Brevet FR2669099A1 — publié le 19920515

Procédé et dispositif de combustion de matériaux carbonés divisés. La présente invention concerne un procédé et un dispositif de combustion de matériaux carbonés divisés. I1 est connu d'utiliser un réacteur unique où s'effectue la combustion étagée avec une première zone en lit turbulent où s'effectue la gazéification partielle du combustible. une deuxième zone en lit circulant où s'effectue la combustion du combustible et une partie des échanges le cas échéant. Avec un tel procédé les rejets de NOx sont importants. Le procédé selon l'invention permettant de diminuer les rejets de NOx est caractérisé en ce que l'on soumet en premier lieu ces matériaux à une gazéification partielle en atmosphère réductrice dans un premier lit fluidisé circulant, on soumet le mélange des matériaux solides et de matières volatiles et de gaz issu de la gazéification à une séparation granulométrique grossière avec recyclage direct dans le premier lit fluidisé de matériaux solides de granulométrie intermédiaire, le reste constitué de matériaux solides, de matières volatiles et de gaz étant soumis à une combustion dans un second lit fluidisé circulant à haute température, puis à une séparation granulométrique poussée des matériaux solides résiduaires, lesdits matériaux solides résiduaires échangeant leur chaleur avec un fluide à réchauffer et/ou à vaporiser avant d'être réinjecté dans un lit fluidisé circulant. Dans le procédé selon l'invention la gazéification a lieu dans un lit fluidisé circulant avec un temps de séjour élevé des matières volatiles ce qui permet d'éviter la formation de NOx. La combustion dans le second lit fluidisé circulant à lieu à température compatible avec la désulfuration et la tenue en température du lit. Le dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que en ce qu'il comprend un réacteur de gazéification partielle de matériaux carbonés divisés, ledit réacteur étant rempli d'un lit fluidisé circulant, des moyens d'introduction des matériaux carbonés dans le réacteur, des moyens d'introduction dans le réacteur d'un gaz oxydant en quantité suffisamment faible pour y maintenir une atmosphère réductrice, des moyens pour séparer les matériaux issus de ce réacteur en matériaux dispersés de granulométrie intermédiaire et en un mélange de matériaux dispersés de faible granulométrie, de matières volatiles et de gaz, au moins une partie des matériaux de granulométrie intermédiaire étant recyclée dans le réacteur de gazéification, un réacteur de combustion à lit fluidisé circulant, des moyens pour introduire dans le réacteur de combustion le mélange de matériaux dispersés de faible granulométrie, de matières volatiles et de gaz, des moyens d'introduction dans le réacteur de combustion d'un gaz oxydant en excès par rapport à la proportion stoechimétrique pour assurer la combustion des matériaux et matières injectées en lit fluidisé circulant, des moyens de séparation des produits de combustion en fumées résiduaires et en produits solides de combustion divisés, des moyens d'échange de chaleur entre une partie des produits solides de combustion divisés et un fluide à réchauffer et/ou vaporiser, l'autre partie de ces produits étant recyclée dans le réacteur de combustion, des moyens de recyclage des produits solides refroidis au réacteur de gazéification partielle. I1 est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence à la figure unique schématique du dessin annexé, un procédé et un dispositif de combustion de charbon divisé selon l'invention. Le dispositif comprend un réacteur de gazéification partielle 1 et un réacteur de combustion 2. Ces réacteurs ont été représentés par des éléments de dimensions voisines, mais on comprendra qu'en réalité le réacteur de gazéification partielle sera en général de dimensions plus faibles que le réacteur de combustion, et par exemple de section trois fois plus faible. Le charbon pulvérisé est introduit en suspension dans le réacteur 1 en suspension dans de l'air de transport par des tuyauteries représentées schématiquement par un conduit 3. Le charbon introduit comporte des particules de forte granulométrie allant par exemple jusqu'à 6mm de diamètre. A la base du réacteur, de l'air arrivant par le conduit 4 est insufflé sous une grille 5 en débit suffisamment faible, très inférieur au débit