Brevet FR2517694A1 — publié le 19830610

La présente invention se rapporte d'une manière genérale à la gazéification de matières solides finement divisées. Plus précisement, elle se rapporte à une structure associée à un générateur de gazéification destinée à effectuer la séparation de constituants non gazéifiables du carburant de gazéification. Le problème du traitement du laitier liquide qui résulte d'opérations du type gazéification ou' l'on utilise un carburant en poudre, se pose depuis longtemps et bien que des structures pour hauts fourneaux de divers types aient été proposées, il n'a toujours pas été résolu. On trouve en effet un ancien brevet des E.U.A. 1 228 769 délivré à A.J. GRINDLE le 5 Juin 1917 et un brevet plus récent des E.U.A. 3 357 383 délivré à N.V. GOLOVBNOV et Al. le 12 Décembre 1967. Cependant, bien que le brevet de Grindle décrive une structure pour haut-fourneau compor- tant des ouvertures situées au fond de celui-ci permettant l'écoulement du laitier liquide, il semble évident que ces orifices subissent une accumulation de laitier solidifié, des difficultés de ce type ayant été observées avec des générateurs de gazéification à haute pression. Par ailleurs, il est clair que le brevet de Golovansv et Al. se rapporte å un haut-fourneau spécialement conçu qui n'entre pas dans le cadre de la présente invention. En conséquence, la présente invention a pour objet de fournir une structure améliorée pour générateur de gazéification dons lequel il se forme du laitier iiquide. I1 est nécessaire de séparer ce laitier des constituants gazéifiables. Plus précisément, l'invention a pour objet un genérateur de gazéification dans lequel les produits de la combustion comprennent une proportion importante de constituants non gazéifiables donnant naissance à un laitier liquide. L'invention vise un dispositif permettant de transférer ce laitier vers un stade de traitement ultérieur avec une perte minimale de chaleur et un taux de conversion maximal des matières solides en produits gazeux, et consiste en un conduit situé au fond de ce générateur et permettant le transfert de ces produits de combustion. Ce conduit a des dimensions telles que ce laitier liquide peut s'écouler le long de ses parois et s'égoutter du point le plus bas du générateur, et permet de maintenir la température de ce laitier au-dessus de la température minimale à partir de laquelle il s'écoule librement. L'invention a également pour objet un générateur de gazéification dans lequel les produits de la combustion comprennent une proportion importante de constituants non gazéifiables donnant naissance à un laitier liquide. Elle vise un dispositif pour transférer ce laitier vers un stade de traitement ultérieur avec une perte minimale de chaleur et un taux de conversion maximal des matières solides en produits gazeux. Elle consiste en un conduit orienté verticalement situé au fond de ce générateur et permettant le transfert des produits de combustion à travers celui-ci. Ce conduit comprend un passage cylindrique supérieur et un ensemble de prolongements cylindriques coaxiaux situés en-dessous de ce passage supérieur. Ces extensions présentent des diamètres croissant'gra duellement à partir de ce passage supérieur et les longueurs de ces extensions sont telles que leurs bords inférieurs se trouvent au-dessus d'une diagonale partant de ce passage supérieur. L'invention vise également un dispositif combiné à un générateur de gazéification pour charbon finement divisé. Ce dispositif combiné est constitué par un conduit cylindrique circulaire droit situé au fond de ce générateur et permettant aux produits de la gazéifia tion de s'y écouler, y compris le laitier liquide en*Eral- né avec ceux-ci. Ce conduit comporte une partie supérieure et un ensemble de parties inférieures de diamètres plus grands reliées par des surfaces planes horizontales en marches d'escalier.Cette partie supérieure présente des dimensions telles que ce laitier reste liquide et ces parties inférieures ont des longueurs telles que les bords inférieurs se trouvent au-dessus d'une diagonale partant de la partie supérieure Les buts mentionnés ci-dessus, d'autres buts et certains avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description ci-après qui concerne un mode de réalisation préféré de l'invention et en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une coupe transversale schématique représentant la structure inférieure d'un générateur utilisé dans la gazéification du charbon ; et - la figure 2 est un graphique avec légendas illustrant