant ces pro- cédés connus ont, par exemple, des teneurs élevées en soufre et des teneurs résiduelles élevées en dioxyde de carbone et en eau et constituent donc des produits qui sont particulièrement indésirables du point de vue écologique. La Demanderesse a découvert avec surprise qu'il est possible,conformément à l'invention,de supprimer les inconvénients et insuffisances ci- dessus des procédés connus et la caractéristique essentielle du procédé conforme à l'invention consiste dans le fait que la matière première,sous forme pul- 3E vérulente ou liquide, est injectée en même temps qu'un agent oxydant et qu'un formateur de laitier dans une zone de combustion avec apport simultané d'énergie thermique et que la zone de combustion est constituée dans la partie inférieure d'une cuve remplie d'une matière carbonée solide particulaire et d'un forma- teur de laitier fixant le soufre. Le gaz produit de la sorte conformément à l'invention a une teneur en soufre et des teneurs résiduelles en dioxyde de carbone et en eau qui sont faibles en comparaison de celles des gaz produits suivant les procédés connus. Un autre avantage du procédé conforme à l'invention tient au fait que le soufre est incorporé à une phase de laitier qui est particulièrement favorable du point de vue écologique et qui, par exemple, n'implique pas une formation de sulfure d'hydrogène. En outre,le gaz produit confor- mément à l'invention est sensiblement exempt d'hydro- carbures supérieurs. Grâce au procédé conforme à l'invention, on dispose également d'une régulation simple du pro- cédé lui-même du fait qu'un combustible tampon se trouve dans la cuve,de sorte que les critères de pré- cision concernant l'apport d'oxygène et de combusti- ble pulvérulent à la cuve deviennent moins astreignants, un écart du rapport entre l'oxygène gazeux et le com- bustible pulvérulent ne provoquant pas de détérioration de la qualité du gaz produit. Il est avantageux conformément à l'invention d'utiliser de la chaux ou de la dolomie comme forma- teur de laitier fixant le soufre et d'utiliser comme gaz oxydant un mélange gazeux contenant de l'oxygène et/ou de l'eau. Suivant une forme de réalisation avantageuse de l'invention, il est donc possible de régler la tem- pérature et la teneur en hydrogène du gaz produit dans la cuve en admettant de l'eau dans la partie supé- rieure de la cuve,c'est-à-dire au-dessus de la zone de combustion, tout en exploitant simultanément la chaleur sensible du gaz. Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, la vitesse de combustion et la tempéra- ture peuvent être réglées par une régulation de l'apport d'énergie thermique à la zone de combustion, cette régulation étant effectuée, par exemple, par chauf- fage de l'agent oxydant. Suivant une forme de réali- sation préférée de l'invention, on utilise un généra- teur de plasma comme source de chaleur. L'invention a également pour objet un appa- reil pour la conduite du procédé, cet appareil étant en substance caractérisé en ce qu'il comprend un réac- teur en forme de cuve rempli d'un mélange d'une matiè- re carbonée solide particulaire et d'un formateur de laitier fixant le soufre, le réacteur étant muni de dispositifs pour admettre la matière première con- tenant du carbone et/ou un hydrocarbure qui condui- sent à une zone de combustion dans la partie infé- rieure de la cuve, ainsi que d'une conduite de sortie pour l'extraction continue du laitier formé et d'une conduite de sortie de gaz ménagée à la partie supé- rieure du réacteur, outre dJe dispositifs pour un apport d'énergie thermique supplémentaire suivant les besoins. Avantageusement, le réacteur est muni d'un dispositif d'alimentation en eau dont la sortie débou- che au-dessus de la zone de combustion. L'invention est décrite ci-après en détail avec référence à une forme de réalisation illustrée au dessin annexé. Dans le dessin, le réacteur en forme de cuve est indiqué en 1. Le réacteur 1 est rempli d'un mélange d'une matière carbonée solide particulaire, par exemple du charbon ou du coke,et d'un formateur de laitier fixant le soufre. Le mélange 2 est admis dans la partie supérieure 3 de la cuve 1 par une trémie de four 4 munie de sas d'admission étan- ches au gaz. La partie supérieure de la cuve est ob- turée par un couvercle 5 dans lequel est ménagée une sortie de gaz centrale 7. Une zone de combustion 8 est constituée dans la partie inférieure de la cuve 1, par exemple à l'aide d'un brûleur à plasma 9 qui peut être utilisé aussi pour débiter un mélange 10 de matière première sous forme pulvérulente ou liquide contenant du carbone et/ou un hydrocarbure avec un formateur de laitier et