Brevet FR2587717A1 — publié le 19870327

Procédé de production d'un gaz épuré contenant de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène. La présente invention concerne un procédé de production d'un gaz contenant de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène, procédé qui permet l'utilisation de la technologie actuellement connue dans le domaine commercial et l'utilisation de tout genre de matière de départ contenant du carbone et/ou de l'hydrocarbone, et selon lequel il n'est pas nécessaire que le gaz soit soumis à des opérations de lavage onéreuses entraînant une importante consommation d'éner- gie, avant de pouvoir être utilisé comme gaz de réduction, comme gaz de combustion ou comme gaz de synthèse. Par les traitements dans le cas desquels on a recours à la combus- tion pour l'alimentation en énergie et par les traitements selon lesquels il est utilisé des matières de départ autres que du coke séché, telles du charbon bitumineux, de la tourbe et l'équivalent, il est obtenu un gaz qui contient du H20 et de l'hydrocarbone, ainsi que du CO + H2. Normalement, il est visé à obtenir une teneur maximum du gaz en CO2 + H20 d'environ 10 % et il est en même temps visé à ce que la teneur en hydrocarbones lourds' soit aussi voisine que possible de 0 %. Dans le cas des traitements de gazéification de genre classique et courant, selon lesquels il est utilisé de l'oxygène (air) et de la vapeur d'eau et selon lesquels le gaz et la matière carbonée Z587717 -2 - se déplacent en courants de sens opposés l'un par rapport à l'autre, il est possible d'obtenir un effet extrêmement bon de la chaleur, mais, étant donné la faible température de réaction, le gaz contien- dra d'importantes quantités de goudron. De plus, il est obtenu un produit résiduel sous forme de cendre, dont il est difficile de se débarrasser d'une manière telle que ceci ne puisse nuire à l'envi- ronnement. Il est possible d'obtenir de considérables avantages l0 par une élévation telle de la température de la réaction, au cours de la phase de combustion, que la cendre fonde, et par une augmen- tion de la pression de traitement. Les scories solidifiées retirées sont extrêmement résistantes au lessivage et la production par unité de volume de l'appareil de réaction est accrue. De plus, l'oxygène en excès peut être maintenu à un niveau raisonnable pour les traitements de réduction, c'est-à-dire qu'une quantité moindre de l'oxyde de carbone formé doit être transformée par combustion en CO2 pour couvrir les pertes thermiques, par exemple. Toutefois, la question de la présence de goudron dans le gaz sub- siste toujours, et, pour cette raison, le gaz ne peut pas être utilisé directement comme gaz de réduction, par exemple. C'est pour les raisons qui viennent d'être exposées que le but princi- pal de la présente invention est de procurer un procédé qui permette l'utilisation de tout genre de matière contenant du carbone et/ou de l'hydrocarbone pour la production de gaz, tout en permettant l'utilisation de la technologie connue actuellement dans le domaine commercial, procédé selon lequel il ne soit pas nécessaire que le gaz soit soumis à des opérations de lavage onéreuses, entraînant une importante consommation d'énergie, avant de pouvoir être utilisé comme gaz de réduction, comme gaz de combustion ou comme gaz de synthèse. - 3 - Ce but principal qui vient d'être énoncé est atteint grâce au procédé faisant l'objet de la présente invention, qui se caractérise en subs- tance en ce que le gaz produit à partir de matière contenant du carbone et/ou de l'hydrocarbone et"un agent d'oxydation sont amenés à une chambre de réaction supplémentaire, en même temps qu'un gaz chauffé par un générateur à plasma, afin que se produise dans cette chambre le craquage de l'hydrocarbone contenu dans le gaz. Il a été constaté que par l'amenée d'un gaz très chaud,chauffé par un générateur à plasma et présentant par conséquent une densité d'énergie extrêmement élevée, il se produisait une désintégration thermique de l'hydrocarbone contenu dans le gaz provenant de l'appareil de gazéification, de même que se produisait