<Desc/Clms Page number 1>
Procédé et installation pour la production d'un gaz approprié à la synthèse d'hydrocarburesen partant d'hydrogène et d'oxy- @ de de carbone, d'âpres s le procédé du Professeur Fischer, et à ., @ @ d'autres buts analogues.
La présente invention a trait à la production d'un gaz approprié à la synthèse d'hydrocarbures en partant d'hydrogène et d'oxyde de carbone, d'après le procédé du Professeur Fischer, ou pour d'autres fins encore, le dit gaz provenant du traite ment de coke ou d'un autre combustible approprié quelconque par de la vapeur d'eau, ce traitement s'opérant dans un générateur de gaz à 1'eau à fonctionnement discontinu et dan s lequel, al ternativement, le combustible solide est réchauffé par un vent chaud et puis exposé à L'action de la vapeur d'eau.
Par la projection de vapeur d'eau sur du coke effectuée dans un générateur de gaz à l'eau de construction ordinaire, l'on obtient un gaz à l'eau qui se compose essentiellement d'un
<Desc/Clms Page number 2>
mélange d'oxyde de carbone et d'hydrogène, dans la proportion de 1: l, et qui, en outre, renferme de petites quantités de ma- tière inertes. Un tel gaz obtenu au moyen des procédés appliqués jusqu'à ce jour n'est toutefois pas approprié à la produc-
EMI2.1
tion d'iaydrooarbures d'après le procédé du 2rof. Fisher, car celui-ci exige plutôt un gaz qui,de préférence, se compose exactement d'une partie d'oxyde de carbone et de deux parties d'hydrogène.
En vue d'améliorer la proportion entre l'oxyde de carbone et l'hydrogène du gaz à l'eau, on a déjà préconisé d'introduire dans le générateur de gaz à l'eau, pendant la gazéification proprement dite, non seulement de la vapeur d'eau, mais encore du gaz de four à coke comme on sait, ce dernier renferme toujours de hydrocarbures, par exemple du méthane, de l'éthylène, etc.
Lors d'une température élevée, ces hydrocarbures se transforment au contact de la vapeur d'eau en hydrogène et en oxyde de carbone. Ainsi par exemple, lorsque le méthane se mélange à la vapeur d'eau, il se produit un mélange de gaz qui contient de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène dans la proportion de 1 : 3 (CH4 + H20 = CO + 3H2) Dè s lors on conçoit que, par suite de la forte teneur en hydrogène des gaz résultant du mélange d'hydrocarbures avec de la vapeur d'eau, l' on possède le moyen d'obtenir la composition (d'oxyde de carbure et d'hydrogène) du gaz final - c'est-à-dire gaz à l'eau plus gaz de four à coke transformé - qui correspond aux exigences de la synthèse d'après le procédé du Prof.
Fischer. cependant, ce procédé connu pour l'accroissement de la teneur en hydrogène du gaz à l'eau présente l'inconvénient qu'il y a, lors de la formation du gaz à l'eau, une forte perte de chaleur, vu que la transformation des hydrocarbures du gaz de four à coke par la vapeur d'eau absorbe une grande partie de la chaleur.
La présente invention a pour but de. créer une voie permet-
<Desc/Clms Page number 3>
tant d'utiliser la transformation, la décomposition deshydrocarbure du gaz de four à coke, en employant la chaleur provenant du processus de formation de gaz à 1'eau, sans nuire à cette formation de gaz à l'eau. ue but est atteint par le procédé conforme à la présente invention, qui consiste essentiellement en ce que le mélange de vapeur d'eau et de gaz de four à coke, qui doit être amené dans le générateur de gaz à l'eau, passe, avant d'entrer dans la chambre de gazéification, par un réohauffeur qui, pendant la période de soufflage à vent chaud, est réchauffé par les gaz chauds provenant du soufflage,
et dans lequel réchauffeur le mélange de vapew d'eau et de gaz de four à coke est porté à une température telle qu'il s'y opère une double décomposition plus ou moins poussée des hydrocarbureset de la vapeur d'eau, c'est-à-dire avant que le mél ange de vapeur d'eau et de gaz pénètre dans le générateur de gaz à l'eau. il est dé j à connu d'utiliser la teneur en chaleur de s gaz chauds provenant du soufflage pour réchauffer la vapeur d'eau nécessaire à la formation du gaz à l'eau ;
pour ce faire, on faisait passer ces gaz chauds à traver s une chambre de récupérat i on ou un autre réchauffeur approprié quel conque, par lequel, durant la période de gazéification, passe la vapeur d'eau, mais ce système ne permettait pas d'utiliser intégralement la teneur en chaieur des gaz chauds pour opérer la formation de gaz à l'eau proprement dite. Il est à remarquer que, d'une part, cesgaz chauds n'accusent qu'une température relativement basse, c'est- à-dire de tout au plus 1000 et que, d'autre part, la quantité de vapeur nécessaire, pendant la phase de gazéification, à la formation de gaz à l'eau, est relativement petite. Bien entendu, la composition - gaz chauds et vapeur d'eau - est donnée par la nature du processus de formation du gaz à l'eau, et demeure essentiellement invariabl e.
C' e st ainsi qu' on a utilisé jusqu'à présent le restant de chaleur des gaz chauds, à savoir la quanti-
<Desc/Clms Page number 4>
té de chaleur qui reste encore dans ces gaz après que ceux-ci ont réchauffé l'appareil réchauffeur de vapeur d'eau, ce restant de chaleur étant conduit dans un générateur de vapeur (chaudière ou autre appareil). cette quantité de chaleur qui - le fait est important - vient du précieux combustible devant être amené dans le générateur de gaz à 1 ! eau, est donc perdue pour le processus de formation de gaz à 1'eau proprement dit.
on conçoit aisément qu' il est bien plus rationnel de produire la vapeur néce ssaire à la production du gaz à l'eau dans un générateur de vapeur fonctionnant de façon continue et qui est par exemple chauffé au moyen des fragment de coke tombant à travers less barreaux de la grille et provenant du combustible devant être gazéifié, ou bien encore à l'aide d'un autre combustible peu coûteux.