les principes de l'invention. Le fonctionnement d'un générateur de gazéification dans lequel les produits de la combustion qui se produit dans le générateur comprennent des proportions notables de constituants non-gazéifiables pose le problème de la séparation de ces constituants des produits gazeux. Simultanément, il est souhaitable que les pertes de chaleur provenant du brûleur ou de la chambre de réaction soient (tnunuées pour optimiser l'énergie potentielle disponible dans les produits, et le taux de conversion du carburant solide en produits gazeux. Ces conditions sont satisfaites en prévoyant un petit orifice de sortie dans le brûleur ou la chambre à réaction, c'est-à-dire dans le générateur.Cet orifice conduit au stade de traitement suivant qui peut être constitué par un separateur permettant une séparation adiabatique ou par une unité de récupération de la chaleur. Dans les deux cas, le petit orifice ou étranglement est constitué de telle manière que les températures sont élevées en amont et et relativement faibles en aval, à l'endroit où la matière non gazéifiable sort du générateur sous forme de liquide. On doit également éviter la solidification du liquide fondu (laitier) qui provient de la matière non gazéifia ble. Dans le cas contraire, l'accumulation de de matières solides provoque un encrassement conduisant à une obturation de l'orifice et à une défaillance de l'ensemble du système. Jusqu'à présent, orifice de sortie d'un générateur de gazéification était constitué par un conduit de section transversale constante isolé pour diminuer les pertes de chaleur par rayonnement. Comme exemple d'orifice de sortie de ce type, on citera un conduit cylindrique vertical. Une partie du laitier liquide a tendance à tomber sur les parois du conduit et à s'écouler jusqu'au pont le plus bas, d'où il tombe goutte à goutte.Ce point d'égouttement reçoit de l'énergie par rayonnement an, provenance des fluides chauds et des parois situées au-dessus de celui-ci, et le liquide fondu cède de l'énergie par rayonnement aux fluides et aux surfaces refroidies situées en-dessous. -De. plus, les produits gazeux chauds qui stécoulent par l'orifice de sortie fournissent de l'énergie par convection et par rayonnement aux parois de l'orifice de sortie. il est clair pour les spécialistes que la température du point d'égouttement doit hêtre supérieure à la température minimale à partir de laquelle le laitier s'écoule librement. Cependant-, ltexpérience passée a montré qu'il est difficile d'éviter l'accumulation de matières solides et par conséquent, de limiter la tendance à l'obturation de l'orifice de sortie. La présente invention fournit une structure telle que le point d'égouttement de l'orifice de sortie se trouve plus haut que l'orifice de sortie. Cela a pour résultat d'augmenter le chauffage rayonnant provenant de la partie supérieure et de diminuer le refroidissement rayonnant vers les fluides et les surfaces plus froids se trouvant en-dessous. On a représenté sur la figure t des dessins annexés, une partie inférieure d'un générateur Il qui est représenté de façon schématique en coupe transversale. Le fond du générateur Il est évidemment constitué d'un matériau réfractaire, et un conduit 12 traverse la paroi inférieure 15. Le conduit 12 présente une partie supérieure 16 qui présente de préférence une forme cylindrique circulaire droite. I1 prend origine è la surface intérieure de la paroi inférieure 15 du générateur Il et permet aux produits de la gazéification provenant du générateur 11 de s'écouler dans celui-ci. Ces produits contiennent du 12i Lier liquide pouvant être entraîné par ceux-ci. De plus, un ensemble de parties inférieures 19 et 20 de diamètres plus importants font partie du conduit 12. Ces parties inférieures sont jointes par des surfaces planes horizontales respectivement 23 et 24, en marches d'escalier. Le dispositif indiqué ci-dessus a pour effet de créer un point d'égouttement 28 situé au bas de la partie supérieure 16 du conduit 12. Un aspect important de la présente invention concerne les dimensions des parties inférieures t9 et 20 par rapport à la partie supérieure 16 du conduit 12. Ces dimensions sont telles que les bords inférieurs, c'est--à-dire ceux indiqués par les points 31 et 32 de la coupe transversale, sont situés au-dessus d'une diagonale (suivant le pointillé 35) partant de la partie supérieure 16. Cette caractérisque empêche le laitier liquide, éventuellement entraîné dans les produits gazeux produits par la combustion dans le générateur, de tomber directement