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Perfectionnements à la fabrication de gaz mixtes au moyen de combustibles à forte teneur en matières volatiles
Cette invention a trait à un procédé perfectionné pour la gazéification complète de combustibles ayant une forte te- neur en matières volatiles, tels que le charbon bitumineux, avec récupération complète des principes volatils et produc- tion d'un gaz de pouvoir calorifique relativement élevé et exempt d'éléments inertes, par comparaison avec les résultats, obtenus par les procédés actuels de production de gaz à l'eau non enrichi ou gaz bleu obtenu par le traitement des combusti- bles bitumineux.
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L'invention est décrite ci-dessous avec référence aux dessins annexés, dans lesquels: Fig. 1 est une vue en plan d'une installation propre à réaliser l'invention, Fig. 2 une coupe verticale suivant la ligne A-A de la Fig. 1, et Fig. 3 une vue en élévation partiellement en coupe suivant la ligne B-B de la fig. 1.
Dans ces dessins, 1 et 3 sont des gazogènes, 2 et 4 des récupérateurs de chaleur, 5 un réchauffeur tubulaire, 6 une caisse laveuse et 8 une tuyauterie d'amenée de vapeur aux ga- zogènes 1 et 3 munie de soupapes 81 et 83 qu'on peut fermer ou mettre dans une position permettant une circulation de bas en haut ou de haut en bas, à volonté, dans les deux gazogènes.
Le tuyau de vapeur 8 est pourvu d'un embranchement 84, dont le but apparaitra ultérieurement; 7 est une arrivée d'air à la base des gazogènes.
Les gazogènes sont divisés en deux zônes, ainsi qu'on le verra en se rapportant à la Fig. 2 ; la première est une zone de gazéification 34 et la seconde une zone de carbonisation
35. Des tubulures 9 et 10 mettent librement en communication la partie supérieure des zones de gazéification des gazogènes 1 et 3 avec les récupérateurs 2 et 4 respectivement et sont pourvues de tuyaux 19 pour l'admission de l'air secondaire, plus particulièrement utiles lorsqu'on ne fait pas usage d'un réchauffeur d'air tel que 5. Des tubes 15 et 16 relient le sommet des zones de carbonisation des gazogènes à la caisse laveuse 6 et sont munis chacun d'une soupape 17, 18. Le tube 20 relie la caisse laveuse à l'appareil de condensation et au réservoir (non représenté).
Les récupérateurs 2 et 4 sont garnis tous deux de matiè- res capables d'absorber la chaleur, telles que la brique de
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régénérateur, la brique à four ou la brique concassée, qu'on peut disposer comme le montre la Fig. 2, en deux couches en- tre lesquelles est aménagée une arrivée d'eau avec ajutage distributeur 37
Le fond du gazogène 1 communique avec le fond du récupé- rateur de chaleur 4 par un tuyau 11 pourvu d'une soupape 13; devant et derrière celle-ci se trouvent des tubes de vapeur à soupapes 87 et 88 raccordés à l'embranchement 84.
On remarquera que les tubes 85 et,88 peuvent remplir exactement, pour les gazogènes 1 et 3 respectivement la même fonction que les tuyaux de circulation montante de vapeur commandés par les soupapes 81 et 83.
Les fonds des récupérateurs 2' et 4 communiquent aussi, par des raccords 21 et 22 respectivement, avec la cheminée 28, par l'intermédiaire des tubes 31 du réchauffeur tubulaire 5, et du compartiment inférieur 54, lorsqu'il est fait usage d'un réchauffeur d'air. Les raccords 21 et 22 sont commandés par des soupapes, en 23 et 24 par exemple.
Le réchauffeur tubulaire est pourvu d'une arrivée d'air 27 qui communique avec l'espace dans lequel s'étend le fais- ceau de tubes, entre les plaques tubulaires 55 et 56; des rac- cords 25 et 26, munis de soupapes 29 et 30, relient cet espa- ce aux récupérateurs 2 et 4 respectivement. Ainsi qu'il a déjà été dit, les tubes 31 communiquent avec la cheminée 28.
Le réchauffeur tubulaire peut être remplacé par un réchauffeur d'un autre type.
L'installation fonctionne comme suit. Les zônes de ga- zéification des deux gazogènes sont soumises au Soufflage simultanément et en parallèle, l'air étant admis par les tuyaux d'amenée 7. Les gaz engendras passent du gazogène 1 par
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le tube 9 dans le récupérateur 2 qu'ils traversent en réchauf- fant les matières absorbant la chaleur qui s'y trouvent, pour s'échapper ensuite, à travers le raccord 21 et le réchauffeur tubulaire 5 (s'il en est fait usage), dans la cheminée 28.
