Brevet FR2529575A1 — publié le 19840106

1.- "Appareil pour la gazée-fication du carbone ' L'invention concerne un appareil pour la production de gaz par gazéification du carbone, cet appa- reil étant destiné à travailler en surpression. Plus précisément, l'invention concerne un appareil de production de gaz par gazéification du car- bone dans un bain de fer fondu dans lequel on injecte du carbone, de l'oxygène et du minerai de fer concentré, le carbone étant injecté en excès stoéchiomètrique par rap- port à l'oxygène, sous la forme de composés d'oxydes con- tenus dans le bain fondu On obtient alors un gaz consti- tué essentiellement dioxyde de carbone ( 00) et d'hydrogène (H 2). La demande de brevet suédois n 7706 876-5 décrit un tel procédé de production de gaz dans lequel sont obtenus du gaz ainsi que du fer brut Il est, en fait, extrêmement avantageux d'utiliser du minerai de fer con centré comme agent de refroidissement, et de remplacer le bain de métaux fondus par un écoulement continu ou inter- mittent de métal fondu et de laitier, ce qui permet de maintenir à un niveau convenablement bas la teneur en sul- fures du bain, ainsi que la présence d'autres matériaux de contamination. La demande de brevet suédois n 8103 201-3 décrit Ul procédé de gazéification du carbone se présen- tant sous la forme de composés de carbone, d'hydrocarbures 2.- et/ou de composés d'hydrocarbures% de sorte que le carhone, l'oxygène et des oxydes de fer, dans lesquels les oxydes de fer servent d'agent réfrigérant, sont injectés dans le réacteur contenant un bain de fer fondu, au-dessous de la surface du bain le carbone est injecté en excès stoéchio- mètrique par rapport à l'oxygène contenu dans le bain en fusion, sous la forme d'oxydes le fer fondu présente une teneur en carbone lui permettant de dissoudre le carbone. Selon ce procédé, le réacteur est porté à une pression intérieure totale de 2 à 50 bars, et de préférence de 4 à 10 bars. L'application d'une pression dans le réac- teur augmente la production de gaz et de fer brut par rap- port au cas dans lequel l'on travaille à la pression at- mosphërique De plus, la quantité de poussières et la con- sommation en garnitures de revêtement diminuent considé- rablement. Il est difficile de maintenir une surpression dans un réacteur du type utilisé ici, en particulier lors- que les écoulements de laitier et de fer brut doivent se faire en même temps Pour réduire la formation de pous- sières et autres effets parasites, il faudrait régler la teneur en sulfures dans une plage comprise entre 0,5 % et 2,5 Y La teneur en sulfures peut être réglée en injectant des composés de formation de laitier le laitier formé par l'injection de ces composés doit 8 tre déchargé en cours de fonctionnement de façon que la quantité de laitier ne devienne pas trop importante La température du gaz pro- duit est élevée, de ltordre de 13000 à 14000 Ce ce qui rend également extrêmement difficile le contrÈle de la pression dans le réacteur. L'invention a pour but de créer un appareil permettant de mettre en oeuvre le dernier procédé ci-dessus, c'est-à-dire un appareil pour la production de gaz et de fer brut fonctionnant en surpression. 3.- A cet effet, l'invention concerne un appa- reil pour la gazéification du carbone sous forme de carbone, d'hydrocarbures et/ou de composés d'hydrocarbures, compre- nant un réacteur dans lequel l'injection du carbone, de l'oxygène gazeux et d'oxydes de fers se font au-dessous de la surface d'un bain de fer fondue et dans lequel le car- bone injecté en excès stoeéchiomètrique par rapport à la quantité d'oxygène contenue dans le bain de fer fondu se présente sous la forme de composés d'oxydes le réacteur fonctionnant à une pression intérieure totale supérieure à la pression atmosphérique, appareil caractérisé en ce qu'un tuyau d'échappement degaz partant du réacteur cons- titue une liaison étanche au dz avec un dispositif de refroidissement formant, avec le réacteur, un bloc étanche, et en ce qu'une soupape de régulation est utilisée pour régler et maintenir une surpression dans ce bloc étanche, la soupape de régulation étant placée du cÈté froid du dispositif de refroidissement. L'invention sera décrite en détail en se référant aux dessins ci-joints, dans lesquels: la figure 1 est une vue de côté d'un appa- reil selon l'invention, le réacteur étant représenté en coupe, la figure 2 représente leappareil de la figure 1 en vue de dessus, la figure 3 est une vue partielle effec- tuée dans la direction des flèches B de la figure 1 la figure 4 est une vue en coupe de la moitié droite de la figure 3, la figure 5 est une vue en coupe horizon- tale suivant la ligne A-A de la figure 4. La figure 1 représente un réacteur 1 muni d'un revêtement intérieur et d'une enveloppe d'acier, ce réacteur contenant, en