Brevet FR2515637A1 — publié le 19830506

t 2515637 "Procédé et dispositif pour réaliser la gazeification hydrogé- nante du charbon". L'invention concerne un procédé et un dispo- sitif pour réaliser la gazéification hydrogénante du charbon, de la tourbe ou de la biomasse à l'aide d'un réacteur de gazéification. Un réacteur de gazéification sert à produi- re du méthane (CH 4) à partir de charbon brut A cet effet le charbon brut est gazéifié partiellement avec de l'hydrogène sous une pression de 107 Pa L'hydrogè- ne nécessaire est produit en continu dans un circuit de production de gaz moyennant l'utilisation d'une partie du CH 4 produit et moyennant l'absorption d'une chaleur de traitement à haute température A cet ef- ffet on utilise habituellement des chambres de combus- tion prévues spécialement pour ce faire et qui sont alimentées par l'énergie primaire habituellement dis- ponible, notamment du charbon. L'invention a pour but de fournir un procé- dé, économisant l'énergie, pour réaliser la gazéifi- cation hydrogénante. Ce problème est résolu conformément à l'in- vention grâce au fait que la chaleur de traitement né- cessaire pour la gazéification est produite par com- bustion du coke résiduel tiré du réacteur de gazéifi- cation. De ce fait,l'énergie primaire particulière est remplacée par le coke résiduel, qui provient du réacteur et qui est obtenu habituellement en temps que sous-produit, ce qui a pour effet que l'on obtient non seulement une économie notable d'énergie, mais également une réduction importante de la pollution de l'environnement En outre l'évacuation du sous-produit formé par le coke résiduel est réduite. Dans le processus de gazéification, il se é produit, en mêmetemps que la formation de méthane, une désulfuration du charbon et une fixation de l'azo- te, de sorte que lors de la combustion du coke résiduel il apparaît un gaz de fumée exempt de soufre et d'azote. Conformément à un mode de mise en oeuvre de l'invention, on utilise pour la combustion du coke ré- siduel la chambre de combustion d'une centrale électrique. De ce fait,on réalise simultanément une centrale élec- trique non polluante dont le gaz de fumée est pauvre en substances nocives. Pour utiliser la chaleur du processus à une température aussi élevée que possible, on dispose de préférence un réacteur de dissociation avec un cataly- seur dans la zone chaude de la chambre à combustion de la centrale électrique La dissociation, nécessaire pour le proces- sus de gazéification, d'une partie du méthane produit s'effectue sur le catalyseur L'énergie thermique né- cessaire à cet effet, située à un niveau supérieur de température, est prélevée dans la zone chaude du gaz de fumée Ceci a pour avantage que,dans la cen- trale électrique,la précieuse chaleur à haute tempéra- ture, qui est normalement perdue, est utilisée pour le circuit du générateur de gaz Grâceà la combinai- son de la gazéification hygro-:ee ante avec unsr centrale électrique, on contribue par conséquent de façon im- portante à réaliser une économie d'énergie, qui ac- croit, d'une valeur importante, non seulement le rendement du réacteur de gazéification, mais égale- ment simultanément celui d'une centrale électrique. On peut obtenir une transmission particuliè- rement bonne de la chaleur de la chambre de combustion de la centrale électrique au circuit du générateur de gaz en utilisant un réacteur tubulaire de dissociation connu comportant un catalyseur approprié. Conformément à un autre mode de mise en oeu- vre de l'invention, la vapeur nécessaire pour le cir- cuit du générateur de gaz est prélevae sur l'installation de production de vapeur de la centrale électrique. Ceci permet de supprimer des générateurs par- ticuliers de vapeur, ce qui entraîne une réduction aus- si bien des dimensions de la construction que du maté- riau et une économie de travail En outrecette dispo- sition simplifie la réalisation d'une unité de construc- tion compacte gazéificateur-centrale électrique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description don- née ci-après prise en référence au dessin annexe Le dispositif représenté sur le dessin est une installation combinée d'un gazéificateur et d'une centrale électrique, constituée par une installation de gazéification 10 entourée par une ligne formée de tirets et par une centrale électrique 11 entourée par un trait mixte. La production de CH 4 s'effectue dans un réacteur 12 dans lequel du charbon brut séché 13 est gazéifié partiellement avec de l'hydrogène à une pres- sion d'environ 107 Pa Aussi bien le carbone que le soufre, l'azote, l'oxygène, qui sont contenus dans le charbon, se combinent avec l'hydrogène pour former de T composés hydrogénés qui sont envoyés par l'intermédiai- re d'une conduite 14 à un dispositif 15 d'épuration du gaz C'est dans ce dispositif 15 d'épuration du gaz que les composés sont séparés et évacués Les gaz ré- siduels obtenus après élimination de NH 3 et H 25 par- viennent dans une installation de séparation à basse température 16, danslaquelle l'hydrogène résiduel et éventuellement du CO 2 sont éliminés Le CH 4 séparé de cette manière est enfin envoyé par l'intermédiaire d'une turbine de détente 17 à un accumulateur ou à un appa- reil d'utilisation non représenté. Une partie du CH 4 synthétisé détendu à envi- ron 5 106 Pa est dérivée par l'intermédiaire d'une con- duite 18 en vue-de la production de l'hydrogène néces- saire pour le processus de gazéification Le CH 4 