Lorsqu'on emploie un réchauffeur, l'air pour la combustion secondaire dans le récupérateur 2 est amené par le tuyau 27 et, après avoir été réchauffé dans le réchauffeur, est en- voyé par le tuyau 25 au sommet du récupérateur 2. Lorsqu'on ne fait pas usage d'un réchauffeur, l'air pénètre dans le ré- cupérateur en 19.
De même, les gaz engendrés dans le gazogène 3 suivent le parcours 10, 4, 22 et 5 pour s'échapper dans la cheminée, l'air secondaire préalablement chauffé pour la combustion dans le récupérateur 4 étant amené également suivant le tra- jet 27, 5 et 26, lorsqu'il est fait emploi d'un réchauffeur d'air ou, dans le cas contraire, par le tuyau 19 indiqué au bas de la fig. 1.
Pendant le soufflage, les soupapes 23, 24, 29, 30 et les soupapes d'admission d'air sont ouvertes, tandis que les soupapes 13 et 14 sont fermées et les soupapes 17 et 18 par- tiellement fermées, celles-ci étant légèrement entr'ouvertes pour laisser passer dans le laveur les gaz engendrés dans la zone de carbonisation.
On coupe alors l'arrivée d'air, on ferme les soupapes 23, 24, 29 et 30 et on provoque une circulation descendante de la vapeur dans la partie inférieure de l'un des gazogènes et une circulation ascendante à la fois dans la partie supé- rieure et la partie inférieure de l'autre gazogène, si le mouvement descendant est produit dans le gazogène 1 et le mouvement ascendant dans le gazogène 3, les soupapes 13 et 18
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sont ouvertes et la soupape 17 partiellement ouverte, la sou- pape 14 restant fermée. La vapeur est admise au sommet de la zone de gazéification du gazogène 1. Le gaz bleu formé, cir- culant de haut en bas, passe par la conduite 11 dans le fond du récupérateur 4.
A sa sortie du gazogène 1 il est relative- ment froid, ayant été refroidi par les cendres, mais en pas- sant dans le récupérateur 4 il se réchauffe sous l'action de la chaleur qui y est emmagasinée. Ce courant descendant de gaz ainsi réchauffé, passe par le tube 10 dans le gazogène 3 où il s'élève à travers la zône de carbonisation conjointe- ment avec le courant ascendant de gaz bleu engendré simulta- nément par l'envoi de vapeur de bas en haut dans le gazogène 3 et pénètrent par conséquent dans la zône de carbonisation à une température très élevée.
Ces gaz bleus chauffés aban- donnent leur chaleur sensible en carbonisant et chauffant le combustible frais, distillant ainsi les principes volatils du charbon, le mélange résultant de gaz bleu à l'eau et de gaz de houille passant à travers le tube 16 dans la caisse laveuse et de là à travers l'appareil condenseur nécessaire vers le ré- servoir.
Le courant de vapeur peut alors être renversé dans les deux gazogènes de manière à devenir ascendant dans le gazogène 1 et descendant dans le gazogène 3, le courant descendant de gaz du gazogène 3 passant à travers le tuyau 12, le récupéra- teur 2 et le tube 9 dans la zône de carbonisation du gazogène 1 qu'il traverse conjointement avec le courant ascendant de gaz bleu de ce gazogène, pour arriver par le tuyau 15 à la caisse laveuse, les soupapes 14 et 17 étant ouvertes, la sou- pape 18 partiellement ouverte et la soupape 13 fermée. On laisse la soupape 18 partiellement ouverte pour permettre
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au gaz de houille provenant de la distillation continue dans la zone de carbonisation du gazogène 3 de passer dans le la- veur.
Au courant de gaz bleu descendait provenant de l'un des gazogènes ou peut ajouter du gaz venant du réservoir d'emma- gasinage, qu'on peut introduire par exemple par un tuyau 100 muni de soupapes et faire circuler avec le courant descendant de gaz bleu. on pourra agir ainsi lorsque le gaz bleu des- cendant de l'un des gazogènes et le gaz ascendant de l'autre gazogène ne sont pas en quantité suffisante pour assurer une carbonisation sensiblement complète du charbon.
on recommence alors le soufflage et lecycle ci-dessus dé- crit se répète suivant une modification, le cycle peut consis- ter en un soufflage simultané des deux gazogènes en parallèle, avec courant descendant dans le gazogène 1 et courant ascen- dant dans le gazogène 3, suivi d'un autre soufflage en pa- rallèle avec renversement de la circulation de vapeur dans les gazogènes, le courant devenant ascendant dans le gazogène 1 et descendant dans le gazogène 3, et ainsi de suite.
