Brevet FR2551674A1 — publié le 19850315

Réacteur pour la production de gaz de réaction ". La présente invention concerne un réacteur destiné à la production de gaz de réaction notamment de CO et H 2 qui consiste en une cuve qui est remplie au moins en partie avec un catalyseur. Elle concerne également un réacteur de ce genre pour la production de gaz de réaction tels que par exemple le CO et H 2, notamment à partir de charbon et d'oxygène qui consiste en une cuve qui est remplie au moins en partie avec un bain fondu de fer brut, auquel cas sont prévus des tuyaux d'amenée pour du charbon et de l'oxygène ainsi que d'autres produits d'action et de réaction. Parmi les efforts d'étendue mondiale que l'on fait en vue d'une meilleure protection de l'environnement avec simultanément une production d'énergie plus économique, on trouve la combustion de déchets, tels que par exemple des ordures et des boues de clarification, 20 ainsi que du charbon de surproduction. Il a été tenté également de réaliser l'obtention de gaz utilisables avec des types de charbon existant avec des quantités considérables de stériles. Ces efforts variant presque exclusive25 ment l'obtention d'énergie s'appliquaient en partie à des couplages de système avec d'autres technologies, telles que par exemple une récupération de gaz en liaison avec des opérations de production de métal, comme par exemple des opérations de production d'acier dans des usines sidérurgiques, ou, par exemple, récupération de gaz et traitement complémentaire du gaz obtenu Un tel procédé de traitement complémentaire pour le gaz oxyde de carbone est à la base de production d'hydrogène gazeux ou de combustibles liquides, par exemple du méthanol. Dans ce contexte, d'autres procédés de 10 traitement complémentaire du mélange de gaz se consacrent à la composition du gaz pour la réduction directe des minerais de fer. La possibilité économique de tous ces procédés dépend, entre autres, de la résistance des cuves 15 utilisées Le revêtement extérieur des cuves doit, d'une part, résister aux températures élevées, et, d'autre part, résister aux influences chimiques des matériaux de charge transférés dans la scorie formée En outre, les cuves doivent être conçues pour répondre à la façon 20 de procéder, à la conduite du bain et des scories, de l'opération en général et au traitement des gaz dégagés. L'échange nécessaire, à très courts intervalles, des scories et/ou du catalyseur doit également être pris en compte Enfin, l'économie de la production de gaz et du 25 gaz de réaction, tels que par exemple CO, ou H 2 dépend de facteurs tels que la pression et la température dans le réacteur. D'après le brevet DE 25 20 584, il est connu, pour un procédé de gazéification de charbons con30 tenant du soufre, dans un réacteur à bain de fer, de relier un réacteur à maçonnerie de revêtement complète, par un canal d'évacuation des scories, à une chambre de désulfuration, et de constituer dans l'ensemble une cuve immobile Cependant, une telle cuve est non seulement 35 très lourde, mais elle est également très coûteuse en raison de l'importance de la maçonnerie de revêtement par rapport à la chambre de réaction effective, de sorte que le fonctionnement n'est pas très économique. Il est aussi déjà connu (brevet DE 25 20 938) d'utiliser un convertisseur de production d'acier pour la gazéification de charbon dans un bain de fer brut L'inconvénient réside ici dans la maçonnerie de revêtement de la cuve, la conduite d'évacuation des gaz raccordées à l'embouchure du convertisseur comprise. 10 La présente invention a pour objet la réalisation d'une cuve convenant pour tous les combustibles à envisager, qui nécessite des frais de fonctionnement réduits et une faible dépense de matériel et qui du point de vue technique de procédé, soit conçue pour toutes les opérations partielles à prendre en considération. Ce problème est résolu pour n'importe quels combustibles, par l'invention caractérisée en ce que la cuve se compose d'une partie inférieure revêtue d'un maté20 riau résistant recevant le catalyseur, et d'une partie supérieure métallique refroidie, pendant qu'entre la partie supérieure et la partie inférieure, est prévue une garniture d'étanchéité de forme annulaire, la conduite d'évacuation des gaz étant raccordée à la partie supérieure 25 métallique. Les avantages de cette solution résident dans un ensemble de dépenses plus faible pour le revêtement de la cuve, une plus grande résistance dans le temps de la partie supérieure de la cuve exposée à des tempéra30 tures plus élevées, une plus grande mobilité dans la technique du procédé en raison de masses à déplacer plus réduites, ainsi que dans la possibilité de récupération de la chaleur dégagée exothermiquement dans 1 ' opération en question En