D'après la présente invention, on utilise ce restant de chaleur des gaz chauds provenant du soufflage, si mal employé jusqu'à présent, pour réchauffer une première fois le mélange de vapeur d'eau et de gaz de four à coke,, qui devra être amené dans le générateur de gaz, et pour porter ce mélange à une température telle qu'il s'opère une double décomposition plus ou moins poussée des hydrocarbures et de la vapeur d'eau, donc avant que ce mélange de gaz et de vapeur pénètre dans le générateur de gaz.
Quant au procédé établi par la présente invention, on utilise environ 50% de la chaleur des gaz chauds provenant du soufflage, pour réchauffer la vapeur nécessaire à la réaction de gaz à l'eau proprement dite, tandis que l'autre moitié de la chaleur utilisable sert à la double décomposition complète ou partielle des hydrocarbures et de la vapeur d'eau, cette décomposition atteint par exemple 50 % ; bien entendu, ce chiffre dépend toutefois des conditions généralesde fonctionnement de l'installation, uette décomposition préalable assez importante des hydrocarbures, avant leur entrée dans le générateur de gaz, constitue une économie de chaleur que l'on peut dès lors utiliser ailleurs pour accroître la formation de gaz à l'eau.
Celle-ci sera donc plus forte, et ce
<Desc/Clms Page number 5>
sans devoir modifier sensiblement, dans ce nouveau générateur de gaz à l'eau, comparativement à un générateur fonctionnant au moyen de vapeur d'eau, maissans addition de gaz de four à coke, la durée de la période d'amenée de vent chaud, ni celle de la gazéification.
En outre, la présente invention poursuit le but d'améliorer, en ce qui concerne la doubl e décomposition de s hydrocarbures et de la vapeur d'eau, le rendement thermique des gaz chauds de sou f fl age .
.four ce faire, l'invention prévoit d'accroître, par des moyens appropriés, la température de ces gaz chauds ; ainsi par exemple, on pourrait faire brûler ultérieurement les substances combustibles en suspension dans les gaz chauds, après y avoir ajouté, le cas échéant, une certaine quantité d'un gaz oombustiblvenant d'autres source s.
D'aprèss 1 a présente invention, on opère ce réchauffage de préférence au moyen de plusieurs brûleurs à gaz et air, disposés de préférence autour de la chambre de gazéification du générateur de gaz ou à tout autre endroit approprié de la conduite reliant le générateur de gaz au récupérateur, l'admission du gaz et de l'air se faisant, si possible, à 1'aide de conduits séparés.
Suivant le principe de l'invention, on emploie de préférence des brûleur connus sous le nom de " Eddy ray burner " ( brûleurs à tourbillon) qui, grâce au mélange intime des fluides combusti- bles, réalisé par tourbil l onnement, donne une flamme à température fort élevée.
L'invention prévoit encore des moyens permettant de rendre aussi complète que possible la double décomposition des hydro- carbures du gaz de distillation et de la vapeur d'eau, qui s'opère dans le réchauffeur disposé avant le générateur de gaz, ou de réaliser cette décomposition à une température aussi basse que possible.
L'objet de la présente invention est donc le fait de dispo-
<Desc/Clms Page number 6>
ser, sur le grillage du récupérateur dans lequel le mélange du gaz de distillation et de vapeur d'eau est réchauffé, des cataly- seur s capables d'accélérer la décompo sition, de telle manière que celle-ci s'effectue déjà à une température relativement basse. comme élément catalyseur, on se sert par exemple, d'après la présente invention, de substances riches en oxyde de fer, comme des minerais de fer, spath de Siegen ou masses de magnésite. Ces catalyseurs peuvent de préférence être appliqués sur le grillage du récupérateur sous forme de poudre si, pour la partie supérieure du grillage, on emploie des briques réfractaire s à base de silice et si l' on se sert d'un catalyseur en morceaux plus ou moins gros.
D'autre part, il est encore possible d'introduire le catalyseur dans 1 a masse servant à la fabrication des briques du gril lage et d'en façonner alors, par les procédés généralement connus, les briques renfermant l' élément catalyseur. 11 serait encore possible d'imprégner les briques du grillage au moyen d'un catalyseur liquide, ou bien d'opérer sur les facesdes briques, un dépôt de catalyseur.
L'effet technique que l'on réalise par la disposition de catalyseurs sur le grillage du récupérateur de l'installation de production de gaz à 1'eau, est caractérisé par ce que, d'une part, lors de la température plus élevée qu' on avait employée jusqu'à, présent, la double décomposition des hydrocarbures et de la vapeur d'eau se fera plus complètement et que, d'autre part, la température du récupérateur pourra être diminuée -dans de fortes proportions - d'environ 100 à 2000 - si l'on désire obtenir les mêmes résultats de dissociation qu'au moyen d'une température plus élevée, mais sans employer de catalyseur.
On conçoit aisément qu'en tout cas la présence de catalyseurs dans le récupérateur constitue un avantage considérable pour formation de gaz à l'eau, vu que leshydrocarbures commencent à se décomposer déjà à une température moins élevée, de
<Desc/Clms Page number 7>
telle sorte qu' on utilise maintenant la chaleur de la basse température qui, juqu'à présent, était difficilement utilisable et voire même tout à fait inutilisable pour la réaction de gaz à l'eau, tandis que la chaleur de la température élevée pourra maintenant être utilisée pour la formation de gaz à l'eau proprement dite dans des proportions bien plusgrandes que dans les systèmes n'employant pas de catalyseurs.