Dans ce mode de fonctionnement le récupérateur 4 est employé pour chauffer le gaz descendant provenant du gazogène 1 tandis que le récupérateur 2 peut être utilisé pour surchauf- fer la vapeur qui doit circuler de haut en bas dans le gazo- gène 1, la vapeur étant admise, par exemple, du côté de la soupape 14 où se trouve le récupérateur, c'est-à-dire par le tube à soupape 87, de manière à traverser le récupérateur 2 pour arriver à la partie supérieure de la zone de gazéifica- tion du gazogène 1 par le tube 9.
Le soufflage effectué ensuite a pour effet de réchauffer les deux récupérateurs et lorsqu'on provoque le courant des- cendant dans le gazogène 3, le récupérateur 4 peut être uti-
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lisé pour surchauffer la vapeur avant cette course descendan- te, la soupape 13 étant fermée et la vapeur!: étant admise du côté de cette soupape qui correspond au récupérateur, c'est-à- dire par le tuyau 86, pour arriver au gazogène 3 en passant par le récupérateur 4 et le raccord 10. Pendant ce temps le récupérateur 2 est employé pour chauffer le courant descen- dant de gaz bleu venant du gazogène 3 et devant passer à travers la zône de carbonisation du gazogène 1 conjointement avec le courant ascendant de gaz bleu de ce gazogène.
Au lieu d'employer l'un des récupérateurs en vue de sur- chauffer la vapeur pour la course descendante, on peut pro- duire de la vapeur dans ce récupérateur en y projetant de l'eau, par exemple au moyen d'un distributeur d'eau 37 in- troduit entre les deux couches de matières régénératrices
32 et 33. En tombant sur la couche inférieure le jet d'eau se transforme en vapeur et celle-ci est surchauffée dams une certaine mesure par son passage IL travers la couche supérieu- re.
Parmi les avantages obtenus par la réalisation du pro- cédé de fabrication de gaz suivant la présente invention on peut citer les suivants :
Les gaz soufflés ne passent pas à travers le combustible avant qu'il soit carbonisé et que ses matières volatiles soient expulsées. Celles-ci ne sont pas soumises à une tem- pérature élevée et les huiles légères peuvent par conséquent être récupérées. Un grand volume de gaz bleu chaud sert à effectuer la carbonisation sans nécessiter la recirculation des gaz à travers la zône de réaction du gaz à l'eau, ce qui aurait pour effet de diluer la vapeur et de réduire la capacité. Les courants ascendants et descendants de gaz bleu
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passent à travers les zones de carbonisation. Un gaz de pou- voir calorifique relativement élevé est produit.
La chaleur des gaz soufflés est récupérée sans que l'on ait recours à une chaudière utilisant les chaleurs perdues. De l'air secon- daire chaud peut être fourni. De la vapeur surchauffée peut être fournie pour le courant descendant ou bien de la vapeur peut être produite dans ce but. Les soupapes ne sont appelées à laisser passer que des gaz relativement froids et les sou- papes coûteuses pour fluides chauds sont évitées. Les gaz qui ont passé à travers le combustible non carbonisé ne peuvent s'échapper à l'atmosphère, ce qui évite les désagréments qus à la fumée.
Il est évident pour toute personne initiée dans la bran- che à laquelle se rapporte l'invention que des modifications de pure forme peuvent être apportées aux détails d'exécution ou à la marche despoérations sans s'écarter de l'invention..
Il est entendu que la division d'une couche de combusti- ble dans un gazogène en deux zones, une zone de gazéification et une zône de carbonisation superposées est connue en elle même ainsi que la restriction du soufflage dans la zône de gazéification. On a déjà proposé aussi des installations de production de gaz comportant deux gazogènes dans chacun des- quels on peut produire une circulation de la vapeur de bas en haut et de haut en bas et on confiait également d'autres ins- tallations dans lesquelles la vapeur est surchauffée dans une chambre de récupération et l'air employé pour le soufflage est préalablement chauffé dans des chambres régénératrices supplémentaires.
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Improvements in the manufacture of mixed gases using fuels with a high volatile content
This invention relates to an improved process for the complete gasification of fuels with a high volatile content, such as bituminous coal, with complete recovery of the volatiles and production of a gas of relatively high calorific value and free of inert elements, by comparison with the results obtained by current processes for the production of unenriched water gas or blue gas obtained by the treatment of bituminous fuels.