sur les parois des portions inférieures 19 et 20. Une autre façon de définir la relation structurelle décrite ci-dessus > est d'effectuer une triangulation des dimensions considérées. En effet, en ce qui concerne les dimensions indiquées sur la figure 1, les largeurs, c'est-à-dire les diamètres des parties supérieures et inférieures du conduit 12 sont représentées par les références W1, W2 et W3, qui se rapportent respectivement aux largeurs des parties inférieures et supérieures 16, 19 et 20. De meme, les dimensions verticales des parties supérieures et inférieures du conduit 12 sont indiquées par les réTérences HI, H2 et H3 qui représentent respectivement les longueurs des parties 16, 19 et 20. On notera que la relation concernant la position par rapport à la diagonale de la partie supérieure 16 doit satisfaire l'expression mathématique suivante : W2 = > W1 (1 + 2 H2/H1) (1) On peut remarquer que cette expression permet d'éviter la présence des points d'égouttement les plus bas. Dans l'expression (1) ci-dessus, il est à noter que W1 est la section transversale constante de la partie supérieure 16 du conduit 12, et que W2 est le diamètre de la partie adjacente suivante plus large 19, alors que la longueur de chacune de ces parties est respectivement représentée par les légendes HI et H2. On notera également que si l'on utilise dans le conduit un plus grand nombre de pas de sections plus grandes, l'expression qui donne le relation pour unznombre donné de pas a la forme suivante WJ > W1 (I + 2 HJ/HS + 2HJ-t/H1 ... + 2H2/H1) (2) Un exemple d'application de la structure de l'invention à la séparation dwun loitier fondu de gaz de réaction dans un dispositif de- gazéification de char- bon en poudre, est illustré dans la figure 2. Le graphi que représenté dans la figure 2 donne en ordonnées le rapport de la température au point d'égouttement à la température d'effluent du réacteur.Les abscisses de ce graphique représentent le rapport de la hauteur H2 à la hauteur H1. On notera que pour un certain rapport inférieur à 1, c'est-à-dire celui qui est indiqué au point "F" sur l'axe des ordonnées, le laitier ne peut plus rester liquide, de sorte que les rapports inférieurs à ce point correspondent à des conditions d'exploitation impossible indiquées par un numéro de référence 40. De même, la limite du rapport de la longueur de la seconde portion H2 à celle de la première portion HI est indiquée sur le graphique au point 41 sur les abscisses.Ainsi, les rapports supérieurs à la différence entra les diamètres de la seconde partie W2 et de la première partie Wl, divisée par deux fois le diamètre de la première partie Wt, conduisent à des conditions où l'exploitation est impossible, celles-ci étant indiquées par le numéro de référence 42. On remarquera en outre que le débit d'effluent provenant du générateur modifie les conditions de fonctionnement. Cela est représenté par une flèche 45 indiquant un débit croissant. Il est à noter que lors d'un fonctionnement effectif d'un générateur conformément à la présente invention, la quantité de produits gazeux traversant l'orifice de sortie (conduit 12) peut etre réglée de façon à éviter une obturation lorsque l'on traite des carburants de qualité inférieure. En d'autres termes, les carburants de qualité inférieure produisant davantage de laitier, et par conséquent une plus grande quantité de chaleur est nécessaire pour les maintenir à ltétat fondu. REVENDICATIONS 1. Générateur de gazéification dans lequel les produits de la combustion comprennent une proportion notable de constituants non gaz-iiables qui forment un laitier liquide, caractérisé en ce que le générateur tw présente une paroi inférieure t153 comprenant un dispositif pour transférer le laitier vers un stade de traitement ultérieur avec des pertes de chaleur minimales et un taux de conversion maximum de ces matières solides en produits gazeux, constitué par un conduit t123 dans cette paroi inférieure permettant le transfert ds ces produits de combustion, ce conduit présente une partie supérieure (151 ayant une section transversale de diamètre constant s'étendant vers le bas à travers cette paroi inférieure et ayant des dimensions telles que ce laitier liquide peut s'écouler le long de ses parois et s'égoutter du point le plus bas (28), la tempsrature de ce laitier étant maintenue au-dessus de la température minimale d'écoulement libre, et ce conduit présente au moins une partie inférieure (19, 20) ayant une section transversale d'un diamètre plus important s'étendant vers le bas à partir de ce point d'égouttement, et dont le bord inférieur (31, 323 se situe au-dessus d'une diagonale t353 partant de cette partie supérieure, diagonale qui relie le point où ce conduit vient au contact du fond du générateur et le point d'égouttement (283. 