Comme résultat final, l'invention réalise donc une production plus grande de gaz à l'eau, respectivement une prolongation avantageuse de la période de gazéi fication, lors de laquelle se forme le mélange de gaz nécessaire à la synthèse.
D'après l'invention, on pourra également, pendant le fonctionnement de l'installation de production de gaz à l'eau, obtenir la régénération des catalyseurs disposés dans le récupéra-
EMI7.1
teur..1.01" squ 'on emploie un gaz non désulfuré (gaz bru t de di atil- lation du charbon), les catalyseurs sont attaqués et la décomposition du méthane en subira un ralentissement. Pour parer à cette détérioration descatalyseurs, l'invention prévoit qu'en tout premier lieu on dispose, dans le grillage du récupérateur une quantité relativement grande de substancescatalytiques ; en outre, on ajoute aux gaz chauds servant au réchauffage du grillage du récupérateur une grande quantité d'air, et ce avant que les gaz pénètrent dans 1e récupérateur.
L' oxygène ainsi contenu dans lesgaz chauds opère automatiquement une régénération de la substance catalytique vu qu'il transforme le soufre absorbé par le catalyseur en anhydride sulfureux.
Le dessin ci-annexé représente, en partie en coupe verticale et partiellement en vue de coté, une installation servant à la réalisation du procédé conforme à la présente invention.
Dans l'installation représentée au de ssin, le gaz à l'eau est produit dans un générateur de gaz à l'eau comportant, comme cela est généralement connu, une enveloppe 1 revêtue d'une maçonnerie réfractaire 2.
<Desc/Clms Page number 8>
La partie inférieure du générateur de gaz à 1'eau 1 est fermée au moyen d'une grille rotative 13 reliée à une gouttière 4 servant au dépôt decendres. La grille rotative 5 comporte un chapeau 3a perforé sous lequel arrive, par le conduit 5 commande par un organe d'arrêt 6, un courant d'air servant au soufflage à chaud du coke se trouvant dans le générateur à gaz 1, pendant la période de soufflage ; ce procédé est connu en soi.
Les gaz formés, pendant la période de soufflage, dans la masse du combustible solide montent et arrivent dans la chambre de gazéification 7 du générateur à gaz, cette chambre affectant la forme d'une coupole.
Tout autour de la périphérie de la chambre de gazéification ? sont disposés plusieurs admissions d'air 8 et qui, commandées par de s organe s d'arrêt 9, sont reliée s à la tuyauterie de bran- chement 10 reliée à son tour au conduit d'air principal 11 ces ouverture 8 laissent entrer dans le générateur de gaz, pendant la période de soufflage, une petite quantité d'air servant à la combustion complète des matières combustibles contenues dans le gaz de soufflage.
Par cette combustion supplémentaire, la tempé- rature des gaz chauds de soufflage est avantageusement accrue. comme les gaz chauds de soufflage montant versla chambre de gazéification 7 ne renferment qu'une faible partie de matières combustibles, la combustion supplémentaire des gaz chauds de soufflage.exige un certain temps, c'est-à-dire que cette combus- tion ne se fait que relativement lentement et, comme cette com- bu stion doit être complète, il faut disposer de chambres de combustion de dimensions relativement grandes ; en outre, il faut veiller à ce que ces fluides agissent en même temps un tourbillonnement convenable.
Pour ce faire, l'invention prévoit, pour ce qui est de la chambre de gazéification 7, des dimensions relativement grandes.
De la partie supérieure de la chambre de gazéification part un conduit 13 allant vers le récupérateur 15 muni, comme cela se
<Desc/Clms Page number 9>
fait toujours, d'un grillage 14 en maçonnerie de première quali- té. Le s gaz chauds passant à travers le grillage du récupérateur 15 descendent et, ce faisant, cèdent au grillage leur chaleur utilisable. ues gaz quittent finalement le récupérateur 15 par le conduit 16 qui, commandé par l'organe d'arrêt 17' aboutit à la cheminée 18.
Pour le remplissage du coke dans le générateur de gaz à l'eau, celui-ci comporte à la partie supérieure de la chambre de gazéification une ouverture de remplissage 19, de construction connue, surmontée d'une trémie de remplissage 19a.
Aussitôt que le combustible solide se trouvant dans le géné- rateur de gaz à l'eau aura atteint, grâce au vent chaud y proje- té, la température nécessaire, on ferme l'organe d'arrêt 6, ce qui interrompt l'admission d'air dans le générateur de gaz à l'eau. Maintenant on amène, au moyen du conduit 20, disposé au- dessousde la grille rotative, de la vapeur d'eau qui monte et traverse la colonne de combustible solide, lors de quoi s'opère, de la façon généralement connue, une granulation des scories éventuellement fondues. De plus, cette vapeur d'eau sert à ex- pul ser les gaz chauds se trouvant encore dans le générateur.
L'admission de vapeur d'eau par le conduit 20 se poursuit jusqu'à ce que le générateur de gaz à l'eau et le récupérateur y rel ié soient tout à fait nettoyé s, aprèsquoi on ferme l'organe d'arrêt 17 commandant l'entrée de la cheminée et l'on interrompt l'amenée de la vapeur arrivant par le conduit 20.
Par les conduit 21 reliésau récupérateur 15, on amène maintenant dans le récupérateur, par e n-de ssou s, un mélange de vapeur d'eau et de gaz de four à coke, par exemple 2 kg. de va- peur d'eau sur 1 m3 de gaz de four à coke. La vapeur arrive par le conduit 21a et le gaz de four à coke, par le conduit 21b. Ce mélange de gaz et de vapeur monte dans le grillage réchauffé 14 du récupérateur 16, et, ce faisant, y prend une température par
<Desc/Clms Page number 10>
exemple de 1000 , lors de quoi une partie relativement grande des hydrocarbures venant du gaz de four à coke opère une double décomposition avec la vapeur d'eau, formant ainsi de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène.