cours de fonctionnement, un bain de fer brut fondu 2 A la figure 1, un laitier 3 flotte sur le dessus du bain de fer brut en fusion Le réacteur 1 est, de préférence, conçu pour pouvoir pivoter autour d'un axe 4, de manière à permettre le déchargement du fer brut 2 par l'ouverture 5 Le carbone: le minerai de fer concentré, l'oxygène et les composés de formation de lai- sier, sont injectés par des lances et/ou des tuyaux d'in- jection classiques. Un tuyau 6 d'échappement du gaz produit, se trouve dans le haut du réacteur 1, ce tuyau étant relié, par un raccord étanche au gaz 7, à un dispositif vers le- quel le gaz est entralné Ce dispositif comprend un dis- positif de refroidissement désigné dans son ensemble par la référence 8 et constitué, dans la présente forme de réalisation, par deux chaudières à vapeur classiques 9, 10 Selon une forme préférée de réalisation, le dispositif de refroidissement comprend un séparateur de poussières. Le gaz produit est ainsi envoyé, par le tuyau 6 et un autre tuyau 11, vers la première chaudière 9 Ce gaz est ensuite envoyé à la seconde chaudière 10, puis vers un tuyau de sortie 12. Le tuyau de sortie est muni d'une soupape de régulation 13 destinée à contrôler et à maintenir la pression dans le réacteur et dans le dispositif de refroi- dissement 8 La soupape de régulation 13 est de n'importe quel type convenable. Comme le gaz passant dans le tuyau de sortie 12 se trouve à une température beaucoup plus basse qu'avant d'atteindre le dispositif de refroidissement, température de l'ordre de 2000 C par exemple, il est possible d'utili- ser une soupape de régulation et des éléments sous pres- sion tout à fait classiques Cela permet d'éviter les dif- ficultés considérables qui se présenteraient s'il fallait régler la pression du côté chaud, c'est-à-dire en liaison directe avec le tuyau des gaz d'échappement 6 sortant du réacteur, là of la température des gaz est de l'ordre de 13000 à 1400 C. 5.- Comme la pression est réglée suivant le dis- positif de refroidissement 8 ce dernier se trouve mainte- nu sous pression et peut donc résister à toute augmenta- tion de pression à l'intérieur du système La poussière ou les saletés qui ont été séparées sont déchargées par les soupapes 14, 15 dans le bas des séparateurs de poussières 16, 17 * Comme indiqué ci-dessus, il est souhaitable de pouvoir ponctionner le laitier 3 en cours de fonction- nement, c'est-à-dire pendant que le réacteur 1 est sous pression Selon l'invention, un dispositif destiné à ponc- tionner le laitier est prévu dans ce but, ce dispositif étant également pressurisé à une pression correspondant à celle régnant dans le réacteur le dispositif pour ponction- ner le laitier comprend un passage de laitier horizontal 18 situé au m Ome niveau que la hauteur de laitier voulue, ce passage conduisant à un passage de laitier descendant 19 Le passage 19 est relié à un dispositif de granulation 20. Dans le passage horizontal 18 se trouve une vanne de décharge constituée par un noyau de pierre ou un panneau de matériau convenable 21 qui, en position basse, ferme le passage de laitier entre le réacteur et le dispo- sitif de granulation 20 (voir figure 4), et, en position haute, laisse ouvert le passage ci-dessus, Le noyau 21 e.t monté de manière étanche dans les parois du passage de laitier, par des dispositifs non représentés Un carter étanche 22 représenté en pointillés en figure 4, est placé, dans unie forme possible de réalisation, au-dessus du noyau 21 Ce carter peut également comporter une commande, non représentée, destinée à déterminer la position du noyau 21. Quand le niveau du laitier dans le réacteur atteint le niveau du passage de laitier horizontal 18, le noyau de pierre 21 se trouve poussé vers le haut et le laitier sort du réacteur 1 pour tomber dans le dispositif 6.- de granulation 20 Pour égaliser la pression dans le dis- positif de granulation 20, à la fois à ce stade et lorsque le matériau granulé est évacué par une soupape 23 dans le bas du dispositif de granulation, il est prévu un tuyau d'égalisation de pression 24 comprenant une soupape de ré- gulation 25 Ce tuyau 24 relie le dispositif de granulation au tuyau 11 mentionné ci-dessus, permettant au gaz de sortir du réacteur 1. Cette opération de granulation humide forme du sulfure d'hydrogène (H 2 S) qui peut sortir du dispositif de granulation par un tuyau 26 également muni d'une soupape de régulation 27 destinée à maintenir la pression dans le dispositif de granulation 20. Pour permettre l'évacuation du fer brut en cours de fonctionnement, il est prévu un passage 18 ', 19 t, correspondant au passage 18, 19 mentionné ci-dessus et reliant le réacteur à un second dispositif de granulation ' de fer brut Ce passage 18 ' est également muni d'une vanne de décharge se présentant