stoechimétrique de combustion, pour qu'il subsiste dans le réacteur une atmosphère réductrice. On peut également utiliser partiellement un autre fluide de transport des matériaux divisés, tel que des fumées recyclées.Il est introduit par ailleurs par le conduit 22 dans le lit fluidisé circulant du réacteur des matières solides encore chaudes provenant du réacteur de combustion, dont l'origine sera indiquée ci-après, ainsi que par le conduit 9 des particules solides de granulométrie intermédiaire (diamètre des particules pouvant être de l'ordre de 0,5mm) séparées dans un cyclone 7 en tête du réacteur. La gazéification partielle du combustible a lieu à une température de l'ordre de 650 à 9000C. Les particules de charbon et les particules solides recyclées s'élèvent dans le réacteur 1 en lit fluidisé circulant, cependant que les particules de charbon perdent leurs matières volatiles. En tête du réacteur, le mélange de matériaux solides divisés, de matières volatiles et de gaz, est envoyé à un cyclone 7 de séparation par centrifugation du courant gazeux. Ce cyclone est choisi volontairement pour n'assurer qu'une séparation incomplète des particules solides. Les particules solides relativement les plus grossières c'est-à-dire avec une granulométrie intermédiaire se rassemblent dans le bas de cyclone et en sont évacuées par le conduit 8. Au moins une partie en est recyclée dans le bas du réacteur 1, comme déjà indiqué ci-dessus. L'autre partie (par exemple 10%) forme une purge de ces particules, qui est envoyée par le conduit 13 dans le bas du réacteur de combustion 2. Le mélange de gaz, de matières volatiles et de particules solides relativement fines, séparé en tête du cyclone 7, est envoyé par le conduit 10 dans la zone médiane du réacteur de combustion 2. Il est en outre insufflé dans le bas de ce réacteur par le conduit 11 un débit d'air de fluidisation et de combustion suffisant pour assurer dans ce réacteur une combustion sensiblement complète des matériaux combustibles solides ou gazeux. Ce débit d'air est introduit sous une grille de fluidisation 12, cependant que sont introduits un peu au-dessus de cette grille d'une part par le conduit 13 la purge de particules solides de granulométrie intermédiaire déjà mentionnée, d'autre part par le conduit 18 une partie des particules solides séparées en tête de ce réacteur dans un cyclone 15. Les particules solides chaudes introduites dans le bas du réacteur s'élèvent dans celui-ci en lit fluidisé circulant et contribuent à assurer la combustion des matières volatiles et des particules solides fines introduites par le conduit 10. La combustion se produit à une température compatible avec la désulfuration c'est-à-dire de 800 à 9000 C. Les produits de combustion évacués en tête du réacteur 2 par le conduit 14 sont envoyés dans un cyclone de séparation par centrifugation à haut rendement 15. On évacue en tête du cyclone 15 par le conduit 16 des fumées ne contenant plus qu'une faible quantité de particules solides très fines, dont une partie est envoyée par le conduit 27 à la cheminée, après refroidissement et filtration complémentaire. Une autre partie de ces fumées est recyclée par le conduit 28 et réunie à l'air d'alimentation du réacteur de gazéification partielle Les matériaux solides divisés séparés dans le cyclone 15 (diamètre des particules de l'ordre de 0,15mm) en sont évacués par le conduit 17. Une partie en est recyclée par le conduit 18 dans le lit fluidisé circulant au bas du réacteur de combustion, au-dessus de sa grille. Le reste passe par le conduit 19 à un échangeur de chaleur 20, où il est refroidi par échange avec un fluide à vaporiser ou réchauffer, pouvant être soit de l'eau ou de la vapeur, soit de l'air d'alimentation des réacteurs, circulant dans des tubes d'échange 21. Les particules solides y sont maintenues en lit fluidisé dense par de l'air injecté dans l'échangeur par le conduit 20A, puis évacuées partiellement refroidies par le conduit 22 sur le réacteur de gazéification partielle 1. Une partie de l'air d'alimentation du réacteur 1 peut être divertie pour être réunie, d'une part (conduit 26) aux particules à granulométrie intermédiaire recyclées dans le bas du réacteur de gazéification par le conduit 9, d'autre part (conduit 23) à la purge de particules à granulométrie intermédiaire envoyée par le conduit 13 au