Par la suite, le mélange de gaz et de vapeur passe par le conduit 13, arrive dans le générateur de gaz 1 et traverse, de haut en bas, le combustible solide qui s'y trou- ve ; la vapeur d'eau réagit avec le coke réchauffé, tandis que le restant des hydrocarbures est dissocié.
A travers 1 efentes du chapeau 3a de la grille 3 s'échappe alors un mélange de gaz qui se compose essentiellement d'oxyde de carbone et d'hydrogène, dans la proportion de 1 : 2,abstrac- tion faite d'une petite quantité de matières inertes, Ce gaz utilisable - dans la plupart des cas sans aucune addition pour la synthèse d'hydrocarbures d'après le procédé du Professeur Fischer, s'écoule par l'organe d'arrêt 22 ouvert, et s'engage dans le conduit 23 abouti ssant à l'appareil épurateur de gaz 24 qui sépare du gaz de réaction la plus grande partie des poussières qutil véhicule. De là, le gaz passant par le conduit 25, arrive au laveur de gaz 26, du type connu, qu'il quitte par la suite par le conduit 27.
Dès que la température de la masse de combustible solide se trouvant dans le générateur de gaz à l' eau baisse, on interrompt l'amenée de vapeur d'eau et de gaz de four à coke dans le récupérateur 15, et l'on ferme en même temps l'organe d'arrêt 22. Puis on ouvre l'organe d'arrêt 17 commandant la cheminée et, au moyen du conduit 20, on injecte à nouveau de la vapeur d'eau dans la grille rotative, cette vapeur expulsant maintenant le gaz de réaction qui se trouve au-dessous de la grille, uette opération est très importante, car elle empêche, lors de l'amenée ultérieure de l' air servant au soufflage à chaud, la formation de mélanges détonnant s dans l'espace compris au-dessous de la grille.
Aussitôt que cet espace au-dessous de la grille 3 est bien nettoyé, on interrompt l'arrivée de la vapeur dans le conduit
<Desc/Clms Page number 11>
20, en même temps qu'on ouvre les organes d'arrêt 6 et 9 ; maintenant commence l'opération de soufflage à chaud du coke se trouvant dans le générateur, opération suivie, comme décrit cidessus,'d'un balayage par la vapeur d'eau, auquel s'ajoute enfin la période de gazéification.
En vue de réaliser les différentes réactions dans le générateur de gaz à l'eau aussi économiquement que possible, on diminue progressivement, pendant la période de soufflage, la quantité d'air amenée au-dessous de la grille rotative 3, tandi qu'au contraire, au fur et à mesure de l'accroissement de la teneur en oxyde de carbone du gaz chaud, on augmente progressivement la quantité d'air destinée à la combustion supplémentaire entrant par lesouvertures d'admission 8. D'autre part, pendant la phase de gazéification, on diminue peu à peu la quantité de la vapeur d'eau et du gaz de four à coke qui sont amenés dans le récupérateur 15, suivant le refroidissement progressif du combustible sol1 de 'dans1e générateur de gaz à l' eau.
La période de soufflage à chaud est d'environ 1 minute, et celle de gazéification est de 3 minutes environ.
Comme le montre le dessin, la base 28 du récupérateur 15 présente une conformation conique et comporte une ouverture d'évacuation 29, qui peut être obturée et qui permet de retirer du récupérateur 15 les poussières qui s'y déposent, celles-ci étant entraînées par les gaz chauds provenant du générateur de gaz.
A la partie supérieure du récupérateur 15, on peut disposer une conduite 31 comportant un organe d'arrêt 30 et abouti ssant directement à la cheminée 18. Cette conduite 31 devra être ouverte lorsque l'installation cesse de travailler et également lors du réchauffage, de telle sorte que le tirage entier de la cheminée pu i sse opérer directement sur le générateur de gaz à 1 'eau, sans devoir passer par le récupérateur 15.
Il est encore à remarquer que, 'd'après 1 a présente invention, less ouvertured'admission d'air 8, fai sant entrer l'air néce ssai-
<Desc/Clms Page number 12>
re à la combustion supplémentaire, peuvent de préférence être disposées également sur la conduite de communication 13 reliant le générateur à gaz au récupérateur. Dans ce cas, cette conduite de communication 13 affecte de préférence une section analogue à un tube de Venturi, de sorte à assurer un mélange intime des gaz chauds de soufflage avec l'air de combustion supplémentaire.
D'après l'invention, la température dans le récupérateur 15 pourra encore être accrue de préférence par lesmoyens ci-après :
A la périphérie du générateur de gaz 1, il est prévu un certain nombre d'ouvertures 40, et ce de préférence entre le s ouverture s opérant l'admission de l'air, ces ouvertures 40 pourront aussi être conformées à la manière des briques-brûleurs (Steingstrahlbrenner): par ces ouvertures 40, on pourra .amener des gaz combustibles, par exemple des gaz de four à coke, ces gaz arrivant par les conduits 42 commandés par les organes d'arrêt 41.
Pendant la période de soufflage à chaud du générateur de gaz, ces gaz arrivent par les ouvertures 40 ;la quantité de ces gaz et celle de l'air arrivant par les ouvertures 8 seront de préférence régléesde telle sorte qu' il résulte un certain excédent d'air ; cet excédent d' air sert à brûler intégralement less substances combustibles des gaz chauds se formant dansla chambre de gazéification.
A la fin de la période de soufflage à chaud du générateur, on ferme l'admission des gaz arrivant par les ouvertures 40.