outre, la cuve permet de travailler sous 35 pression en vue d'exploiter convenablement le rendement thermique de l'opération dont il s'agit. Le problème posé pour le charbon comme combustible gazéifié est en outre résolu par le fait que la cuve est constituée par une partie inférieure revêtue de matériau réfractaire recevant le bain en fusion de fer brut, et par une partie supérieure métallique refroidie, avec, entre ces deux parties de cuve, une garniture d'étanchéité, annulaire, une conduite d'évacuation de gaz étant raccordée à la partie supérieure métallique. Cette solution réunit également les avantages mentionnés plus haut. En vue de chargement avec le catalyseur, tel que, par exemple, du fer brut, afin de pouvoir soutirer le catalyseur ou les scories épuisées, il est avan15 tageux de prévoir que la partie supérieure de cuve et la partie inférieure sont séparables par un déplacement relatif, et que la garniture d'étanchéité annulaire peut être enlevée. On économise ainsi de l'énergie du fait 20 que seule la partie de la cuve la plus légère doit être déplacée, l'invention prévoyant une constitution telle que soit la partie supérieure, soit la partie inférieure puisse être soulevée et abaissée. Les espaces de travail pour des disposi25 tifs appropriés sont en outre élargis du fait que la partie de cuve inférieure peut tourner sur un axe horizontal de basculement. La résistance à la température de la cuve est assurée par le fait que la partie supérieure métalli30 que, refroidie, est pourvue d'éléments tubulaires parcourus par un fluide de refroidissement Un avantage particulier est apporté ici par une extension de la technique du procédé permettant d'utiliser le refroidissement de la cuve pour une récupération de la chaleur-par production 35 de vapeur. Suivant une autre amélioration de l'invention, il est proposé de pourvoir la partie inférieure basculante de la cuve d'un bec latéral de coulée Cette disposition permet d'évacuer les scories séparément sans soutirer en même temps le catalyseur. En vue d'un échange du catalyseur ainsi que du bain fondu de métal ou de fer brut, il est en outre proposé de pourvoir la partie inférieure de cuve d'un dispositif de soutirage par le fond présentant un O 10 organe d'obturation, ce qui permet un enlèvement de catalyseur exempt de scories. La réaction peut en outre être influencée par la forme de la cuve ellemême A ce propos, il est prévu que la partie inférieure de cuve soit en forme de 15 trémie, de bassin ou de rigole. La résistance de la cuve à la température peut en outre être favorablement influencée en prévoyant que la partie inférieure soit elle- même pourvue d'une installation de refroidissement pour l'enveloppe et/ou 20 pour le matériau résistant. Une fabrication économique pour des grandeurs de cuve importantes ou moyennes, sur des installations existantes, avec des épaisseurs de têle de 30 millimètres et davantage est rendue possible par le fait que 25 la partie de cuve inférieure est de forme symétrique en rotation. Plusieurs exemples de réalisation de l'invention sont décrits ci-après et représentés dans les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe verticale de la cuve avec la conduite d'évacuation de gaz, en position de fonctionnement. la figure 2 montre la cuve de la figure 1 avec sa partie de cuve inférieure basculée en position 35 de chargement. la figure 3 est une vue en coupe verticale d'une cuve dans une variante de construction. la figure 4 montre la cuve de la figure 3 en position de chargement du catalyseur. la figure 5 est une vue en coupe verticale de la partie de cuve inférieure dans une position basculée dans laquelle le catalyseur et/ou les scories peuvent être soutirés. Le réacteur 1 comprend une partie de cuve 10 inférieure 2 qui est remplie avec le catalyseur 3, par exemple du fer brut, Jusqu'au niveau du bain à l'état de service, et une partie de cuve supérieure 5 Le catalyseur 3 peut consister en matériaux liquides ou en matériaux pulvérisés La partie de cuve supérieure 5 est for15 mée seulement par une enveloppe de t 8 le 5 a refroidie, de fabrication légère, tandis que la partie de cuve inférieure 2 est pourvue, sur la face intérieure de l'enveloppe en t 8 le 2 a, d'un revêtement en matériau résistant à la chaleur et aux influences chimiques Comme matériau résistant 6, on utilise par exemple une maçonnerie réfractaire La partie de cuve inférieure 2 et la partie de cuve supérieure 5 sont, pendant le fonctionnement de production de gaz bloquées hermétiquement l'une contre l'autre au moyen de la garniture d'étanchéité 7 Cette garni25 ture 7 est formée par une bague d'étanchéité (moitié de gauche de la figure 1) ou par une garniture d'eau et de sable compressée (moitié de droite de la figure 1) Le gaz produit est