Brevet FR2560208A1 — publié le 19850830

La présente invention est relative à une instal- lation de gazéification de charbon et plus particulière- ment utilisant une technique de gazéification sur bain de métal liquide. La technique de gazéification du charbon sur bain de fonte liquide est déjà connue et permet de produi- re un gaz riche en CO et H2 avec de faibles teneurs en CO2. Le gaz renferme cependant des teneurs en S résiduel- les qu'il convient de limiter au maximum pour les diffé- rentes applications envisagées et en particulier pour l'utilisation du gaz comme matière première de synthèse chimique, notamment pour la fabrication de méthanol et de l'ammoniac. La présente invention vise à fournir une instal- lation de production de gaz de synthèse de haute qualité, avec un bon rendement d'utilisation du charbon. Elle a ainsi pour objet une installation de ga- zéification de combustible solide pulvérisé du type com- prenant un réacteur de gazéification à bain de métal li- quide, muni d'au moins une lance pour y introduire le combustible solide pulvérisé et un gaz comburant, et d'un orifice d'évacuation des gaz produits, caractérisé en ce qu'elle comprend, disposés en série à partir de l'orifi- ce de sortie du réacteur et parcourus en série par les gaz sortant du réacteur, une cheminée formant chaudière, un surchauffeur de vapeur alimenté a partir de ladite chaudière, un dépoussiéreur, un échangeur thermique des- tiné à réchauffer un fluide de séchage, une tour de con- ditionnement, un dispositif de filtrage et un dispositif de stockage du gaz, la vapeur fournie par le surchauffeur et le fluide de séchage sortant du réchauffeur étant uti- lisés, dans l'installation, notamment pour la préparation et l'alimentation du combustible et du comburant fournis au réacteur. L'invention sera décrite ci-après à l'aide du dessin annexé qui en représente seulement un mode de ré- alisation. La Figure unique est une représentation schéma- tique de l'installation de gazéification selon la présen- te invention. Cette installation comprend un réacteur 1 de ga- zéification de charbon faisant l'objet d'une autre deman- de de brevet déposée ce jour. Ce réacteur i représenté schématiquement en coupe est du type à bain (2) de fonte liquide, ce bain étant surmonté d'une couche de laitier (3). Le charbon pulvérisé est injecté avec un fondant contenant de la chaux et des additifs désulfurants dans le bain de fonte au moyen d'une lance (4) a partir d'un conduit (5). Cette même lance (4), grâce à une structure à enveloppes multiples refroidies (non représentée) sert également à l'injection d'oxygène additionné de vapeur qui est alimenté par un conduit (6). Le réacteur (1) est également muni à sa partie supérieure d'une conduite (7) d'introduction d'éléments d'addition en roches. Le réacteur (1) est du type non basculant, mais translatable et de grandes dimensions. En effet, grâce à des glissières sur lesquelles le réacteur est monté, on peut substituer un réacteur neuf à un réacteur usagé en réduisant ainsi au minimum l'arrêt de l'installation de gazéification pour réfection du réacteur. Le réacteur (1) est également muni de moyens de vidange permettant de re- nouveler le métal qui aurait été pollué par des métaux d'alliage non volatils, soit pour le vidanger avant trans- lation. Les gaz produits dans le réacteur (1) sont éva- cués par un orifice (8) débouchant dans une cheminée (9) de refroidissement des gaz décrite ci-après suivant le sens d'écoulement des gaz. Cette cheminée (9) comprend tout d'abord une chaudière (9 A) a haute pression à rayon- nement direct de forme conique formant hotte, coiffant l'orifice (8), puis un conduit ascendant (10 A) et un conduit descendant (10 B), à double enveloppe qui relient la chaudière (9 A) à un surchauffeur à vapeur (11). Les gaz issus du réacteur (1) traversent donc la cheminée (9) constituée des trois tronçons définis ci-dessus dans la- quelle ils sont refroidis avant de pénétrer dans le sur- chauffeur