La disposition représentée au de ssin permet aussi, si cela s'avère nécessaire, de renoncer à un réchauffage additionnel des gaz chauds, car on pourrait aussi amener de l' air par les ouvertures 40. D'ailleurs, en cas de nécessité, il serait encore possible de n'employer qu'une partie des ouverture s 40 pour l'amenée de gaz à combustion, tandi s que les autres ouvertures 40 pourraient servir d'orifices d'amenée d'air.
On peut dire qu'en général le réglage de la quantité de gaz et d'air arrivant par les orifices 40 dépend de la température que
<Desc/Clms Page number 13>
l'on désire obtenir dans le récupérateur 10 relié au générateur de gaz.
Au lieu de disposer les ouvertures 40 à la périphérie de la chambre de gazéification, celles-ci pourraient tout aussi bien être prévues dans la paroi de la oonduite de communication 13, voire même dans la coupole du récupérateur. Mais dans ce cas, il importe que la combustion additionnelle et également la combu stion ultérieure des gaz chauds soient terminées avant que les produits de la combustion pénètrent dans le grillage du récupérateur, de sorte à éviter des brûlures aux surfaces du grillage, et ainsi donc des détériorations des substances réfractaires du récupérateur.
Les brûleurs 40 peuvent, d'après la présente invention, être alimentés soit au moyen de gaz à grande puissance calorifque, par exemple du gaz provenant de la distillation de charbon, soit au moyen de gaz pauvre, par exemple du gaz de générateur.
Dans ce dernier cas, il est utile de réchauffer d'abord le gaz, en vue d'obtenir les fortes températures nécessaires des gaz chauds. Pour l'alimentation de ces brûleurs, il est particulièrement avantageux d'employer, comme le prévoit la présente invention, le gaz restant de la synthèse des hydrocarbures d'après le procédé du Prof. Piocher, lequel gaz se compose, dans des conditions normales, d'hydrocarburess non condensable(méthane etc.) et d'hydrogène, d'oxyde de carbone, d'anhydride carbonique, d'azote non transformés et d'autres additions ; ce gaz se distingue par sa grande puissance cal orifique.
Par 1'accriossement de 1 a température réal i sé au moyen debrûleurs 40, 1 e mélange de vapeur d'eau et de gaz de four à coke e st porté, dans le récupérateur, à une température plus élevée, ce qui améliore encore la dissociation du gaz de four à coke, dans le récupérateur ; il en résulte un meilleur rendement thermique du générateur de gaz à l'eau. De cette façon, il est possible d'accroître encore la période de gazéification du générateur de gaz à l'eau, ce qui dé-
<Desc/Clms Page number 14>
termine une production de gaz bien plus élevée de toute l'instal- lation.
On peut par exemple porter la période de gazéification à 4-5 minutes, tandis que la première forme de réalisation de l'objet del'invention ne permettait qu'une période de ;5 minute s. La production de gaz destiné à la synthèse est conséquemment plus considérable, sans que l'installation doive être agrandie.
R E V E N D IC AT IONS.
1. Procédé pour la production d'un gaz approprié à la synthèse d'hydrocarbures en partant d'hydrogène et d'oxyde de carbone d'après le Prof. Fischer, lequel gaz e st formé dans un générateur de gaz à l'eau à fonctionnement discontinu, par réaction de coke et de vapeur d'eau, un mélange de vapeur d'eau et de gaz de four à coke étant amené, pendant la période gazéification, dans le générateur de gaz, caractérisé par ce que le mélange de vapeur d'eau et de gaz de four à coke, avant l'amenée de celuici dans le générateur de gaz, est réchauffé dans un réchauffeur qui est relié au générateur et est réchauffé, pendant la période de soufflage, au moyen des gaz de soufflage provenant du générateur de gaz,
et où le dit mélange est porté à une température telle que les hydrocarbures et la vapeur d'eau y sont soumis à une double décomposition.
<Desc / Clms Page number 1>
Process and plant for the production of a gas suitable for the synthesis of hydrocarbons starting from hydrogen and carbon oxides, according to the process of Professor Fischer, and others. analogous goals.
The present invention relates to the production of a gas suitable for the synthesis of hydrocarbons starting from hydrogen and carbon monoxide, according to the method of Professor Fischer, or for other purposes, he says. gas resulting from the treatment of coke or any other suitable fuel with water vapor, such treatment taking place in a discontinuously operating water gas generator in which, alternatively, the fuel solid is heated by a hot wind and then exposed to the action of water vapor.
By spraying water vapor onto coke carried out in an ordinary construction water gas generator, a water gas is obtained which consists essentially of a
<Desc / Clms Page number 2>
mixture of carbon monoxide and hydrogen, in the proportion of 1: 1, and which, moreover, contains small quantities of inert matter. Such a gas obtained by means of the processes applied to date is however not suitable for the production.
EMI2.1
tion of iaydrooarbons according to the method of 2rof. Fisher, because it rather requires a gas which preferably consists of exactly one part carbon monoxide and two parts hydrogen.
In order to improve the proportion between carbon monoxide and hydrogen in the water gas, it has already been recommended to introduce into the water gas generator, during the gasification proper, not only water vapor, but also coke oven gas as we know, the latter always contains hydrocarbons, for example methane, ethylene, etc.
At a high temperature, these hydrocarbons are transformed on contact with water vapor into hydrogen and carbon monoxide. So for example, when methane mixes with water vapor, a gas mixture is produced which contains carbon monoxide and hydrogen in the proportion of 1: 3 (CH4 + H20 = CO + 3H2) From then on it is understood that, owing to the high hydrogen content of the gases resulting from the mixture of hydrocarbons with water vapor, we have the means of obtaining the composition (of carbide oxide and hydrogen) of the final gas - i.e. water gas plus converted coke oven gas - which corresponds to the requirements of the synthesis according to the process of Prof.