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The invention is described below with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a plan view of an installation suitable for carrying out the invention, FIG. 2 a vertical section taken along the line A-A of FIG. 1, and Fig. 3 is an elevational view partially in section taken along line B-B of FIG. 1.
In these drawings, 1 and 3 are gas generators, 2 and 4 heat recuperators, 5 a tubular heater, 6 a washer box and 8 a pipe for supplying steam to the gagens 1 and 3 provided with valves 81 and 83 that can be closed or put in a position allowing circulation from bottom to top or from top to bottom, at will, in the two gasifiers.
The steam pipe 8 is provided with a branch 84, the purpose of which will appear later; 7 is an air inlet at the base of the gasifiers.
The gasifiers are divided into two zones, as will be seen by referring to Fig. 2; the first is a gasification zone 34 and the second a carbonization zone
35. Tubings 9 and 10 freely put the upper part of the gasification zones of the gasifiers 1 and 3 into communication with the recuperators 2 and 4 respectively and are provided with pipes 19 for the admission of secondary air, more particularly useful when 'no use is made of an air heater such as 5. Tubes 15 and 16 connect the top of the carbonization zones of the gasifiers to the washer 6 and are each provided with a valve 17, 18. The tube 20 connects the washer box to the condenser unit and to the tank (not shown).
Recuperators 2 and 4 are both lined with materials capable of absorbing heat, such as brick.
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regenerator, kiln brick or crushed brick, which can be arranged as shown in Fig. 2, in two layers, between which is arranged a water inlet with distributor nozzle 37
The bottom of the gasifier 1 communicates with the bottom of the heat recovery unit 4 via a pipe 11 provided with a valve 13; in front of and behind this are valve steam tubes 87 and 88 which are connected to branch 84.
It will be noted that the tubes 85 and 88 can fulfill exactly, for the gasifiers 1 and 3, respectively, the same function as the pipes for the upward circulation of steam controlled by the valves 81 and 83.
The funds of the recuperators 2 'and 4 also communicate, by connectors 21 and 22 respectively, with the chimney 28, by means of the tubes 31 of the tubular heater 5, and of the lower compartment 54, when use is made of. an air heater. The fittings 21 and 22 are controlled by valves, at 23 and 24 for example.
The tubular heater is provided with an air inlet 27 which communicates with the space in which the tube bundle extends, between the tube plates 55 and 56; connectors 25 and 26, provided with valves 29 and 30, connect this space to recuperators 2 and 4 respectively. As has already been said, the tubes 31 communicate with the chimney 28.
The tubular heater can be replaced by a heater of another type.
The installation works as follows. The gasification zones of the two gasifiers are subjected to the blowing simultaneously and in parallel, the air being admitted through the supply pipes 7. The gases generated pass from the gasifier 1 through
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the tube 9 in the recuperator 2 which they pass through, heating the heat-absorbing materials therein, to then escape, through the fitting 21 and the tubular heater 5 (if used ), in the chimney 28.
When a heater is employed, the air for secondary combustion in recuperator 2 is supplied through pipe 27 and, after being reheated in the heater, is sent through pipe 25 to the top of recuperator 2. When a heater is not used, the air enters the recuperator at 19.
Likewise, the gases generated in the gasifier 3 follow the path 10, 4, 22 and 5 to escape into the chimney, the secondary air previously heated for combustion in the recuperator 4 also being supplied along the path 27. , 5 and 26, when an air heater is used or, in the opposite case, by the pipe 19 indicated at the bottom of fig. 1.
During blowing, the valves 23, 24, 29, 30 and the air intake valves are open, while the valves 13 and 14 are closed and the valves 17 and 18 partially closed, these being slightly half-open to allow the gases generated in the carbonization zone to pass through the scrubber.
The air supply is then cut off, the valves 23, 24, 29 and 30 are closed and a downward circulation of the steam is caused in the lower part of one of the gasifiers and an upward circulation in both the part. upper and lower part of the other gasifier, if the downward movement is produced in the gasifier 1 and the upward movement in the gasifier 3, the valves 13 and 18
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are open and the valve 17 partially open, the valve 14 remaining closed. The steam is admitted at the top of the gasification zone of gasifier 1. The blue gas formed, circulating from top to bottom, passes through line 11 in the bottom of recuperator 4.