sous la forme d'un noyau de pierre ou d'un panneau 21 ' fonctionnant de la même ma- nière que la vanne de décharge 21 mentionnée ci-dessus. Ce second dispositif de granulation 20 ' est pressurisé et relié à l'autre tuyau 11 par un tuyau d'égalisation de pression 24 ' Un tuyau 261 et une soupape de régulation 27 ' sont également utilisés pour évacuer les gaz produits, vers l'atmosphère. Les passages horizontaux 18, 18 ' et les noyaux 21, 211 s'adapter+ dans la paroi du réacteur 1 ou sont voisins de celle-ci Il est ainsi obtenu, à l'endroit des noyaux 21, 21 ', une température très élevée supprimant les risques de solidification et de blocage par les écla- boussures de laitier et/ou de fer brut. Grâce à cette caractéristique et au fait que les dispositifs de granulation 20, 20 ' sont sous pres- sion, le laitier et le fer brut peuvent être déchargés de 7,- manière continue ou intermittente en cours de fonctionne- ment De plus, il n'est pas nécessaire que les noyaux 21, 21 ' soient conçus pour supporter des différences de pres- sion entre les passages horizontaux 18, 18 ' et les passa- ges descendants 19, 191 '. il est évident, d'après la figure 5, que les passages 18, 18 ' sont disposés parallèlement l'un à l'autre. En figure 3, les passages 18, 18 t, sont représentés au mê- me niveau On peut, bien évidemment, faire varier la hau- teur des passages 18, 18 ' suivant le niveau de laitier vou- lu et l'épaisseur de la couche de laitiert Dans ce case le passage 18 ' destiné à ponctionner le fer brut est, de préférence, placé à un niveau plus bas que le passage 18 destiné à ponctionner le laitier. Les passages descendants 19, 19 ' sont munis chacun d'un raccord étanche 28, 28 ' Pour le déchargement de tout le fer brut, ces raccords 28, 28 ' sont démontés ainsi que l'accouplement 7 monté sur le tuyau dtéchappe- ment de gaz 6 du réacteur, puis on fait ensuite basculer le réacteur. Un appareil selon l'invention doit, bien en- tendu, être adapté aux pressions auxquelles il doit fonc- tionner On peut modifier les soupapes, les joints d'étan- chéit,é la forme du dispositif de refroidissement et au- tres, sans sortir du cadre genéral de l'invention qui con- siste à pressuriser à la fois le réacteur et le dispositif de refroidissemet';, ainsi que tous autres équipements auxi- liaires tels que, par exemple, les dispositifs destinés à ponctionner le laitier et le fer brut. 8,- R E V E N D I C A T I O N S 1. Appareil pour la gazéification du carbone (C) sous forme de carbone, d'hydrocarbures et/ou de compo- sés d'hydrocarbures, comprenant un réacteur dans lequel l'injection du carbone, de l'oxygène gazeux et d'oxydes de fer, se font au-dessous de la surface d'un bain de fer fondu, et dans lequel le carbone injecté en excès stoéchio- métrique par rapport à la quantité d'oxygène contenue dans le bain de fer fondu se présente sous la forme de compo- sés d'oxydes, le réacteur fonctionnant à une pression in- térieure totale supérieure à la pression atmosphérique, appareil caractérisé en ce qu'un tuyau d'échappement de gaz ( 6) partant du réacteur ( 1) constitue une liaison étan- che au gaz avec un dispositif de refroidissement ( 8) for- mant, avec le réacteur ( 1), un bloc étanche, et entce qu'une soupape de régulation ( 13) est utilisée pour régler et maintenir une surpression dans ce bloc étanche, la sou- pape de régulation étant placée du c 8 té froid ( 12) du dis- positif de refroidissement ( 8). 2 Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le réacteur ( 1) est relié à un dispositif permettant de ponctionner le laitier ( 18 à 21) et à un dispositif permettant de ponctionner le fer brut ( 18 ' à 21 '), ces dispositifs étant conçus pour être maintenus à la m 9 me pression que le bloc ( 1, 8), ces dispositifs ( 18 à 21; 18 ' à 21 t') comprenant chacun un dispositif de granu- lation ( 20, 20 ') dont l'intérieur est relié au tuyau d'échap- pement de gaz ( 11), à partir du réacteur ( 1), par un tuyau d'égalisation de pression ( 25, 25 '). 3 Appareil selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce que chacun des dispo- sitifs d'évacuation ( 18 à 21; 18 ' à 21 ') comprend un pas- sage horizontal ( 18, 18 ') placé dans la paroi du réacteur ( 1), ou relié à celle-ci, à un niveau correspondant au ni- veau voulu respectif du laitier et du fer brut, ce passage 9.- ( 18, 18 ') étant muni d'une banne de décharge ( 21, 21 ') com- prenant un noyau de pierre servant à fermer et ouvrir le passage ( 18, 19, 18 ', 19 ') entre le réacteur ( 1) et le dispositif de granulation ( 20, 20 '). 4 Appareil selon l'une quelconque des re- vendications I a 3, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement ( 8) est constitué d'une ou plusieurs chau- dières à vapeur ( 9, 10) et de séparateurs de poussières ( 16, 17) reliés les uns aux autres -