à vapeur. Les tronçons (10 A) et (10 B) de la cheminée fonctionnent également comme une chaudière grâ- ce à une circulation d'eau dans la double enveloppe. L'eau circulant dans la chaudière (9 A) et les doubles enveloppes des conduits (10 A) et (10 B), est envoyée dans un ballon séparateur classique non représenté. Après avoir traversé le surchauffeur (11), les gaz combustibles sont envoyés par une conduite (12) dans un (ou des) cyclone(s) dépoussiéreur(s) (13). Les gaz dé- poussiérés issus du (des) cyclone(s) (13) traversent un échangeur thermique (14), puis sont envoyés par une con- duite (15) dans une tour de conditionnement (16) dans la- quelle on injecte un brouillard d'eau. Dans cette tour de conditionnement, les gaz sont humidifiés et refroidis à co-courant avec un brouillard d'eau descendant et extraits à la base de la tour pour être envoyés dans un électrofil- tre sec (17) par une conduite (18). Les poussières récupé- rées dans le cyclone (13), la tour de conditionnement (16) et l'électrofiltre sec (17) sont stockées dans une trémie d'évacuation (19). Les gaz combustibles épurés issus de l'électrofiltre (17) sont envoyés, après saturation par pulvérisation d'eau non représentée dans une gaine dispo- sée en sortie de l'électrofiltre, dans un gazomètre (20) via une vanne trois voies (21) qui assure la possibilité d'envoi rapide des gaz vers une torchère (22). Les gaz combustibles stockés dans le gazomètre (20), du type humide, peuvent ensuite subir un traitement complémentaire qui consiste en une épuration supplémentai- re des gaz dans un électrofiltre humide (23), puis en une compression dans un compresseur (24) et éventuellement en un traitement final de désulfuration complète (25). La vapeur séparée dans le ballon séparateur non représenté, est envoyée par une conduite (26) dans le sur- chauffeur (11) d'o elle est extraite par une conduite (27). La vapeur issue de cette conduite (27) est envoyée d'une part par une conduite (28), vers un compresseur (non représenté) de la centrale à l'oxygène (29) dont el- le assure l'entraînement, et d'autre part, par une con- duite (3.0) vers la conduite (5) o elle sert de fluide de transport pour le charbon pulvérisé alimentant la lance (4). La centrale à oxygène (29) alimente la lance en oxy- gène par.la conduite (6) et fournit, par ailleurs, de l'azote utilisé comme fluide de séchage qui est envoyé par une conduite (32) dans un broyeur-sécheur à charbon (33). Ce broyeur-sécheur est alimenté en charbon à pulvériser par une trémie (34) elle-même alimentée à par- tir du stock homogénéisé de charbon brut (35). Le charbon pulvérisé sec issu du broyeur-sécheur (33) est envoyé dans les trémies de stockage intermédiaire (36) via un cyclone (37). De la chaux en poudre est également stockée dans une trémie (38), ainsi que des éléments d'addition tels que du minerai de Mn, de la dolomie, et éventuellement des poussières de four contenant du zinc dans une trémie (39). Les trémies (36), (38), (39) constituent une batte- rie d'alimentation d'un mélangeur (40) qui alimente lui- même des silos intermédiaires (41) de pesée et réglage du débit de charbon pulvérisé qui est envoyé dans la condui- te (5). Une batterie (48) de trémies contenant divers éléments d'addition en roches, fondant et ferrailles pro- venant d'un stock correspondant (49), alimente des silos de pesée (44) qui débouchent dans la conduite (7) d'ali- mentation en éléments d'addition en roches. Le laitier de la couche (3) surmontant le bain de fonte (2) est granulé dans un granulateur (45) et sto- cké en (46) ou évacué en (47) vers son utilisation fina- le, par exemple comme clinker de cimenterie. Une des caractéristiques déterminantes de la présente invention réside dans la conception des divers organes permettant d'obtenir un cycle thermique approprié de refroidissement des gaz combustibles produits dans le reacteur (1) par gazéification du charbon. En effet, oour obtenir une désulfuration conve- nable des gaz