2. Générateur de gazéification selon la revendication 1, caractérisé en ce que cette section transversale de diamètre supérieur est plus grande que cette section transversale de diamètre constant, la relation suivante étant respectée W2 > W1t1 + 2H2/H13 dans laquelle : W1 = section transversale de diamètre constant W2 = section transversale de diantre supérieur ; H1 = longueur de cette section transversale de dia mètre constant H2 = longueur de cette section transversale de dia mètre supérieur. 3. Générateur de gazéification selon la revendication 2, caractérisé en ce que ce conduit comprend également un ensemble de parties inférieures (19, 201 ayant des sections de diamètres supérieurs disposées en degrés de telle manière que la relation suivante soit respectée Wj > W1(l+2H3/H1 + 2HJ-1...+2H2/H1) dans laquelle J est le nombre de parties du conduit. 4. Générateur de gazéification dans lequel les produits de la combustion comprennent une proportion notable de constituants non gazéifiables qui forment un laitier liquide, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour transférer ce laitier vers une étape de traitement ultérieur avec des pertes de chaleur minimales et un taux de conversion maximum des matières solides en produits gazeux, comprenant : un conduit orienté verticalement t12) situé au fond (15) de ce générateur pour transférer ces produits de combustion à travers celui-ci, ce conduit comprenant un passage cylindrique supérieur (16), et un ensemble de prolongements cylindriques coaxiaux (19, 20) situés en-dessous de ce passage supérieur (18), ces prolongements ayant des diamètres croissant par pas successifs à partir de ce passage supérieur, et les longueurs (H2, W3) de ces prolongements étant telles que le bord inférieur (31, 32) de chacun d'eux se trouve au-dessus d'une diagonale t35) partant de ce passage supérieur, laquelle diagonale reliant les points où ce passage supérieur est en contact avec le fond du générateur et avec ce prolongement cylindrique t19) adjacent à celui-ci. 5. Générateur de gazéification pour matières solides finement divisées, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit (12) situé au fond t151 de ce génk- rateur pour permettre aux produits de la gazéification de s'écouler à travers celui-ci, ces produits de gazéification comprenant un laitier liquide entrains avec ceux-ci, en ce que ce conduit comporte une partie cylindrique t1S) ayant des dimensions telles que ce laitier reste liquide sur ses parois st s'égoutte des bords inférieurs, et au moins une partie cylindrique inférieure t19, 203 ayant un diamètre plus important, cette (ces) portion(s) inférieure(s] ayant des dimensions telles que le ou les bords inférieurs (31, 323 de celle-ci se trouvent au-dessus d'une diagonale t353 partant de cette partie supérieure, laquelle diagonale reliant les points où cette partie supérieure est en contact avec le fond du générateur et avec cette partie inférieure (in). 6. Générateur de gazéification selon la revendication 5, caractérisé en ce que le conduit (12) comprend également une surface plane C233 joignant ces parties cylindriques supérieures et inférieures. 7. Générateur ds gazéification selon la revendication 6, caractérisé en ce que ce conduit (12) est orienté verticalement et cette surface plane t233 est orientée horizontalement. 8. Générateur de gazéification pour charbon finement divisé, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit cylindrique circulaire droit t12) situé au fond t153 de ce générateur pour permettre aux produits de gazéfication comprenant du laitier liquide entrains avec ceux-ci de s'écouler à travers celui-ci, ce conduit comprenant une partis supérieure t16) et un ensemble de parties inférieures de diamètres supérieurs t19, 20) liées en gradins par des surfaces planes horizontales en marches d'escalier (23, 24), cette partie supérieure présentant des dimensions telles que ce laitier reste liquide, et en ce que ces parties inf6- rieures t19, 20) ont des longueurs (H2, H33 telles que leurs bords inférieurs (31, 321 se trouvent audessus d'une diagonale (35) partant de cette partie supérieure, ladite diagonale reliant entre eux les points où cette partie supérieure est en contact avec le fond du générateur et avec cette partie inférieure (19) qui y est adjacente.