évacué par la conduite d'évacuation de gaz 8 qui est raccordée à Joint étanche à la partie de 30 cuve supérieure 5 Les tuyaux amenant le charbon et l'oxygène sont représentés seulement schématiquement par C et 02 Ils sont réalisés d'après le principe connu dit de gaz enveloppe Il est cependant possible d'insuffler l'oxygène, au moyen de lances de soufflage, sur le bain 35 de fusion, et d'introduire le charbon ou d'autres réactifs par le bas et par le côté dans le bain ou dans le catalyseur 3. La partie de cuve inférieure 2 est supportée pour tourner sur un axe de basculement horizontal 9 5 dans un bâti de basculement habituel Pour le soutirage du catalyseur 3, il est prévu, dans la zone de fond de la partie de carter inférieure 2, un dispositif de soutirage par le fond 10 avec un organe obturateur 11, lequel peut être réalisé comme un bouchon, un tiroir ou un obturateur 10 de type à clapet. La partie de cuve supérieure 5 comporte, à l'intérieur et/ou à l'extérieur des éléments tubulaires 12 pouvant être alimentés avec un fluide de refroidissement tel que, par exemple, de l'eau ou de l'air qui 15 sont raccordés à un système d'alimentation avec conduites d'amenée et conduites de sortie, analogue aux refroidisseurs des convertisseurs industriels Généralement, on introduit, au-dessous de la surface supérieure du bain, du charbon pulvérisé en liaison avec de l'oxygène Dans 20 le cas de combustion des déchets ou des schlamms de clarification, on peut monter, sur le bain de fusion, un organe d'apport de charbon en liaison avec de l'oxygène, ou un composé de l'oxygène en vue de produire, selon les désirs, du gaz CO ou du gaz H 2. Tandis que d'après l'exemple de réalisation suivant la figure 1, la partie de cuve inférieure 2 est prévue pour être élevée et abaissée en vue de supprimer l'effet de la garniture étanche, après quoi, on peut exécuter les mouvements de basculement appropriés, sur la base desquels les scories et/ou le catalyseur peuvent être extraits, la figure 2 représente une variante de réalisation dans laquelle, la conduite d'évacuation de gaz 8 est insérée dans un capot collecteur de gaz 13, supporté pour pouvoir être soulevé et abaissé ou entra;35 né La partie de cuve supérieure 5 peut, dans son ensem- ble, être élevée et abaissée avec le capot collecteur de gaz 13, de telle manière que la partie inférieure de la cuve 2 basculée sur l'axe 9 forme alors par son bord 14, une ouverture de grande dimension. Conformément à cette forme de réalisation, l'axe de pivotement horizontal 9 reste par conséquent inchangé Lors du basculement, les scories éventuelles sont soutirées par un gueulard de coulée 15 disposé latéralement sur la partie de cuve inférieure 2 Pour le cas o il serait renoncé à ce gueulard 15, il est possible d'utiliser le bord 14 de la cuve comme arête de soutirage pour les scories et/ou le catalyseur, auquel cas il faut tenir compte d'une certaine usure du bord de cuvette En tous cas, une telle usure pourra être compensée par un renfor15 cement de la maçonnerie ou de la zone de revêtement. Dans l'exemple représenté dans la figure 2, est représentée une phase de fonctionnement dans laquelle on verse dans la partie de cuve inférieure 2 de la poche de coulée 16, au moyen d'une coulotte basculante 17, un nouveau catalyseur, c'est-à-dire du fer brut à teneur en C appropriée. Un autre exemple de réalisation du réacteur conforme à l'invention est représenté dans les figures 3 et 4 Le principe de l'invention a été ici aussi 25 conserve,a savoir de donner a la partie supérieure de cuve 5 et à la partie inférieure 2 des formes différentes et de les assembler de manière étanche par une garniture d'étanchéité annulaire 7 Cependant, suivant un autre développement de ce principe, la partie supérieure 30 5 et la partie inférieure de cuve 2 conservent en permanence leur position d'assemblage étanche, de sorte que le réacteur est basculé dans son ensemble lors des diverses phases de l'opération Le catalyseur 3 ou le bain de fusion de fer brut 3 a ou les scories 3 b parviennent hors 35 du réacteur par une ouverture 18 spéciale prévue dans la partie supérieure du réacteur 5 et pouvant être obturée au moyen d'un couvercle 19 Dans ce cas, comme décrit plus haut, la partie de cuve supérieure 5 est assemblée en permanence avec la partie inférieure 2 par l'intermé5 diaire de la garniture 7 Les scories 3 b sont déversées, dès que la fraction CO ou la fraction H 2 des gaz d'évacuation se modifie, suivant un système d'analyse de gaz de sortie, à intervalles indiqués par ce système, le couvercle 19 étant ouvert, puis refermé Dans la figure 4, le 10 couvercle 19 est soulevé, de telle sorte que la goulotte de basculement 17 peut être utilisée pour l'introduction de fer brut en fusion 3 a Ce système convient