produits dans le réacteur (1), il convient de maintenir les gaz à des niveaux de température et pen- dant des temps de séjour déterminés. La désulfuration est réalisée au cours du refroi- dissement des gaz dans la cheminée (9) et jusque dans l'é- changeur thermique (14), avant l'élimination par coales- cence des aérosols de sulfures et oxysulfures métalliques dans le tour de conditionnement (16). La désulfuration est réalisée par action sur le gaz produit notamment par gazéification de charbon, de va- peurs sous forme d'aérosols de fer et/ou de manganèse et/ ou zinc et/ou de leurs oxydes suivant un procédé décrit dans une autre demande déposée ce jour par la demanderes- se. Cette désulfuration sous l'effet des vapeurs de fer, issues du bain de fonte ainsi qu'eventuellement de vapeurs de manganèse introduit sous forme d'éléments d'ad- dition par la lance (4) ou la conduite (7), a lieu tout au long de l'évolution du profil de température entre le volu- me interne libre du réacteur (1) et la tour de conditionne- ment (16) du gaz. Une désulfuration complémentaire poussée au zinc peut être réalisée par injection de vapeurs de Zn sous for- me d'aérosols dans le gaz produit, en un point situé de préférence de la sortie du surchauffeur (11) au cyclone (13). Les dispositifs d'injection de vapeur de Zn sous for- me d'aérosols ont été schématiquement représentés par la référence 70 sur la figure unique. A titre d'exemple non limitatif, les gaz issus du réacteur quittent ce dernier à une température de 1500 C environ, sont tout d'abord refroidis jusqu'à 1450 C envi- ron à la sortie de la chaudière (9 A), puis jusqu'à 730- 750 C environ à l'entrée du surchauffeur (11il). Dans ce surchauffeur, la vapeur issue du ballon séparateur est surchauffée à 400 C environ et évacuée par la conduite (27). A la sortie du surchauffeur (11), les gaz sont ramenés à la température de 620 C environ, puis refroi- dis jusqu'à 600 C environ, a la sortie du (ou des) cy- clone(s) (13). Les gaz sortent de l'échangeur (14) à la température de 380 C environ après avoir porté le fluide de séchage (qui est de l'azote) prélevé par la conduite (32) à une température de 355 C à 360 C environ. Les gaz sont ensuite traités dans la tour de con- ditionnement (16) par un brouillard d'eau et extraits à la base de cette dernière à 150 C environ, puis envoyés à cette température dans l'électrofiltre sec (17), à la sortie duquel ils sont refroidis à 55 C environ par sa- turation à l'eau avant l'envoi dans le gazomètre (20). Les temps de séjour des gaz produits dans le ré- acteur (1) dans les divers éléments constituant le circuit de refroidissement en vue de leur désulfuration sont les suivants, à titre d'indication non limitative: 1i seconde à haute température (> 1200 C) dans le réac- teur, la chaudière (9 A) formant la hotte et le premier conduit (10 A) o se produit la désulfuration par les vapeurs de Mn; seconde à moyenne température (> 750 C) dans le deu- xième conduit (10 B) o se produisent les désulfura- tions par les vapeurs de fer (en l'absence de Mn); 2 secondes à basse température (600 o se développe la désulfuration poussée au Mn et éven- tuellement au Zn (lorsque le Zn est introduit en aval du surchauffeur (11) ); 12 seconde à très basse température (350 4t basse teneur en soufre, avant la tour de conditionne- ment o le gaz est humidifié, pendant 7 secondes envi- ron, entre 350 et 150 C o se parachèvent la desulfura- tion et la coalescence des aérosols de sulfures et d'oxy- sulfures métalliques. REVENDICATIONS 1. Installation de gazéification de combustible solide pulvérisé, du-type comprenant un réacteur (1) de gazéification à bain de métal liquide, muni d'au moins une lance (4) pour y introduire le combustible solide pul- vérisé et un gaz comburant, et d'un orifice (8) d'évacua- tion des gaz produits, caractérisée en ce qu'elle com- prend, disposés en série à partir de l'orifice (8) de sor- tie du réacteur et parcourus, en série, par les gaz sor- tant du réacteur: une cheminée (9) formant chaudière, un surchauffeur de vapeur (11) alimenté à partir de ladite chaudière, un dépoussiéreur (13), un échangeur thermique (14) destiné à réchauffer un fluide de séchage, une tour de conditionnement (16), un dispositif de filtrage (17) et un dispositif (20) de stockage du gaz, la vapeur four- nie par le surchauffeur (11) et le fluide de séchage sor- tant du réchauffeur (14) étant utilisés, dans l'installa- tion, notamment pour la préparation et l'alimentation du combustible et du comburant fournis au réacteur (1). 