On leaving the gasifier 1, it is relatively cold, having been cooled by the ashes, but on passing through the recuperator 4 it heats up under the action of the heat stored there. This descending stream of gas thus reheated passes through tube 10 into gasifier 3 where it rises through the carbonization zone together with the ascending stream of blue gas generated simultaneously by sending downstairs steam. up into the gasifier 3 and therefore enter the carbonization zone at a very high temperature.
These heated blue gases give up their sensible heat by charring and heating the fresh fuel, thus distilling the volatile principles of coal, the resulting mixture of blue gas with water and coal gas passing through tube 16 into the case. washer and from there through the necessary condenser unit to the tank.
The vapor stream can then be reversed in the two gasifiers so as to become ascending in the gasifier 1 and descending in the gasifier 3, the descending gas stream from the gasifier 3 passing through the pipe 12, the recuperator 2 and the tube 9 in the carbonization zone of gasifier 1 which it passes through together with the upward flow of blue gas from this gasifier, to arrive through pipe 15 to the washer box, valves 14 and 17 being open, valve 18 partially open and the valve 13 closed. The valve 18 is left partially open to allow
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coal gas from the continuous distillation in the carbonization zone of the gasifier 3 to pass through the wash.
To the blue gas stream descended from one of the gasifiers or gas can be added from the storage tank, which can be introduced for example by a pipe 100 provided with valves and circulated with the descending gas stream. blue. this can be done when the blue gas descending from one of the gasifiers and the ascending gas from the other gasifier are not in sufficient quantity to ensure substantially complete carbonization of the coal.
the blowing is then restarted and the above-described cycle is repeated according to a modification, the cycle can consist of simultaneous blowing of the two gasifiers in parallel, with a descending current in the gasifier 1 and an ascending current in the gasifier 3, followed by another blowing in parallel with reversal of the flow of steam in the gasifiers, the current rising in the gasifier 1 and falling in the gasifier 3, and so on.
In this mode of operation the recuperator 4 is used to heat the descending gas coming from the gasifier 1 while the recuperator 2 can be used to superheat the vapor which must circulate from top to bottom in the gasifier 1, the vapor being admitted, for example, from the side of the valve 14 where the recuperator is located, that is to say through the valve tube 87, so as to pass through the recuperator 2 to arrive at the upper part of the gasification zone. tion of gasifier 1 through tube 9.
The subsequent blowing has the effect of heating the two recuperators and when the downward current is caused in the gasifier 3, the recuperator 4 can be used.
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lisé to superheat the steam before this downstroke, the valve 13 being closed and the steam !: being admitted from the side of this valve which corresponds to the recuperator, that is to say through the pipe 86, to reach the gasifier 3 passing through recuperator 4 and connection 10. During this time recuperator 2 is used to heat the descending stream of blue gas coming from gasifier 3 and having to pass through the carbonization zone of gasifier 1 together with the stream. ascending blue gas from this gasifier.
Instead of using one of the recuperators to superheat the steam for the downstroke, steam can be produced in this recuperator by spraying water into it, for example by means of a distributor. of water 37 introduced between the two layers of regenerative materials
32 and 33. On falling on the lower layer the water jet turns into vapor and this vapor is superheated to some extent by its passage through the upper layer.
Among the advantages obtained by carrying out the gas production process according to the present invention, the following may be mentioned:
The blown gases do not pass through the fuel until it is charred and its volatiles are expelled. These are not subjected to high temperature and light oils can therefore be recovered. A large volume of hot blue gas is used to perform carbonization without requiring recirculation of the gases through the gas-water reaction zone, which would dilute the vapor and reduce capacity. Upward and downward currents of blue gas
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pass through the carbonization zones. A relatively high heat output gas is produced.
The heat of the blown gases is recovered without having to resort to a boiler using the waste heat. Hot secondary air can be supplied. Superheated steam can be supplied for the downdraft or steam can be produced for this purpose. The valves are only required to pass relatively cold gases and expensive hot fluid valves are avoided. The gases which have passed through the uncarbonized fuel cannot escape to the atmosphere, which avoids the inconvenience of the smoke.
It is obvious to any person initiated in the branch to which the invention relates that purely technical modifications can be made to the details of execution or to the course of the operations without departing from the invention.
It is understood that the division of a layer of fuel in a gasifier into two zones, a gasification zone and a carbonization zone superimposed is known in itself as well as the restriction of the blowing in the gasification zone. Gas production installations have also already been proposed comprising two gasifiers in each of which it is possible to produce a circulation of the vapor from the bottom up and from the top to the bottom and other installations in which the steam have also been assigned is superheated in a recovery chamber and the air used for blowing is preheated in additional regenerative chambers.