Fischer. however, this known process for increasing the hydrogen content of the water gas has the disadvantage that there is, during the formation of the water gas, a great loss of heat, since the transformation of hydrocarbons from coke oven gas by water vapor absorbs much of the heat.
The present invention aims to. create a way
<Desc / Clms Page number 3>
Both use the transformation, the decomposition of the hydrocarbon of the coke oven gas, employing the heat from the water gas formation process, without harming this water gas formation. ue object is achieved by the process according to the present invention, which consists essentially in that the mixture of water vapor and coke oven gas, which must be fed into the water gas generator, passes, before entering the gasification chamber, by a reheater which, during the hot blast blowing period, is heated by the hot gases coming from the blowing,
and in which heater the mixture of water vapor and coke oven gas is brought to a temperature such that there takes place a more or less extensive double decomposition of the hydrocarbons and of the water vapor, that is, ie before the mixture of water vapor and gas enters the water gas generator. it is already known to use the heat content of the hot gases coming from the blowing to heat the water vapor necessary for the formation of the water gas;
to do this, these hot gases were passed through a recovery chamber or some other suitable heater whatever, through which, during the gasification period, the water vapor passes, but this system did not allow 'make full use of the heat content of the hot gases to effect the formation of gas in the water itself. It should be noted that, on the one hand, these hot gases show only a relatively low temperature, that is to say at most 1000 and that, on the other hand, the quantity of steam required, during the gasification phase, in the formation of gas in water, is relatively small. Of course, the composition - hot gases and water vapor - is given by the nature of the water gas formation process, and remains essentially invariable.
This is how the remaining heat of the hot gases, namely the quantity
<Desc / Clms Page number 4>
tee of heat which still remains in these gases after they have reheated the water vapor heating device, this remaining heat being conducted into a steam generator (boiler or other device). this quantity of heat which - the fact is important - comes from the precious fuel which has to be fed into the gas generator at 1! water, therefore, is lost to the process of gas formation itself.
it is easily understood that it is much more rational to produce the steam necessary for the production of the gas to water in a steam generator operating continuously and which is for example heated by means of the fragments of coke falling through the bars of the grid and from the fuel to be gasified, or alternatively using another inexpensive fuel.
According to the present invention, this remainder of heat from the hot gases coming from the blowing, so badly employed heretofore, is used to reheat the mixture of steam and coke oven gas for the first time, which must be brought into the gas generator, and to bring this mixture to a temperature such that a more or less extensive double decomposition of the hydrocarbons and the water vapor takes place, therefore before this mixture of gas and steam enters the gas generator.
As for the process established by the present invention, about 50% of the heat of the hot gases coming from the blowing is used to heat the steam necessary for the reaction of gas with water proper, while the other half of the heat usable is used for the complete or partial double decomposition of the hydrocarbons and of the water vapor, this decomposition reaches for example 50%; of course, however, this figure depends on the general operating conditions of the installation, a fairly significant prior decomposition of the hydrocarbons, before entering the gas generator, constitutes a saving in heat which can therefore be used elsewhere to increase the gas formation in water.
This will therefore be stronger, and this
<Desc / Clms Page number 5>
without having to significantly modify, in this new water gas generator, compared to a generator operating by means of steam, but without the addition of coke oven gas, the duration of the hot wind supply period, nor that of gasification.
In addition, the present invention pursues the object of improving, with regard to the double decomposition of hydrocarbons and of water vapor, the thermal efficiency of the hot blowing gases.
.four do this, the invention provides for increasing, by appropriate means, the temperature of these hot gases; thus, for example, one could subsequently burn the combustible substances in suspension in the hot gases, after having added thereto, where appropriate, a certain quantity of an oombustiblvient gas from other sources.
According to the present invention, this heating is preferably carried out by means of several gas and air burners, preferably arranged around the gasification chamber of the gas generator or at any other suitable location of the pipe connecting the gas generator. gas to the recuperator, the gas and air being admitted, if possible, by means of separate ducts.
According to the principle of the invention, use is preferably made of burner known under the name of "Eddy ray burner" (vortex burners) which, thanks to the intimate mixture of combustible fluids, produced by vortexing, gives a flame. at very high temperature.
The invention also provides means making it possible to make as complete as possible the double decomposition of the hydrocarbons of the distillation gas and of the water vapor, which takes place in the heater placed before the gas generator, or to achieve this decomposition at a temperature as low as possible.
The object of the present invention is therefore the provision of
<Desc / Clms Page number 6>
ser, on the grating of the recuperator in which the mixture of distillation gas and water vapor is heated, catalysts capable of accelerating decomposition, in such a way that this is already carried out at a relatively low temperature. As a catalyst element, for example, according to the present invention, substances rich in iron oxide, such as iron ores, Siegen spar or masses of magnesite, are used. These catalysts can preferably be applied to the grid of the recuperator in powder form if, for the upper part of the screen, silica-based refractory bricks are used and if a catalyst is used in larger or smaller pieces. less fat.
On the other hand, it is still possible to introduce the catalyst into the mass used for the manufacture of the bricks for the grill and then to shape therefrom, by generally known methods, the bricks containing the catalyst element. It would still be possible to impregnate the bricks with the mesh by means of a liquid catalyst, or else to deposit a catalyst on the faces of the bricks.
The technical effect which is achieved by the arrangement of catalysts on the mesh of the recuperator of the water gas production plant is characterized by the fact that, on the one hand, at the temperature higher than 'one had used until now, the double decomposition of the hydrocarbons and of the water vapor will be done more completely and that, on the other hand, the temperature of the recuperator can be reduced - in high proportions - by approximately 100 to 2000 - if one wishes to obtain the same dissociation results as with a higher temperature, but without the use of a catalyst.