particulièrement pour la gazéification, en dépendance de la pression et de la température, de combustibles appropriés, 15 tels que déchets, schlamms de clarification ou charbon pulvérulent. Le dispositif de soutirage de fond 10, peut, suivant un autre exemple de réalisation (figure 5) être superflu, les scories étant évacuées par le bord 14 20 de la cuve et le catalyseur liquide 3, ou fer brut en fusion 3 a étant soutirés par le gueulard de coulée 15. La partie inférieure de cuve 2 peut, notamment si l'on renonce au dispositif de soutirage par le fond 10, être réalisée en forme d'auge, de bassin ou de coulotte. Tandis que la partie supérieure de cuve , conformément à la figure 1, est refroidie au moyen d'éléments tubulaires 12 parcourus par un fluide de refroidissement, la partie inférieure de cuve 2 peut également être pourvue d'une installation de refroidisse30 ment 20 pour l'enveloppe de cuve 2 a et/ou pour le matériau résistant 6 c'est-à-dire l'habillage extérieur Les conduites de l'agent de refroidissement sont alors disposées sur l'enveloppe 2 a ou à l'intérieur de celle-ci, c'est-à-dire en contact avec la maçonnerie de revêtement 35 ou l'habillage extérieur. t O Le réacteur conforme à l'invention convient, dans l'une des variantes de réalisation, pour la combustion de toutes les matières à teneur en C ou en H 2, telles que déchets, schlamms de clarification ou charbon pulvérulent et analogues On peut alors obtenir une composition désirée des gaz de réaction, par amenée d'autres composés de carbone ou l'hydrogène sous forme de gaz-enveloppe ou directement par des tuyaux de soufflage. R E V E N D I CATIONS 1 ) Réacteur pour la production de gaz de réaction, notamment de CO et H 2, qui consiste en une cuve qui est remplie, au moins en partie, avec un cata5 lyseur, réacteur caractérisé en ce que la cuve ( 1) est composée d'une partie de cuve inférieure ( 2) revêtue d'un matériau résistant ( 6) et recevant le catalyseur ( 3), et d'une partie de cuve supérieure ( 5) métallique, refroidie, une garniture d'étanchéité annulaire ( 7) étant prévue entre les deux parties de cuve ( 2, 5) et une conduite d'évacuation des gaz ( 8) étant raccordée à la partie supérieure de cuve métallique ( 5). 2 ) Réacteur pour la production de gaz de réaction, tels que par exemple CO et H 2, notamment à 15 partir de charbon et d'oxygène, lequel consiste en une cuve qui est remplie en partie avec un bain de fer brut en fusion, des tuyaux d'amenée étant prévus pour le charbon et l'oxygène ainsi que d'autres produits d'action ou de réaction, réacteur caractérisé en ce que la cuve ( 1) 20 se compose d'une partie de cuve inférieure ( 2) révêtue avec en matière réfractaire ( 6) et recevant le bain de fer brut en fusion ( 3 a) et d'une partie supérieure ( 5) métallique, refroidie, une garniture d'étanchéité annulaire ( 7) étant prévue entre la partie supérieure ( 5) 25 et la partie inférieure ( 2) de cuve et une conduite d'évacuation du gaz ( 8) étant raccordée à la partie supérieure métallique de la cuve ( 5). 3 ) Réacteur suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie supé30 rieure ( 2) et la partie inférieure ( 5) de la cuve sont séparables et déplaçables l'une par rapport à l'autre,-la garniture d'étanchéité annulaire ( 7) pouvant être enlevée. 4 ) Réacteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, soit la 35 partie de cuve supérieure ( 5), soit la partie de cuve inférieure ( 2), est prévue pour pouvoir être élevée et abaissée. ) Réacteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la partie de cuve inférieure ( 2) peut tourner sur un axe de basculement horizontal ( 9). 6 ) Réacteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la partie supérieure de cuve ( 5) métallique, refroidie, est équi10 pée avec des éléments tubulaires ( 12) parcourus par un fluide de refroidissement. 7 ) Réacteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la partie de cuve inférieure basculable ( 2) est pourvue d'un gueu15 lard de coulée latéral ( 15). 8 ) Réacteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la partie de cuve inférieure ( 2) est pourvue d'un dispositif de soutirage par le fond ( 10) avec organe obturateur de fond 20 ( 11). 9 ) Réacteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, 7 et 8, caractérisé en ce que la partie inférieure de cuve ( 2) est constituée en forme d'auge, de bassin ou de rigole. 10 ) Réacteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la partie inférieure ( 2) de la cuve est pourvue d'une installation de refroidissement ( 20) pour l'enveloppe de cuve ( 2 a) et/ou pour le matériau résistant d'habillage ( 6). 11 ) Réacteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la partie inférieure de cuve ( 2) est réalisée en une forme donnant une symétrie de rotation.