Brevet FR2556002A1 — publié le 19850607

Procédé et installation pour la réduction de matières oxydées, avec génération simultanée d'un gaz approprié comme gaz combustible. L'invention concerne un procédé et une installation pour la réduction de matières oxydées, avec génération simul- tanée d'un gaz approprié comme gaz combustible. L'invention a pour but de fournir un procédé de réduction optimal, c'està-dire optimal concernant la technologie ainsi que la consommation énergétique, avec un système de génération de gaz particulièrement facile à contrôler pour produire un gaz de réduction, d'analyse, de pression et température convenables. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé qui permet en même temps de soutirer des quantités défi- nies de gaz combustible du système. Le procédé devra être suffisamment souple pour qu'une partie appropriée du gaz de réduction appauvri extrait du four à cuve puisse être réutilisée dans le procédé. L'invention concerne un procédé et une installation pour la réduction de matières oxydées avec génération simul- tanée d'un gaz approprié comme gaz combustible, carac- térisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: a) on produit à partir d'une matière de départ carbonée et/ou hydrocarbonée un gaz réducteur contenant prin- cipalement du monoxyde de carbone, de l'hydrogène, du dioxyde de carbone et de l'eau, la matière de départ étant introduite, en commun avec un agent oxydant et éventuellement un fondant formateur de scorie, dans la chambre de gazéification, avec pro- duction simultanée d'énergie calorique par combustion partielle; b) on transforme le gaz ainsi produit, sortant de la chambre de gazéification à une température supérieure au point de fusion de la cendre, dans une cuve sub- séquente chargée de matière carbonée solide en mor- ceaux, en un gaz réducteur contenant principalement du monoxyde de carbone et de l'hydrogène; c) on ajuste le gaz réducteur produit à une température appropriée pour le procédé de réduction subséquent, introduction du gaz réducteur dans un four à cuve contenant la matière oxydée devant être réduite chimiquement, le gaz réducteur étant forcé de cir- culer à contre-courant de la matière oxydée dans le four à cuve, et d) on élimine pratiquement toute l'eau et tous les so- lides du type poussière à partir du gaz réducteur partiellement appauvri, extrait du four à cuve, et utilisation de la majeure partie du gaz appauvri traité comme gaz de combustion. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'étape de transformation est effectuée de façon que le gaz réducteur contienne principalement du monoxyde de carbone et de l'hydrogène, avec une proportion en dioxyde de carbone et vapeur d'eau inférieure à 10%. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le gaz oxygène et au maximum 20% d'H20 sont utilisés comme agent oxydant dans le procédé de production de gaz, et l'agent oxydant, mélangé avec au moins une partie de la matière carbonée et/ou hydrocarbonée, est introduit dans la chambre de gazéification à travers un brQleur. Comme matériau pour charger la cuve, on utilise de préférence le coke, éventuellement en mélange avec des accepteurs de soufre. En variante, du fondant pul- vérulent peut être injecté dans le système, avec des accepteurs de soufre éventuels, dans le voisinage im- médiat du brûleur. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le gaz de réduction produit dans la chambre de gazéi- fication est désulfuré de préférence dans un filtre à soufre placé en aval, avant le refroi- dissement de ce gaz de réduction. Généralement, le gaz de réduction produit sort de la cuve -à une température de 1000 à 1500 C, après quoi, la température du gaz de réduction produit est ajustée entre 700 et 1000 C, de préférence 825 C, avant l'introduction du gaz de réduc- tion dans le four -à cuve à réduction. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le gaz réducteur chaud produit sortant de la cuve est a) mélangé, éventuellement après désulfurisation, avec une quantité de gaz réducteur partiellement appauvri extrait de la cuve à réduction et/ou b) introduit à travers un moyen de refroidissements afin d'obtenir la température finale souhaitée de 700 à 10000C, de préférence 825 C, avant l'introduction du gaz réducteur dans le four à cuve à réduction. L'invention concerne également une installation pour la réduction de matière oxydée avec génération simul- tanée d'un gaz approprié comme combustible, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de production de gaz réducteur comprenant au moins une chambre de gazéifi- cation avec au moins un brûleur, une cuve, un four à cuve raccordé au moyen de production de gaz, éventuel- lement un filtre à soufre; le four à cuve contenant la matière oxydée à réduire; un premier moyen de sortie de gaz disposé dans la partie supérieure du four à cuve; un moyen séparateur disposé de manière adjacente au moyen de sortie de gaz et monté de façon à éliminer du courant gazeux sortant, l'eau et les solides du type poussière contenus dans le gaz; et un autre moyen de sortie de gaz pour l'évacuation du gaz approprié comme gaz combustible, et une conduite d'alimentation prin- cipale pour recycler au moins un courant partiel du courant gazeux sortant, pour ajuster la température.. du gaz réducteur produit dans le moyen générateur de - gaz. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le brûleur est raccordé à un moyen d'introduction d'agent oxydant pour le passage direct d'agent oxydant éven- tuellement préchauffé, à travers le brûleur, dans la zone réactionnelle, la cuve de production de gaz est chargée d'une matière carbonée en morceaux, contenant éventuellement des accepteurs de soufre. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la descrip- tion ci-après, en regard de la figure unique du dessin annexé, qui représente schématiquement un mode de réalisation de l'invention. Sur la figure l'indice 1 désigne un four à cuve à réduction destiné à la réduction de matière oxydée en morceaux. Ce four à cuve 1 est pourvu de moyens 2 pour l'introduction de la matière oxydée en morceaux devant être réduite dans le four à cuve. Au fond du four à cuve 1, se trouve un tube d'introduction 3 pour fournir du gaz de réduction chaud au four à cuve 1, ce gaz étant constitué essentiellement de monoxyde de carbone et d'hydrogène, et forcé de traverser le four à cuve 1 à contre-courant de la matière en morceaux, et doit être extrait ensuite à travers une première sortie de gaz 4 dans la région supérieure du four à cuve 1. La conduite de sortie 4 est raccordée à un moyen séparateur 5, appelé laveur, dans lequel des solides du genre poussière et l'eau sont extraits du gaz appauvri soutiré du four à cuve 1. L'eau et les solides du type poussière sont ainsi extraits du gaz appauvri ou gaz supérieur dans le sépara- teur 5 et pendant cette opération, le gaz est refroidi simultanément et toute quantité voulue du gaz appauvri peut être ensuite soutirée du système comme gaz combusti- ble à travers un moyen de sortie 6. Une partie de ce gaz appauvri est retournée dans le procédé pour être réutilisé, à travers la conduite 7, comme décrit en détail ci-dessous. Cette conduite est pourvue d'au moins un compresseur 8. Au moins un brûleur 11 est disposé dans la partie infé- rieure de la chambre de gazéification 13. L'indice 12 désigne une lance pour introduire du fondant formant des scories dans la chambre de gazéification 13, en commun avec des accepteurs de soufre si nécessaire. 15 désigne un moyen de sortie pour la scorie, disposé dans la cham- bre de gazéification 13. Cette dernière est raccordée au fond d'une cuve 14 remplie de coke. Cette cuve est munie à son extrémité supérieure d'une sortie de gaz, qui est raccordée par une conduite 16 au filtre à soufre 17. La conduite 16 est munie d'un moyen de sortie 22 pour l'extraction du gaz destiné à être utilisé comme gaz de combustion. Une autre sortie 22a peut être pré- vue dans le même but dans une conduite 18, immédiate- ment après le filtre 17; la conduite 18 relie le filtre 17 au moyen d'introduction 3. Afin de réaliser un re- froidissement du gaz de réduction produit, au moins une partie du gaz de réduction peut traverser un dispositif de refroidissement 