2. Installation selon la revendication 1, carac- téris6e en ce que la cheminée (9) comprend dans le sens d'écoulement des gaz, une chaudière (9 A)-à radiation di- recte de forme tronconique formant hotte, un conduit as- cendant (10 A).à double enveloppe et un conduit descen- dant (10 B) à double enveloppe. 3. Installation selon la revendication 2, carac- térisée en ce que les conduits (10 A, 10 B) à double enve- loppe constituent également au moins une chaudière servant à alimenter le surchauffeur (11). 4. Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend en un point situé entre la sortie de surchauffeur (11) et l'entrée du dé- poussiéreur (13) des moyens (70)-pour injecter dans les gaz issus du réacteur de la vapeur de zinc ou de ses oxy- des, sous forme d'aérosols. 5. Installation selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisée en ce que le gaz com- bustible produit est prélevé à 1500 C environ dans le réacteur (1) et refroidi à la température de 1450Q C en- viron à la sortie de la chaudière (9 A). 6. Installation selon l'une quelconque des reven- dications 2 à 5, caractérisée en ce que le gaz combusti- ble est refroidi jusqu'à la température de 730 à 750 C environ dans les conduits (10 A et 10 B) à double envelop- pe. 7. Installation selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisée en ce que le gaz com- bustible est refroidi jusqu'à la température de 620 C environ dans le surchauffeur (11) alors que la vapeur est surchauffée à une température de 400 C environ. 8. Installation selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisée en ce que le gaz com- bustible est refroidi jusqu'à la température de 600 C environ dans le dépoussiéreur (13). 9. Installation selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que le gaz com- bustible est refroidi à la température de 380 C environ dans l'échangeur (14) alors que le fluide de séchage est porté à la température de 355 à 360 C environ. 10. Installation selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisée en ce que le gaz com- bustible est traité dans la tour de conditionnement (16) à une température comprise entre environ 350 et 150 C qui est la température de prélèvement à la base de la tour. 11. Installation selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisée en ce que le gaz com- bustible est traité dans le dispositif de filtrage qui est de préférence un électrofiltre sec, à la température de C environ et refroidi à la sortie de ce dernier à 55 C environ avant d'être stocké. 12. Installation suivant l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce qu'une vanne à trois voies (21) est disposée entre les dispositifs de filtrage (17) et de stockage (20). 13. Installation suivant l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisée en ce que le flui- de de séchage (32) réchauffé dans l'échangeur (14) est ad- mis dans un broyeur-sécheur (33) qui pulvérise le combus- tible brut destiné à l'alimentation de la lance (4), une fraction (30) de la vapeur issue du surchauffeur étant utilisée pour le transport du combustible pulvérisé, la fraction complémentaire de vapeur (28) issue du surchauf- feur (11) entrainant au moins un compresseur d'une centra- le (29) qui, d'une part alimente la lance (4) en oxygène comburant (6) destiné à la gazéification du charbon et, d'autre part, alimente l'échangeur thermique (14) en azo- te (31) utilisé comme fluide de séchage.