Brevet FR2575488A1 — publié le 19860704

L'invention concerne un procédé pour la production d'un gaz principalement constitué par CO et H2 à partir d'un matériau carboné, comprenant les étapes de vaporisation et de ccmustion partielle du matériau carboné finement divisé, avec carburation subséquente du mélange gazeux ainsi obtenu dans un four chargé de coke; elle concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Il existe plusieurs différents procédés connus de l'art antérieur pour la production de gaz réducteurs et de gaz de synthèse du type mentionné, les différents procédés produisant généralement diffé- rentes proportions internes de CO et H2 dans le gaz. De plus, les procédés connus sont limités au point de vue de la diminution des teneurs en CO2 et H20 dans le-gaz produit. On sait également qu'un gaz produit peut être soumis à une carbura- tion par passage de ce gaz à travers un four chargé de coke. Toute- fois, un inconvénient de ce procédé connu est que le coke entre ainsi pour environ 10 % dans la quantité totale de support carboné consumé. Afin de réaliser une carburation efficace aux températures basses souhaitées, il est nécessaire de disposer de coke réactif. On sait bien sûr qcue le coke réactif peut être produit à basse température, en relation avec l'extraction de la houille. L'utilisation de coke réactif entraîne des avantages considérables par rapport à celle de coke disponible dans le commerce; il n'émet ni fumée ni odeur lors de sa combustion et peut se consumer à basse température, à savoir environ 600 0C. En raison de la disponibilité limitée du coke réactif, on est forcé aujourd'hui d'utiliser du coke métallurgique du commerce, qui est toutefois moins réactif et de ce fait, exige des températures de car- buration plus élevées. Ceci implique à son tour que les réactions de carburation cessent avant que la proportion désirée de CO et H2 soit atteinte. -2- L'objectif de l'invention est d'obtenir un procédé de production d'un gaz principalement composé de CO et H2, à partir d'une matière carbonée de départ quelconque, independerinent de sa teneur en pro- duits volatiles, la portion volatile présente dans la Imatire car- !-ue initiale pouvant être utilisée et aussi transformr-e en CO et H2, et la chaleur physique présente dans la portion volatile et aussi en partie dans le coke pouvant être recyclée dans le procédé. L'invention a également pour objectif de produire un coke réactif destiné à l'utilisation dans le procédé de carburation complète du gaz produit dans le procédé. Il est également prévu de proposer un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. A cet effet, l'invention propose un procédé caractérisé par la carbonisation de la matière carbonée de départ en morceaux, dans un four, avec une alimentation en énergie externe et en oxydant; l'introduction de coke réactif produit dans le four de carbonisa- tion, à travers un système de sas étanche aux gaz, dans le four de carburation suivant les besoins dûs à la consommation de coke pour l'utilisation à la carburation-du mélange gazeux obtenu après vaporisation et combustion partielle; introduction du gaz chaud, obtenu à la carbonisation et comprenant la partie volatile de la matière carbonée de départ, dans l'étape de vaporisation pour le crackage et le reformage des composants inclus, ainsi que l'utili- sation de sa chaleur physique contenue. De préférence, la teneur en CO2 et H20 du gaz produit est ajustée entre O et 10 % et ainsi la teneur en CO et H2, entre 100 et 90%. Selon un mode de réalisation de l'invention, la carbonisation de la matière carbonée initiale est effectuée à une température comprise entre 600 et 800C. Il est obtenu ainsi un coke très réactif et, comme le coke est introduit directement dans le four de carburation relié à travers un système de sas étanche aux gaz, il n'est jamais "':ps. a l'o:vygene de!e.siphère par exemple. Selon un autre ode de réalisntion de l'invention, les morceaux de matière carbonée sont constitués par de l'anthracite, du char- bon bitumineux, de la liJ.te et/ou de la tourbe. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, le processus de production qui se déroule dans le four à carbonisa- tion est commandé au moyen de sondes de niveau placées dans le four de carburation. Etant donné que la matière première utilisée est une matière carbonée quelconque telle que de la tourbe, cela permet un degré plus élevé de consommation de coke dans le four de carburation si nécessaire, malgré l'utilisation de coke réactif, par exemple pour obtenir un gaz composé virtuellement de 100 % de CO et 2 Dans le four de carbonisation s'effectuent une carbonisation et une oxydation partielle de la matière carbonée de départ, avec addition simultanée d'énergie externe et d'oxydant. Selon un autre mode de zréalisation de l'invention, l'oxydant est ajouté sous la forme d'un gaz contenant 02, H20 et / ou CO2 2 2. L'oxydant peut être ici totalement ou partiellement préchauffé avant son admission dans le four de carbonisation, le gaz produit chaud sortant pouvant servir à cet effet. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, l'oxydant est introduit totalement ou partiellement à travers une chambre de combustion contenant un brûleur à fuel ou à gaz, avant de pénétrer dans le four de carbonisation. Si le brleur est alimenté avec du gaz, on utilise du gaz produit refroidi et comprimé qui pourra effectuer un échange thermique avec le gaz produit chaud avant de pénétrer dans le brûleur. Selon toujours un autre mode de réalisation de l'invention, le coke produit dans le four de carbonisation est refroidi avant de quitter -4- ce four. Ceci peut être réalisé par l'introduction d'un gaz produit refroidi et comprimé dans la chambre de décharge du four de carbo- nleation. Le refroidissement pourrait aussi s'effectuer par refroi- dissement du plateau de décharge. Le coke devient ainsi plus facile à manipuler dans le sas étanchne aux gaz, et de plus, le choix du matériau du système de sas devient moins critique. L'invention propose également un dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention décrit précédemment; ce dispositif est constitué par un tronçon de production de gaz avec une chambre de vaporisation et un four de carburation ainsi qu'une unité d'in- troduction étanche aux gaz pour les morceaux du support carboné, et il est caractérisé par un four de carbonisation relié au four de carburation à travers l'unité d'introduction étanche aux gaz pour les morceaux du support carboné,une unité d'introduction pour l'oxydant et l'énergie, une unité de décharge dans le fond du four pour le coke réactif produit ainsi qu'une entree supérieure pour le gaz de four à coke produit par carbonisation. Selon un autre mode de réalisation du dispositif- suivant l'invention, celui-ci comprend une unité d'alimentation en gaz de refroidissement disposée de façon à déboucher dans la cnambre de décharge du four de carbonisation qui contient également le dispo- sitif de décharge. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend une conduite de gaz depuis la sortie de gaz du four de carbonisation jusqu'à la chambre de vaporisation. La partie vola- tile de la matière première carbonée en morceaux alimente ainsi directement la chambre de vaporisation pour le crackage et le reformage. Selon un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention, celuici comprend des conduits pour l'alimentation en oxydant du four de carbonisation, comprenant des moyens de compression et des moyens d'échange calorique permettant l'échange calorique avec le gaz produit chaud. Selon encore un autre mode de réalisation du dispositif de l'inven- tion, celui-ci contient une chambre de chauffage dans la conduite d'alimentation en oxydant. Selon un-autre mode de réalisation du dispositif, un brûleur à fuel ou à gaz est disposé dans la chambre de combustion. Seicn un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif contient une conduite pour la recirculation du gaz produit, com- prenant une unité de refroidissement suivie d'un compresseur, et cette conduite débouche dans le brûleur. La conduite de recircula- tion peut contenir en outre un échangeur calorique pour l'échange calorique entre le gaz produit refroidi et compressé et le gaz produit chaud, lorsque cette conduite contient également de préfé- rence une unité de dérivation de sorte que le gaz produit puisse participer librement à un échange calorique partiel ou total. L'invention sera mieux comprise a. l'aide de la description ci-après- en regard du dessin annexe. La figure unique représente un mode de réalisation préféré d'une installation destinée à la mise en oeuvre du procédé selon l'inven- tion. Le tronçon de production de gaz du dispositif comprend une unité de vaporisation avec une chambre désignée par 1 pour la vaporisation et la combustion partielle d'une matière première carbonée finement divisée, ainsi qu'un four de carburation désigné par 2, rempli de coke 3. La chambre de vaporisation présente de préférence une forme cylindri- que avec des parois 4,5. il peut y avoir plusieurs chambres de vapo- risation reliées au four de carburation. Une ou plusieurs sorties de scorie 6 sont dispos&es pour décharger les scories du four de carburation et de la chanmbre de vaporisation. Le gaz produit est évacué à travers la sortie de gaz 7 dans le tronçon supérieur du four. Des morceaux de support carboné sont introduits dans le four à travers un système de sas étanche aux gaz 8 débouchant dans le haut du four. La chanmbre de vaporisation 1 débouche dans la partie inférieure du four d'o le gaz monte à travers le lit de coke et sort à travers la sortie de gaz. Au moins un brleur est raccordé à la chambre de vaporisation dont la version représentée est constituée par un générateur de plasma 9. Le générateur de plasma est raccordé à la chambre de vaporisation à travers le mécanisme de vanne 10. L'oxydant est introduit dans le générateur de plasma à travers une conduite d'alimentation 11. L'oxydant peut être utilisé comme un gaz vecteur qui est conduit à travers le générateur de plasma ou bien, un gaz vecteur indépendant est utilisé. Le gaz chaud, turbulant produit dans le générateur