20 en passant à travers une connexion de dérivation 19, 21, pour être amenée à la conduite 18. La conduite de gaz 7 comprend une branche 23 qui est raccordée à la conduite 18 immédiatement avant l'entrée de gaz 3. La conduite 18 est également raccordée, immédiatement avant l'entrée de gaz 3, à une conduite d'alimentation 24 pour H2S et à une autre conduite d'alimentation 25 pour porteur de carbone, tel que le méthanol et/ou propanol. Il est possible ainsi de pour- suivre le contrôle de la teneur en carbone du gaz de réduction produit avant son introduction dans la cuve 1. La fourniture d'H2S déjà en quantité réduite, diminue le risque de formation de suie dans le système. Une conduite d'alimentation 9 pour le transport de gaz oxygène et une conduite d'alimentation 10 pour le transport de matière carbonée et/ou hydrocarbonée, sont raccordées directement au brûleur 11 pour intro- duire cette matière à travers ce brûleur dans la chambre de gazéification 13. L'agent oxydant peut éventuellement être chauffé avant son passage dans le brûleur 11. L'instaliation représentée sur la figure fonctionne de la manière suivante: Le gaz réducteur destiné à la réduction chimique de la matière oxydée dans le four à cuve 1 et introduit au fond du four à cuve 1 à travers le moyen d'entrée des gaz 3, est essentiellement préparé dans le générateur de gaz 14 par introduction d'une matière de départ carbonée et/ou hydrocarbonée, en commun avec un agent oxydant et éventuellement un fondant, dans la chambre de gazéi- fication 13 raccordée à la partie de fond de la cuve 14 remplie de coke. Le gaz de réduction ainsi produit est alors amené en principe à une température appropriée pour la réduction subséquente de la matière oxydée dans le four à cuve 1, et il est forcé de circuler à travers le four à cuve 1 à contre-courant de la matière à réduire. Le gaz appauvri extrait de la cuve 1, qui a partiellement perdu sa capacité de réduction chimique, et qui, dans la réduction de la matière oxydée, devient chargé de constituants oxydés tels que le dioxyde de carbone et l'eau, en commun avec des solides du type poussière, est passé, après son extraction de la cuve à réduction 1 à travers le moyen de sortie 4 disposé dans la partie supérieure du four à cuve 1, à travers un laveur 5 disposé afin d'éliminer l'eau et les - solides du type-poussière présents dans-ce gaz appauvri. Par ce traitement dans le laveur 5, le gaz appauvri est également refroidi et peut être alors partiellement extrait du système à travers la conduite de sortie des gaz 6, et utilisé comme gaz combustible. En variante, un courant partiel contrôlable du courant gazeux peut être retourné dans le procédé à travers les conduites 7 et 23. La production de gaz de réduction peut s'effectuer de diverses manières. Par exemple, une matière de départ pulvérulente et/ou liquide, carbonée et/ou hydrocarbonée, en commun avec un agent oxydant, comprenant 20% d'H20, peut être injectée à travers le brleur 11 dans la chambre de gazéification 13 raccordée à la partie inférieure de la cuve 14 chargée de coke. La matière de départ carbonée et/ou hydrocarbonée peut également se présenter en morceaux, auquel cas elle est introduite par le haut de la cuve 14. Une telle matière carbonée appropriée est le cocke. Le gaz de réduction produit dans la cuve 14 peut être aussi débarrassé du soufre par incorporation d'un accepteur de soufre approprié dans la charge de la cuve, ou injection de ce produit dans la chambre de gazéifi- cation, ou par passage du gaz produit dans la cuve 14 sur un filtre à soufre 17, à travers la conduite de sortie 16. En variante, tout composé soufré résiduel peut être absorbé par un oxyde métallique réduit, dans la partie inférieure de la cuve à réduction 1. Généralement, le gaz réducteur produit sortant de la cuve 14 est maintenu à une température de l'ordre de 1000 à 1500 C. Il n'est pas possible cependant d'uti- liser un gaz réducteur d'une température aussi élevée pour le procédé de réduction dans la cuve à réduction immédiatement et, en consequence, la température du gaz réducteur doit être abaissée avant l'introduction