réacteur de combustion. D'autres fractions d'air sont réunies aux particules séparées en tête du réacteur de combustion et recyclées, d'une part dans la base de ce réacteur par le conduit 18 (conduit 24), d'autre part avec les particules envoyées par le conduit 19 à l'échangeur de refroidissement 20 (conduit 25). Le procédé de l'invention peut s'exécuter, soit à la pression atmosphérique, soit sous pression plus élevée. I1 permet alors de réduire les dimensions des réacteurs. De plus il n'est plus nécessaire de prévoir des niveaux intermédiaires d'injection de gaz dans les réacteurs. REVENDICATIONS 1 - Procédé de combustion de matériaux carbonés divisés caractérisé en ce que l'on soumet en premier lieu ces matériaux à une gazéification partielle en atmosphère réductrice dans un premier lit fluidisé circulant, on soumet le mélange des matériaux solides et de matières volatiles et de gaz issu de la gazéification à une séparation granulométrique grossière avec recyclage direct dans le premier lit fluidisé de matériaux solides de granulométrie intermédiaire, le reste constitué de matériaux solides de granulométrie fine, de matières volatiles et de gaz étant soumis à une combustion dans un second lit fluidisé circulant à haute température, puis à une séparation granulométrique poussée des matériaux solides résiduaires, lesdits matériaux solides résiduaires échangeant leur chaleur avec un fluide à réchauffer et/ou à vaporiser avant d'être réinjecté dans le premier lit fluidisé circulant. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on renvoie (28) à l'opération de gazéification partielle une partie des fumées issues de la séparation granulométrique poussée des matériaux solides résiduaires de la combustion. 3 - Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la partie des matériaux de granulométrie intermédiaire non introduite dans le premier lit fluidisé circulant est introduite dans le second lit fluidisé circulant à un niveau inférieur à l'introduction du mélange de matériaux dispersés de faible granulométrie de matières volatiles et de gaz. 4 - Dispositif de combustion de matériaux carbonés divisés caractérisé en ce qu'il comprend un réacteur (1) de gazéification partielle de matériaux carbonés divisés, ledit réacteur (1) étant rempli d'un lit fluidisé circulant, des moyens (3) d'introduction des matériaux carbonés dans le réacteur (1), des moyens (4) d'introduction dans le réacteur (1) d'un gaz oxydant en quantité suffisamment faible pour y maintenir une atmosphère réductrice, des moyens (7) pour séparer les matériaux issus de ce réacteur (1) en matériaux dispersés de granulométrie intermédiaire et en un mélange de matériaux dispersés de faible granulométrie, de matières volatiles et de gaz, au moins une partie des matériaux de granulométrie intermédiaire étant recyclée dans le réacteur (1) de gazéification, un réacteur de combustion (2) à lit fluidisé circulant, des moyens (10) pour introduire dans le réacteur de combustion le mélange de matériaux dispersés de faible granulométrie, de matières volatiles et de gaz, des moyens (11, 12) d'introduction dans le réacteur de combustion (2) d'un gaz oxydant en excès par rapport à la proportion stoechimétrique pour assurer la combustion des matériaux et matières injectées en lit fluidisé circulant, des moyens (15) de séparation des produits de combustion en fumées résiduaires et en produits solides de combustion divisés, des moyens (20, 21) d'échange de chaleur entre une partie des produits solides de combustion divisés et un fluide à réchauffer et/ou vaporiser, l'autre partie de ces produits étant recyclée dans le réacteur de combustion (2), des moyens (22) de recyclage des produits solides de combustion divisés refroidis au réacteur (2) de gazéification partielle, 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (28) de recyclage dans le réacteur de gazéification partielle (1) et le réacteur de combustion (2) d'une partie des fumées séparées à la sortie du réacteur de combustion (2). 6 - Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la partie des matériaux de granulométrie intermédiaire non recyclée dans le réacteur (1) de gazéification est introduite dans le réacteur (2) de combustion a un niveau inférieur à l'introduction du mélange de matériaux dispersés de faible granulométrie, de matières volatiles et de gaz.