de plasma est amené dans la chambre de vaporisation à travers l'orifice 12 du générateur de plasma. Le combustible carboné, de préférence sous forme pulvérulente, est introduit à travers une conduite d'ali- mentation 13 dans une colonne annulaire concentrique 14 disposée dans l'orifice du générateur de plasma et/ou une lance 15, qui peut également être utilisée pour l'alimentation en additifs nécessaires. Dans le four, les lances 16, 17 sont disposées pour la fourniture de tout autre oxydant tel que par exemple H20, C02, pour l'utilisation de la chaleur physique en excès dans le gaz. Ainsi, il existe une possibilité d'ajuster la température et la composition du gaz. Dans la chambre de vaporisation, près du point d'introduction du coke, est installé un premier dispositif de détection 18, et dans la sortie de gaz 7 du four, un deuxième dispositif de détection 19, pour mesurer la température et/ou analyser le gaz; ces deux dispositifs de détec- tion permettent de commander le procédé. 3::: Ma charnre de -aporlzsat'on!, des lances 20 sont disposées a l=:introu-ctîon de canstituants formateurs de scories. Le dispositif comprend égalernent un four de carbonisation 21 avec une unité d'alimentation 22 pour la matière de départ carbonée en morceaux 23. L'oxydant et l'énergie extérieure sont fournis à tra- vers une conduite circul.ire 24 avec des tuyères 25, qui débouchent dans le four. Dans le fond du four est disposé une unité de décharge ayant la forme d'un plateau rotatif 26 avec une conduite 27, qui est direc- tenient raccordée au système de sas étanche aux gaz 8 pour l'addition de coke en morceaux dans le four de carburation. De l'oxydant sous forme da gaz contenant 02, H20 et/ou CO02 est introduit à travers une conduite 28 et un compresseur 29, à travers la conduite circulaire 24 et les tuyères 25 dans le four de carboni- sation. L'oxydant peut étre ici préchauffé, partiellement ou totale- ment, dans un échangeur calorique 30, utilisant eu gaz produit chaud à travers une conduite 31 qui est directement raccordée à la sortie de gaz produit 32. De l'énergie extérieure peut être fournie par combustion de fuel ou de gaz. Si l'on utilise du fuel, ce dernier est brûlé dans un brûleur 33 qui s'ouvre vers la chambre de combustion 34, l'oxydant étant fourni totalement ou partiellement à travers la chambre de combustion, par une conduite 35. L'oxydent peut être préchauffé ici partiellement ou totalement dans l'échangeur calorique 30. Si l'on utilise du gaz pour la fourniture d'énergie extérieure, une partie du gaz produit est soustraite à travers une conduite 36 et refroidie dans une unité de refroidissement 37, après quoi le gaz est comprimé à la pression requise dans un compresseur 38. De là, le gaz peut passer par un échangeur calorique 39 pour être préchauffé totalement ou rartiel!enjent, l'échange calorique s'effectuant ici entre le gaz produit froid et le gaz produit chaud sortant, qui est fourni à travers une conduite 40. Le gaz produit ainsi refroidi, comprimé et, si nécessaire, préchauffé, est alors introduit à tra- vers le brûleur 33 dans la chambre de combustion 34. Le coke produit dans le four de carburation peut être refroidi avant -son é7acuation du four, afin de faciliter la manipulation dans le dispositif de sas étanche aux gaz. Ceci peut être effectué selon un mode de réalisation de l'invention par introduction d'un courant partiel du gaz produit refroidi et comprimé dans la chambre de décharge 41 du four de carbonisation, a travers une conduite de dérivation 42 du compresseur 38. Le gaz de four à coke produit par carbonisation est alimenté à tra- vers une sortie 43 au sommet du four, à travers une conduite 44, dans la chambhre de vaporisation 1. La température du gaz est comprise ici entre 500 et 700'C et le gaz contient la partie volatile de la matière de départ carbonée. Ainsi, l'énergie est utilisée en même temps que les composants du gaz peuvent directement être crack.és et reformés dans la chambre de vapoïisation. Ainsi, conformément à l'invention, le coke réactif pour carburation est obtenu en quantité requise en même temps que les produits secon- daires de la production de coke réactif sont transformés en gaz valo- risable. Généralement, le support carboné finement divisé qui est introduit dans la chambre de vaporisation constitue environ 85 %, le gaz de four à coke recyclé constitue.environ 5 % et le coke réactif dans le four de carburation constitue environ 10 % du gaz produit. Le gaz produit contient en outre généralement environ 20 % de H2 et % de CO, mais ces proportions peuvent être modifiées en utilisant par exemple de la vapeur d'eau comme oxydant dans la chambre de com- bustion. REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'un gaz composé principalement de CO et H2, à partir d'une matière carbonée de départ, comprenant les étapes de vaporisation et de combustion partielle de la matière carbonée de départ finement divisée, avec carburation subséquente du mélange gazeux obtenu dans un four chargé de coke, procédé caractérisé par la carbonisation de la matière carbonée de départ en morceaux, dans un four, avec une alimentation en énergie externe et en oxydant; l'introduction de coke réactif produit dans le four de carbonisation, à travers un système de sas étanche aux gaz, dans le four de carburation suivant les besoins dûs à la consommation de coke pour l'utilisation à la carburation du mélange gazeux obtenu après vaporisation et combustion partielle; introduction du gaz chaud, obtenu à la carbonisation et comprenant la partie volatile de la matière carbonée de départ, dans l'étape de vaporisation pour le crackage et le reformage des composants inclus, ainsi que l'uti- lisation de sa chaleur physique contenue. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la proportion de CO2 et H20 dans le gaz produit est ajustée entre O et % et que la teneur en CO et H2 est ajustée entre 100 et 90 %. *2 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la carbonisation de la matière carbonée de départ est effectuée à une température de 600 à 800 oC. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière carbonée de départ est constituée par des morceaux d'anthra- cite, de bitume contenant du charbon, de la lignite et /ou des briquettes de tourbe. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le procédé est commandé dans l'étape de carbonisation au moyen de sondes de niveau dans le four de carburation. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un 2575-488 - 10 - oxydant est introduit, sous la forme d'un gaz constitué par 02, 2 2' H20 et./-ou CO 21-dans le four de carbonisation. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'oxydant est partiellenent ou totalement réchauffé par échange calorique avec le gaz produit chaud. 8. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que l'oxydant est partiellement ou totalement conduit à travers une chambre de combustion contenant un brûleur à fuel ou à gaz, avant d'être introduit dans le four de carbonisation. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un gaz produit refroidi et comprimé est utilisé comme gaz dans le brûleur. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'un échange calorique est réalisé entre le gaz produit refroidi et comprimé et le gaz produit chaud avant la pénétration dans le brûleur. 11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coke produit dans le four de carbonisation est refroidi avant d'être enlevé du four. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'un cou- rant partiel refroidi et comprimé du gaz produit dans le four de carburation est utilisé pour le refroidissement du coke. 13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le coke est refroidi par refroidissement à l'eau de l'unité de décharge du coke. 14. Dispositif de production d'un gaz constitué principalement de CO et H2, à partir d'une matière de départ carbonée, avec vaporisation et combustion partielle de la matière de départ carbonée finement divisée, avec carburation subséquente du mélange gazeux obtenu dans un four chargé de coke, selon la revendication 1, comprenant un X =57'588 L,)PI '4 o c t on de production de gaz avec une chambre de vaporisation crn GUune vnitê introduction étanche aux gaz pour les mor- ceaux de support carbone, disoositif caractérisé par un four de carzbonisation (21) connecté au four de carburation (2) à travers l'unité d'introduction 81 étanche aux-gaz pour les morceaux de support carboné, une unité d'introduction (24,25) pour l'oxydant et lénergie, une unité de décharge (26) au fond du four pour le coke réactif produit, et une sortie supérieure (43) pour le gaz du four à coke produit par carbonisation. 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé par une con- duite de gaz de refroidissement (26,42) disposée de façon à déboucher dans la chambre de décharge (41), comprenant l'unité de décharge (26) du four de carbonisationo 16. Dispositif selon la Revendication 14, caractérisé par une con- duite de gaz (44) reliant la sortie de gaz (43) du four de carbonisa- tion à la'chambre de vaporisation (1). 17. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé par les con- duites (28, 35) d'alimentation.en oxydant du four de carbonisation, comprenant des moyens de compression (29) et des moyens d'échange calorique (30) pour l'échange calorique avec-le gaz produit chaud. 18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé par une chambre de combustion (34) située dans la conduite (35) pour l'alimentation en oxydant. 19. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé par un brileur (33) a fuel ou à gaz disposé dans la chambre de combustion (34). 20. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé par une conduite (36) pour le recyclage du gaz produit, contenant une unité de refroi- dissement (37) et un compresseur (38) venant derrière, cette conduite débouchant dans le brûleur (33). 2575-488 1- 2 - 21. Disenzsitif selon la revendication 20, caractérisé en ce que la cornduite de recyclage (36) conaprend un échangeur calorique (39) pour l'; chang_ calorique avec le gaz produit chaud, ainsi qu'une conduite de dérivation (36a) après l'échangeur caloriaae (39).