du gaz dans le four à cuve 1. Ceci peut s'effectuer de diverses manières dans le cadre de l'invention. Par exemple, le gaz réducteur produit provenant de la cuve 14 chargée de coke à travers la conduite 16 peut, après passage sur le filtre 17, être mélangé à un courant partiel approprié de gaz appauvri recyclé du four à cuve 1 à travers la conduite 23, de façon que la température du mélange gazeux se situe entre 700 et 1000 C. La température du gaz réducteur produit peut aussi être ajustée par passage d'un courant partiel du gaz produit à travers le dispositif de refroidissement 20. Le procédé de production de gaz proposé selon l'inven- tion apporte des avantages considérables du point de vue technologique. Le procédé de production de gaz peut s'effectuer à des températures o la cendre forme une scorie facile à manipuler, qui peut s'écouler sans créer des engorgements, à travers les orifices d'écoulement 15 situés au fond de la chambre de gazéification et/ou de la cuve 14 chargée de coke. REVENDICATIONS 1. Procédé de réduction de matières oxydées avec génération simultanée d'un gaz approprié comme gaz com- bustible, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: a) on produit à partir d'une matière de départ carbonée et/ou hydrocarbonée un gaz réducteur contenant prin- cipalement du monoxyde de carbone, de l'hydrogène, du dioxyde de carbone et de l'eau, la matière de départ étant introduite, en commun avec un agent oxydant et éventuellement un fondant formateur de scorie, dans la chambre de gazéification, avec pro- duction simultanée d'énergie calorique par combustion partielle; b) on transforme le gaz ainsi produit, sortant de la chambre de gazéification à une température supérieure au point de fusion de la cendre, dans une cuve sub- séquente chargée de matière carbonée solide en mor- ceaux, en un gaz réducteur contenant principalement du monoxyde de carbone et de l'hydrogène; c) on ajuste le gaz réducteur produit à une température appropriée pour le procédé de réduction subséquent, introduction du gaz réducteur dans un four à cuve contenant la matière oxydée devant être réduite chimiquement, le gaz réducteur étant forcé de circu- ler à contre-courant de la matière oxydée dans le four à cuve, et d) on élimine pratiquement toute l'eau et tous les solides du type poussière à partir du gaz réducteur partiellement appauvri, extrait du four à cuve, et utilisation de la majeure partie du gaz appauvri traité comme gaz de combustion. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie du gaz réducteur produit dans la cuve chargée de coke est éliminée du procédé et utilisé comme gaz de combustion. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape de transfor- mation est effectuée defaçon que le gaz réducteur con- tienne principalement du monoxyde de carbone et de l'hydrogène, avec une proportion en dioxyde de carbone et vapeur d'eau inférieure à 10%. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz oxygène et au maximum 20% d'H20 sont utilisés comme agent oxydant dans le procédé de production de gaz, et que l'agent oxydant, mélangé avec au moins une partie de la matière carbonée et/ou hydrocarbonée, est introduit dans la chambre de gazéification à travers un brûleur. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé - en ce que l'agent oxydant est préchauffé avant d'être introduit à travers le brûleur. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que la matière de départ carbonée et/ou hydrocarbonée utilisée pour la production du gaz réducteur, est présente sous forme pulvérulente et/ou liquide et/ou en morceaux. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que la chambre de gazéi- fication est raccordée à la partie inférieure d'une cuve chargée d'une matière carbonée solide, en morceaux. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce que du coke est utilisé comme charge carbonée de la cuve. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 4 à 8, caractérisé en ce que le fondant pulvérulent, en commun avec des accepteurs de soufre éventuels, est injecté dans le système au voisinage immédiat du brûleur. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 9, caractérisé en ce qu'un mélange de matière carbonée en morceaux et d'un accepteur de soufre appro- prié est utilisé comme charge de la cuve. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 10, caractérisé en ce que le gaz réducteur produit dans la chambre de gazéification est désulfuré avant d'être refroidi. 12. Procédé-selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 11, caractérisé en ce que le gaz réducteur sortant de la cuve est à une température de 1000 à 1500 C. 13. - Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 12, caractérisé en ce que la température du gaz réducteur produit sortant de la cuve est ajustée entre 700 et 1000 C, de préférence 825 C, avant l'intro- duction de ce gaz réducteur dans le four à cuve à ré- duction. 14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le gaz réducteur chaud produit sortant de la cuve est a) mélangé, éventuellement après désulfurisation, avec une quantité de gaz réducteur partiellement appauvri-extrait de la cuve à réduction et/ou b) introduit à travers un moyen de refroidissement, afin d'obtenir la température finale souhaitée de 700 à 1000 C, de préférence 825 C, avant l'introduction du gaz réducteur dans le four à cuve à réduction. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le courant partiel recyclé du gaz réducteur partiellement appauvri provenant de la cuve à réduction est amené à la pression nécessaire dans le procédé, par exemple au moyen d'au moins un compresseur. 16. Installation pour la réduction de matière oxydée avec génération simultanée d'un gaz approprié comme com- bustible, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de production de gaz réducteur comprenant au moins une-chambre de-gazéification (13)-avec un four à cuve raccordé au moyen de production de gaz, éven- tuellement un filtre à soufre; le four à cuve contenant la matière oxydée à réduire; un premier moyen de sortie de gaz disposé dans la partie supérieure du four à cuve; un moyen séparateur disposé de manière adjacente au moyen de sortie de gaz et monté de façon à éliminer du courant gazeux sortant, l'eau et les solides du type poussière contenus dans le gaz; et un autre moyen de sortie de gaz-pour l'évacuation du gaz approprié comme gaz combustible, et une conduite d'alimentation princi- pale pour recycler au moins un courant partiel du courant gazeux sortant, pour ajuster la température du gaz réducteur produit dans le moyen générateur de gaz. 17. Installation selon la revendication 16,! 17. Installation selon la revendication 16, caractérisée en ce que la conduite d'alimentation prin- cipale est pourvue d'au moins un compresseur. 18. Installation selon les revendications 16 et 17, caractérisée en ce que le brûleur est raccordé à un moyen d'introduction d'agent oxydant pour le passage direct d'agent oxydant éventuellement préchauffé, à travers le brûleur, dans la zone réactionnelle. 19. Installation selon l'une quelconque des reven- dications 16 à 18, caractérisée en ce que le moyen gé- nérateur de gaz est pourvu d'au moins un moyen de sortie situé au fond. 20. Installation selon l'une quelconque des reven- dications 16 à 19, caractérisée en ce que la cuve de production de gaz est chargée d'une matière carbonée en morceaux, contenant éventuellement des accepteurs de soufre. 21. Installation selon l'une quelconque des reven- dications 16 à 20, caractérisée en ce qu'une conduite de gaz réducteur reliant le séparateur de soufre et une entrée de gaz de la cuve à réduction, peut être raccordée à un courant partiel de gaz appauvri régulateur de température. 22. Installation selon la revendication 21, carac- térisée en ce que la conduite de gaz réducteur reliant le séparateur de soufre à l'entrée de gaz de la cuve a réduction, est raccordée à une conduite d'alimentation de porteur de carbone et à une autre conduite d'alimen- tation pour l'addition de H2S. 23. Installation selon l'une des revendications 21 ou 22, caractérisée en ce que la conduite de gaz réduc- teur peut être.raccordée à l'entrée de gaz à travers un refroidisseur, par des conduites.