la réaction avec le H20, 02 et/ou CO2 contenu dans le gaz qui déterminait la formation de H2 et de CO. Etant donné la forte densité d'éner- gie du gaz amené, un volume comparativement faible de gaz est nécessaire, ce qui rend par conséquent le traitement possible. Le gaz peut avoir été produit par pyrolyse ou par combustion partiel- le de matière contenant du carbone et/ou de l'hydrocarbone, telle que de la tourbe, du charbon de mine, de l'anthracite ou des déchets forestiers. S'il doit être utilisé du gaz de cokerie obtenu par pyro- lyse de charbon de mine, le gaz contiendra d'autres agents de contamination ainsi que des hydrocarbones. Un grand avantage qu'apporte la présente invention réside en ce que le craquage de ces agents de contamination, comme celui des hydrocarbones, se produise dans la chambre de réaction supplémentaire. -4- Suivant l'une des particularités de réalisation du procédé faisant l'objet de la présente invention, particularité qui constitue l'une des caractéristiques de celle-ci,- le gaz, après être passé dans la chambre de réaction supplémentaire, est amené à passer par une charge de pierre à chaux ou de dolomie, en vue de l'élimination du soufre. La pierre a chaux ou la dolomie utilisée à cette élimina- tion du soufre ou épuration agira également comme catalyseur l0 dans le craquage de l'hydrocarbone et dans la réaction avec l'agent d'oxydation. Ceci permet d'abaisser la consommation d'énergie électrique dans une mesure correspondante dans la chambre de réaction supplémentaire. Selon une autre particularité de réalisation du procédé faisant l'objet de la présente invention, particularité qui constitue égale- ment une caractéristique de celle-ci, la teneur en C02 + H120 du gaz sortant de la chambre de réaction supplémentaire est réglée de façon à être inférieure à 5 %. D'autres caractéristiques de réalisation de la présente invention et des avantages supplémentaires qu'offre celle-ci apparaîtront à la lecture de la description détaillée que l'on donnera ci-après en se référant au dessin annexé à ce mémoire, qui représente de façon schématique le circuit d'écoulement propre à un traitement de production de gaz répondant à la présente invention, lié à un traitement de réduction subséquent. Un gaz brut est produit dans un appareil de gazéification ou four à coke désigné par le nombre de référence 1. Le gaz brut ainsi produit est amené à une chambre de réaction supplémentaire 2. 2 5 8 7 7 17 -5- Il est prévu au moins un générateur à plasma 3 qui est associé à la chambre de réaction supplémentaire, pour l'amenée à celle-ci d'un gaz très chaud, présentant une forte densité d'énergie. L'hydro- carbone présent dans le gaz 'brut est soumis au craquage dans la chambre de réaction supplémentaire et il réagit pour former du CO + H2. Du coke finiment divisé et/ou du H20 peuvent être introduits à l'aide de lances 4 dans la chambre de réaction supplé- 0 mentaire, en vue du réglage du rapport hydrogène/carbone. Après cela, le gaz est soumis à une élimination du soufre ou épura- tion dans le puits 5, contenant une charge de pierre à chaux ou de dolomie qui y a été introduite par un dispositif à sas 7, étanche au gaz, et la charge usée est retirée du puits, à la partie inférieure de celui- ci, par un autre dispositif à sans, le dispositif à sas 8, qui est, lui aussi, étanche au gaz. Tout hydrocarbone restant dans le gaz est également soumis à un craquage catalytique dans la charge de pierre à chaux ou de dolomie. Ceci permet une réduc- tion de la consommation d'énergie électrique dans le générateur à plasma 3 utilisé à la désintégration thermique de la teneur en hydrocarbone. Le gaz qui a été épuré de la manière indiquée ci-dessus et qui ne contient en substance que du H2 + CO et qu'une faible quantité de H20 + CO2 peut ensuite être transporté vers une chambre 9, dans laquelle sa température et sa composition seront réglées, avant qu'il pénètre dans un four sous forme de puits 10 destiné à la réduction de la matière oxydée. Le gaz produit est introduit dans le four 10 par une admission 12 prévue à la partie inférieure de celui-ci, et il est amené