It can easily be seen that in any case the presence of catalysts in the recuperator constitutes a considerable advantage for the formation of gas in water, since the hydrocarbons begin to decompose already at a lower temperature, therefore
<Desc / Clms Page number 7>
so that one now uses the heat of the low temperature which, until now, was hardly usable and even completely useless for the reaction of gas with water, while the heat of the high temperature can now be used. be used for the formation of gas in the water proper in much larger proportions than in systems not employing catalysts.
As a final result, the invention therefore achieves a greater production of gas in water, respectively an advantageous prolongation of the gasification period, during which the gas mixture necessary for the synthesis is formed.
According to the invention, it will also be possible, during the operation of the installation for the production of gas with water, to obtain the regeneration of the catalysts placed in the recovery.
EMI7.1
teur..1.01 "if a non-desulphurized gas is used (crude gas from the expansion of coal), the catalysts are attacked and the decomposition of the methane will be slowed down. To prevent this deterioration of the catalysts, the invention provides that, first of all, a relatively large quantity of catalytic substances is placed in the grating of the recuperator; in addition, a large quantity of air is added to the hot gases used for heating the grating of the recuperator, before the gases enter the recuperator.
The oxygen thus contained in the hot gases automatically regenerates the catalytic substance since it transforms the sulfur absorbed by the catalyst into sulfur dioxide.
The accompanying drawing shows, partly in vertical section and partly in side view, an installation for carrying out the process according to the present invention.
In the installation shown in the figure below, the water gas is produced in a water gas generator comprising, as is generally known, a casing 1 coated with refractory masonry 2.
<Desc / Clms Page number 8>
The lower part of the water gas generator 1 is closed by means of a rotating grid 13 connected to a gutter 4 used for depositing ash. The rotary grid 5 comprises a perforated cap 3a under which arrives, through the duct 5 controlled by a stop member 6, a current of air serving for the hot blowing of the coke in the gas generator 1, during the period. blowing; this process is known per se.
The gases formed, during the blowing period, in the mass of the solid fuel rise and arrive in the gasification chamber 7 of the gas generator, this chamber having the shape of a dome.
All around the periphery of the gasification chamber? several air inlets 8 are arranged and which, controlled by shut-off members 9, are connected to the branch piping 10 connected in turn to the main air duct 11, these openings 8 allow entry into the gas generator, during the blowing period, a small quantity of air serving for the complete combustion of the combustible materials contained in the blowing gas.
By this additional combustion, the temperature of the hot blowing gases is advantageously increased. since the hot blast gases rising towards the gasification chamber 7 contain only a small part of combustible materials, the additional combustion of the hot blast gases requires a certain time, that is to say that this combustion does not takes place relatively slowly and, as this combustion must be complete, it is necessary to have relatively large combustion chambers; in addition, care must be taken that these fluids act at the same time a suitable vortex.
To do this, the invention provides, with regard to the gasification chamber 7, relatively large dimensions.
From the upper part of the gasification chamber leaves a conduit 13 going towards the recuperator 15 provided, as is
<Desc / Clms Page number 9>
always made of a mesh 14 in masonry of first quality. The hot gases passing through the screen of the recuperator 15 descend and, in doing so, give up their usable heat to the screen. ues gases finally leave the recuperator 15 through the conduit 16 which, controlled by the stopper 17 'leads to the chimney 18.
For filling the coke in the water gas generator, the latter comprises at the upper part of the gasification chamber a filling opening 19, of known construction, surmounted by a filling hopper 19a.
As soon as the solid fuel in the water gas generator has reached, thanks to the hot wind projected therein, the necessary temperature, the shut-off member 6 is closed, which interrupts the intake. air in the gas generator to water. Now, water vapor which rises and passes through the solid fuel column is brought by means of the duct 20, disposed below the rotary grid, during which takes place, in the generally known manner, a granulation of the particles. possibly molten slag. In addition, this water vapor serves to expel the hot gases still in the generator.
The admission of water vapor through line 20 continues until the water gas generator and the recuperator connected to it are completely cleaned, after which the shut-off member 17 is closed. controlling the entry of the chimney and interrupting the supply of steam arriving through duct 20.
Via the ducts 21 connected to the recuperator 15, a mixture of water vapor and coke oven gas, for example 2 kg, is now brought into the recuperator, by e n-de ssou s. of water vapor on 1 m3 of coke oven gas. The steam arrives through line 21a and the coke oven gas comes through line 21b. This mixture of gas and steam rises in the heated screen 14 of the recuperator 16, and, in doing so, takes a temperature there by
<Desc / Clms Page number 10>
Example 1000, in which a relatively large portion of the hydrocarbons from the coke oven gas double decomposes with water vapor, thereby forming carbon monoxide and hydrogen.
Subsequently, the mixture of gas and steam passes through line 13, arrives in gas generator 1 and passes through, from top to bottom, the solid fuel therein; the water vapor reacts with the reheated coke, while the rest of the hydrocarbons are dissociated.
Through the slits of the cap 3a of the grid 3 then escapes a mixture of gas which consists essentially of carbon monoxide and hydrogen, in the proportion of 1: 2, apart from a small quantity. of inert matter, This gas usable - in most cases without any addition for the synthesis of hydrocarbons according to the method of Professor Fischer, flows through the stop member 22 open, and engages in the conduit 23 leading to the gas purifier 24 which separates from the reaction gas most of the dust which it carries. From there, the gas passing through line 25 arrives at gas scrubber 26, of the known type, which it subsequently leaves through line 27.