déri- vé est dissocié avec de la vapeur d'eau et est ensuite chauffé dans un échangeur de chaleur à haute températu- ie 20 Le mélange vapeur-méthane chauffé est envoyé à travers un réacteur tubulaire de dissociation 21, dans lequel le mélange est dissocié, sur un catalyseur for- mé de nickel, en oxyde de carbone et en hydrogène Ce processus se déroule à des températures élevées, à en- viron 9000 C La chaleur à haute température du mélange réactionnel CO,H 2 est délivrée à l'échangeur de chaleur 20 pour réaliser l'échauffement du mélange mé- thane-vapeur Dans un réformeur 22 branché en aval, le CO est transformé en CO 2 et H 2 moyennant des adjonctions de vapeur d'eau, et est envoyé à l'installation de sé- paratioh 16 L'hydrogène libéré de restes de gaz étran- gers dans l'installation de séparation est finalement comprimé à environ 10 ' Pa dans un compresseur 25 et est envoyé au réacteur 12. Pour l'obtention de l'énergie thermique nécessaire pour la production de l'hydrogène, on uti- lise la chambre de combustion 28 de la centrale élec trique 11 en employant le coke résiduel sortant du réac- teur 12 A cet effet le coke résiduel est transporté di- rectement par l'intermédiaire d'une conduitecorrespon- dante 30 depuis le sas de délivrance du coke dans la chambre de combustion 28, en étant finement moulu dans un broyeur intercalé 31 Cette utilisation du coke ré- siduel présente, au-delà de l'avantage de l'économie d'énergie primaire, l'avantage supplémentaire important selon lequel le gaz de fumée ainsi produit ne contient pas de soufre, ni d'azote nuisibles. k 5, La centrale électrique Il est constituée es- sentiellement par la chambre de combustion 28, l'évapo- rateur 30, les turbines à haute pression, à moyenne pression et à basse pression 35,36,37 et une géné- ratrice 38 Pour la production de vapeur, il faut abaisser la température du gaz de fumée, qui dépas- se 1000 'C, à une valeur comprise entre 900 et 8000 C. La chaleur à haute température ainsi obtenue, que l'on n'utilise pas dans les centrales électriques usuelles, est utilisée de façon optimale dans l'ins- tallation ici décrite, pour le circuit du générateur de gaz A cet effet,le réacteur tubulaire de disso- ciation 21 est disposé dans la zone chaude 40 de la chambre de combustion 28 au-dessous de l'évaporateur , de sorte que ce réacteur tubulaire de dissocia- tion 21 sert simultanément à refroidir le gaz de fu- mée envoyé à l'évaporateur 30 L'évaporateur 30 est disposé dans une zone 52 de la chambre de combustion, présentent une température plus faible. La vapeur nécessaire pour le circuit du générateur de gaz peut être avantageusement prélevée sur l'installation de production de vapeur de la centrale électrique 11, éventuellement moyennant le montage intercalé d'une turbine de détente 42. Afin de soutenir le fonctionnement conti- nu économique de l'installation 10, 11, il est pos- sible de prévoir une autre centrale électrique 45 dans laquelle on utilise le CH 4 en excès Dans le cas d'un faible besoin en CH 4, on détend le métha- ne en excès au moyen d'une turbine 46 et on le brû- le dans une chambre de combustion 47 Avec les gaz de fumée,on fait fonctionner un compresseur 48 et une turbine à gaz 49 en vue d'entraîner une généra- trice 50. REVENDICATIONS 1 Procédé pour réaliser la gazéification hy- drogénante du charbon, de la tourbe ou de la biomasse à l'aide d'un réacteur de gazéification ( 12), caractéri- sé en ce que la chaleur de traitement nécessaire pour la gazéification est produite par combustion du coke résiduel tiré du réacteur de gazéification ( 12). 2 Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'on utilise la chambre de combustion ( 28) d'une centrale électrique ( 11) pour la combustion du coke résiduel. 3 Procédé selon la revendication 2, carac- térisé en ce que la chambre de combustion ( 28) est subdivisée en une zone ( 40) à température élevée pour la production de la chaleur de traitement et en une zone ( 52) possédant une température inférieure. 4 Procédé selon la revendication 3, carac- térisé en ce que la chaleur de traitement est absor- bée dans un réacteur de dissociation ( 21) quiest dis- posé dans la zone chaude ( 40) de la chambre de combus- tion ( 28) de la centrale électrique ( 11). Procédé selon la revendication 4, carac- térisé en ce qu'il est prévu un réacteur tubulaire de dissociation ( 21) comportant un catalyseur. 6 Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que la vapeur né- cessaire pour le processus de gazéification est préle" vée sur une installation de production de vapeur d' une centrale électrique. 7 Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée par une chambre de combustion ( 28), qui est reliée à la sortie ( 32) du coke résiduel du réacteur de gazéification ( 12) et qui contient un réacteur de dissociation ( 21) dans lequel la chaleur de traitement est amenée à une tem- 251-5637 pérature élevée. 8 Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que la chambre de combustion est une chambre de combustion ( 28)d'une centrale électri- que ( 11). 9 Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le réacteur de gazéification {( 12) forme, avec le circuit associé ( 10) de production de gaz et la centrale électrique ( 11), une unité de construction. Installation selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que le circuit de vapeur pour le processus de gazéification est intégré au circuit de vapeur de la centrale élec- trique ( 11).