un agent oxydant. Un dispositif d'alimentation il pour de l'eau débouche dans la zone de combustion 8. En outre, une goulotte 12 est prévue pour évacuer le laitier de la partie inférieure de la cuve 1. De plus des dispositifs 13 et 14 pour admettre de l'eau sont agencés de manière que leurs extrémités débou- chent au-dessus de la zone de combustion 8. La matière première contenant du carbone et/ou un hydrocarbure est injectée sous forme pul- vérulente ou liquide en même temps que l'agent oxy- dant, par exemple de l'oxygène gazeux, et qu'un formateur de laitier qui est de préférence un formateur de lai- tier acide dans la zone de combustion 8, la vitesse de combustion et la température étant aisément réglées par l'apport de chaleur à la zone de combustion. Ce résultat peut être obtenu soit par chauffage de l'oxy- gène admis, soit au moyen d'un générateur de plasma 9. En outre, à l'aide des dispositifs d'admission d'eau 13 et 14 agencés audessus de la zone de combustion, la température et la teneur en hydrogène du gaz pro- duit peuvent être réglées, tandis que la chaleur sen- sible du gaz est mise à profit. L'appareil représenté au dessin peut fonc- tionner, par exemple, de la façon décrite dans l'exem- ple suivant. EXEMPLE En admettant dans la zone de combustion 8 de la cuve l 610 m3 d'oxygène gazeux 250 17 1 1 1000 kg de charbon pulvérisé kg de formateur de laitier et simultanément de l'eau par le dispositif d'admis- sion 11 en quantité de 330 litres on produit 2635 m3 de gaz sortant à une température de 950'C et ayant la constitution suivante: Co2 3,3% Co 58,4% H2 34,6% H20 2,9% N2 1,3% outre 240 kg de laitier. Le remplissage de la cuve est formé de kg de coke et de 120 kg de calcaire et la tempé- rature dans la zone de combustion est d'environ 15000C. La consommation d'énergie est de 450 kWh. Il est évident que l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation illustrée au dessin et est susceptible de nombreuses variantes et modifi- cations sans sortir de son cadre. 250171 1 R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Procédé pour produire un gaz contenant sensiblement du monoxyde de carbone et de l'hydrogène à partir d'une matière première contenant du carbone et/ou un hydrocarburecaractérisé en ce qu'on injecte la matière première,sous forme pulvérulente ou liquide, en même temps qu'un agent oxydant qu'un formateur de laitier dans une zone de combustion avec apport simul- tané d'énergie thermique et la zone de Combustion est constituée dans la partie inférieure d'une cuve rem- plie d'une matière carbonée solide particulaire et d'un formateur de laitier fixant le soufre. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise la chaux ou la dolomie comme formateur de laitier fixant le soufre. 3 - Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise un mélange gazeux con- tenant de l'oxygène et/ou de l'eau comme agent oxydant. 4 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on règle la température et la teneur en hydrogène du gaz produit dans la cuve en admettant de l'eau dans la partie supé- rieure de la cuve tout en exploitant simultanément la chaleur sensible du gaz. 5 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4,caractérisé en ce quion règle la vitesse de combustion et la température par régulation de l'apport d'énergie thermique à la zone de combustion. 6 - Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'on exécute la régulation en chauffant l'agent oxydant. 7 - Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'on exécute le chauffage dans un générateur de plasma. 8 - Appareil pour produire un gaz contenant sensiblement du monoxydede carbone et de l'hydrogène à partir d'une matière première contenant du carbone et/ou un hydrocarbure pour la conduite du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un réacteur en forme de cuve (1) rempli d'un mélange (2) d'une matière carbonée solide parti- culaire et d'un formateur de laitier fixant le soufre, le réacteur étant muni de dispositifs pour admettre la matière première contenant du carbone et/ou un hydrocarbure qui débouchent dans une zone de combustion (8) ménagée dans la partie inférieure de la cuve, outre d'une conduite de sortie (12) pour l'extrac- tion continue du laitier formé et d'une conduite de sortie de gaz (7> ménagée à la partie supérieure du réacteur (1), ainsi que de dispositifs pour un apport supplémentaire d'énergie thermique suivant les besoins. 9 - Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le réacteur (l) est muni de dispositifs (13, 14) pour admettre de l'eau, lesquels débouchent dans la cuve au-dessus de la zone de com- bustion (8).