As soon as the temperature of the mass of solid fuel in the water gas generator drops, the supply of water vapor and coke oven gas into the recuperator 15 is interrupted, and it is closed. at the same time the stop member 22. Then the stop member 17 controlling the chimney is opened and, by means of the duct 20, water vapor is again injected into the rotating grid, this vapor expelling maintaining the reaction gas which is below the grate, this operation is very important, because it prevents, during the subsequent supply of the air used for the hot blowing, the formation of explosive mixtures in the air. space included below the grid.
As soon as this space below the grid 3 is well cleaned, the flow of steam into the duct is stopped.
<Desc / Clms Page number 11>
20, at the same time as the stop members 6 and 9 are opened; now begins the operation of hot blowing the coke in the generator, an operation followed, as described above, 'by purging with water vapor, to which is finally added the gasification period.
In order to carry out the various reactions in the gas generator with water as economically as possible, the quantity of air supplied below the rotating grid 3 is gradually reduced during the blowing period, while only On the contrary, as the carbon monoxide content of the hot gas increases, the amount of air intended for additional combustion is gradually increased entering through the intake openings 8. On the other hand, during the In the gasification phase, the quantity of water vapor and coke oven gas which are fed to the recuperator 15 is gradually reduced, following the gradual cooling of the fuel sol1 in the water gas generator.
The hot blowing period is about 1 minute, and the gasification period is about 3 minutes.
As shown in the drawing, the base 28 of the recuperator 15 has a conical shape and comprises an evacuation opening 29, which can be closed and which allows the dust which settles therein to be removed from the recuperator 15, the latter being entrained. by hot gases from the gas generator.
At the upper part of the recuperator 15, there can be a pipe 31 comprising a stopper 30 and leading directly to the chimney 18. This pipe 31 should be open when the installation stops working and also during reheating, such that the entire draft of the chimney can be operated directly on the water gas generator, without having to go through the recuperator 15.
It is still to be noted that, according to the present invention, the air intake opening 8, allowing the necessary air to enter.
<Desc / Clms Page number 12>
re to additional combustion, can preferably also be arranged on the communication line 13 connecting the gas generator to the recuperator. In this case, this communication line 13 preferably has a section similar to a Venturi tube, so as to ensure an intimate mixture of the hot blast gases with the additional combustion air.
According to the invention, the temperature in the recuperator 15 can be further increased preferably by the following means:
At the periphery of the gas generator 1, a certain number of openings 40 are provided, and this preferably between the opening s operating the air admission, these openings 40 may also be shaped in the manner of bricks. -Burners (Steingstrahlbrenner): through these openings 40, it is possible to bring in combustible gases, for example coke oven gases, these gases arriving through the conduits 42 controlled by the stop members 41.
During the hot blowing period of the gas generator, these gases arrive through the openings 40; the amount of these gases and that of the air arriving through the openings 8 will preferably be regulated so that a certain excess of gas results. 'air; this excess air is used to completely burn off the combustible substances of the hot gases which form in the gasification chamber.
At the end of the hot blowing period of the generator, the admission of the gases arriving through the openings 40 is closed.
The arrangement shown in the diagram also makes it possible, if this proves to be necessary, to dispense with additional heating of the hot gases, since air could also be supplied through the openings 40. Moreover, if necessary, it It would still be possible to use only part of the openings 40 for the supply of combustion gas, while the other openings 40 could serve as air supply orifices.
It can be said that in general the adjustment of the quantity of gas and air arriving through the orifices 40 depends on the temperature which
<Desc / Clms Page number 13>
it is desired to obtain in the recuperator 10 connected to the gas generator.
Instead of placing the openings 40 at the periphery of the gasification chamber, these could just as well be provided in the wall of the communication duct 13, or even in the cupola of the recuperator. But in this case, it is important that the additional combustion and also the subsequent combustion of the hot gases be completed before the combustion products enter the grate of the recuperator, so as to avoid burns to the surfaces of the grate, and thus deterioration of the refractory substances of the recuperator.
The burners 40 can, according to the present invention, be fed either by means of gas with high calorific power, for example gas from the distillation of coal, or by means of lean gas, for example generator gas.
In the latter case, it is useful to first heat the gas, in order to obtain the necessary high temperatures of the hot gases. For the supply of these burners, it is particularly advantageous to use, as provided for in the present invention, the gas remaining from the synthesis of hydrocarbons according to the process of Prof. Pick, which gas consists, under normal conditions, of non-condensable hydrocarbons (methane etc.) and of hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, unprocessed nitrogen and other additions; this gas is distinguished by its great cal orific power.
By boosting the temperature achieved by means of burners 40, the mixture of water vapor and coke oven gas is brought in the recuperator to a higher temperature, which further improves the temperature. dissociation of the coke oven gas in the recuperator; this results in better thermal efficiency of the water gas generator. In this way, it is possible to further increase the gasification period of the water gas generator, which de-
<Desc / Clms Page number 14>
completes a much higher gas production of the whole installation.
For example, the gasification period can be increased to 4-5 minutes, while the first embodiment of the object of the invention only allowed a period of; 5 minutes s. The production of gas intended for synthesis is consequently more considerable, without the installation having to be enlarged.
R E V E N D IC AT IONS.
1. Process for the production of a gas suitable for the synthesis of hydrocarbons starting from hydrogen and carbon monoxide according to Prof. Fischer, which gas is formed in a discontinuously operating water gas generator by reaction of coke and water vapor, a mixture of water vapor and coke oven gas being fed, during the gasification period, in the gas generator, characterized in that the mixture of water vapor and coke oven gas, before it is fed into the gas generator, is reheated in a heater which is connected to the generator and is heated, during the blowing period, by means of the blowing gases coming from the gas generator,
and wherein said mixture is brought to a temperature such that the hydrocarbons and the water vapor are subjected there to a double decomposition.