à s'écou- ler en un courant de sens opposé à celui du courant de la matière contenant l'oxyde métallique. Le gaz partiellement consommé, qui contient des impuretés et de la poussière, sort du four 10 par une sortie 13 et il est alors lavé dans un appareil de lavage 14. - 6- Le gaz épuré, en partie consommé, peut ensuite être utilisé à d'autres fins, comme l'indique la flèche 15, suivant laquelle il est acheminé vers un filtre 15. Si c'est nécessaire, une partie du gaz peut être remise en circulation et recyclée dans le cycle de traitement par des conduits 16, 16a et 16b, et, dans la chambre de mélange 9, il peut par exemple être en partie utilisé au réglage de la température et de la composition du gaz devant être introduit dans le four sous forme de puits 10. Une partie du gaz de recyclage peut aussi être utilisé dans le générateur à plasma qui est associé à la chambre de réaction supplémentaire. L'invention est illustrée par un exemple, donné ci-après, d'applica- tion du procédé qui en fait l'objet. Exemple tonnes de déchets forestiers contenant 30 % d'eau et présentant la composition qui est indiquée ci-après: C H O N S cendre 51 6,2 42 0,2 0,5 0,5 % ont été introduites par heure dans la partie supérieure d'un appareil de gazéification à courants de sens opposés, un agent d'oxydation ayant été introduit dans la partie inférieure de l'appareil de gazéifi- cation sous la forme d'air chauffé à la température de 1.000 C. L'apport d'air représenterait 3.700 Nm3. La composition du gaz de sortie était celle qui est indiquée ci-après: CO CO2 H2 H2O N2 CH4 N2 2 41,1 4,8 15,8 2,9 ,8 9,8 2587717 - - 7 - Il fut en même temps retiré un échantillon de goudron qui indiquait que le gaz contenait 3,2 g de goudron/Nm3. La température du gaz sortant s'élevait à 550 C et le volume du gaz était approximativement de 17.200 Nm3. Le gaz a alors été introduit dans une chambre de.- réaction supplémentaire et il a été chauffé par utilisation d'air chauffé par un générateur à plasma. La quantité d'air nécessaire n'était que d'environ 2.100 Nm3. Grâce à la contribution du générateur à plasma,la tempéra- ture du gaz entrant a été élevée à 1.250 C et la consommation d'énergie électrique a été d'environ 8,7 MWh. Le méthane et le goudron contenus dans le gaz de pyrolyse chauffé ont ainsi été éliminés de ce gaz et le gaz quittant la chambre avait la composition qui est indiquée ci-après CO Co2 H2 H20 N2 28,6 4,8 29,6 13,6 23,4 % La quantité de gaz sortant était d'environ 19.900 Nm3. -$ - Revendications. 1. Procédé de production d'un gaz contenant de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène, procédé qui perMiet l'utilisation de la technologie actuellement connue dans le domaine commercial et l'utilisation de tout genre de matière de départ contenant du carbone et/ou de l'hydrocarbone, et selon lequel il n'est pas nécessaire que le gaz soit soumis à des opérations de lavage onéreuses, entraînant une importante consommation d'énergie, avant de pouvoir être utilisé comme gaz de réduction, comme gaz de combustion ou comme gaz de synthèse, le procédé étant caractérisé en ce que le gaz produit à partir de matière contenant du carbone et/ou de l'hydrocarbone et un agent d'oxydation sont amenés à une chambre de réaction supplémentaire, en même temps qu'un gaz chauffé par un générateur à plasma, afin que se produise dans cette chambre le craquage de l'hydrocarbone contenu dans le gaz. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz, après être passé dans la chambre de réaction supplémentaire, est amené à passer par une charge de pierre à chaux ou de dolomie, en vue de l'élimination du soufre, en vue du craquage de tout hydrocarbone restant et en vue de l'achèvement de la réaction avec l'agent d'oxydation. 3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, carac- térisé en ce que du coke finement divisé et/ou du H20 sont injectés dans la chambre de réaction supplémentaire. 4. Procédé suivant les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la teneur en CO2 + H20 du gaz sortant de la chambre de réaction supplémentaire est réglée de façon à être inférieure à 5 %.