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"PROCEDE POUR LA PRODUCTION, SOUS PRESSION ELEVEE, DE GAZ EN PARTANT DE COMBUSTIBLES SOLIDES!!.
La présente invention est relative à la production d'un gaz de qualité, susceptible d'être utilisé pour l'éclairage, le chauffage ou à d'autres fins, et elle vise, en particulier; la production d'un tel gaz par gazéification de combustibles solides en morceaux, notamment de ceux de qualité, inférieure, tels que le menu coke.
Lors de la production de coke, à partir de charbon, dans les fours à coke de type connu, -il se produit, outre le coke en gros morceaux. une quantité non négligeable de menu coke d'une grosseur de grain de 0 à 10 mm, dit "grésillon de coke". Celui-ci ne peut jusqu'à présent trouver pratiquement d'utilisation économique et, dans beaucoup de cas, sa valeur est si faible, qu'on l'utilise comme matériau, par exemple dans la cons- truction de routes.
La présente invention a pour objet principal un procédé et des appareillages perfectionnés permettant la production, avec un rendement économique élevé, d'un gaz combustible de qualité en partant de menu coke.
Il est courant, dans de nombreuses installations de production de gaz, de traiter en même temps, dans des gazogènes fonctionnant sensible- ment à pression normale avec du coke de houille en morceaux, une certaine quantité de menu coke. Cependant en analysant de plus près ce mode de produc- tion de gqz, on constate qu'en réalité, seule une très faible quantité de menu coke est gazéifiée. La plus grande partie du menu coke est, au contraire, entraînée par le gaz produit et est extraite non modifiée du gaz de gazogène.
Ceci s'explique par le fait que la vitesse du gaz dans les gazogènes fonc- tionnant sous pression normale est trop élevée. Pour gazéifier, dans des ga- zogènes de type courant, le carbone contenu dans le menu coke, dans la même proportion que le carbone qui est contenu dans du coke en morceaux de 20 à 40 mm par exemple, il faut diminuer notablement la vitesse du gaz dans le
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lit de comestible. Cette diminution doit atteindre une valeur telle qu'un gazogène présentant un diamètre de cuve de 3 mètres, qui peut traiter jour- nellement 50 tonnes de coke en morceaux de 20 à 40 mm, ne peut plus gazéifier que 5 tonnes par jour d'un coke d'une finesse de grain de 1 à 10 mm (menu coke).
La présente invention consiste à entreprendre la gazéification du menu coke dans un gazogène à lit de combustible fixe fonctionnant sous haute pression, le gaz utile produit extrait à une température de 650 à 700 C ou au-dessus, étant utilisé, après épuration, pour l'entraînement d'une tur- bine à gaz de combustion servant à comprimer l'air nécessaire à la.gazéifica- tion sous pressiqn.
La gazéification de combustibles d'une grosseur de grain relati- vement faible dans des'gazogènes fonctionnant sous pression élevée avec lit de combustible fixe est connue en soi. Elle n'a pu cependant jusqu'à présent être économiquement mise en oeuvre que lorsqu'on dispose de combustibles facilement réactifs, produisant un gaz utile présentant une teneur relative- ment élevée en méthane et, par suite, un pouvoir calorifique élevé, au cours de la gazéification sous pression. La valeur d'un tel gaz à pouvoir calorifi- que élevé est si grande que la dépense qu'entraîne la compression de l'air de gazéification à la pression de fonctionnement du gazogène peut être couverte.
Le fait que, conformément à l'invention, le gazogène fonctionnant sous pression élevée est relié à une turbine à gaz de combustion, dans laquel- le la pression et le pouvoir calorifique du gaz utile sont utilisés pour four- nir un travail mécanique, permet de transformer, avec un rendement économique élevé, en gaz de chauffage de qualité, des combustibles de peu de valeur et à faible réactivité, tels que le menu coke de houille.
Le rendement économique du procédé de gazéification selon l'in- vention dépend essentiellement des caractéristiques de la turbine à gaz utili- sée. Si le rendement de la dite turbine à gaz est suffisamment élevé, il est possible, pour une pression de fonctionnement du gazogène de 15 atmosphères, de tirer du gaz utile, avec la turbine, une énergie mécanique telle que non seulement la dépense de puissance nécessaire à la compression de l'air de gazéification à 15 atmosphères soit couverte, mais encore qu'un excédent non négligeable d'énergie reste disponible, par exemple pour la production de courant électrique.
On peut compter que, dans des conditions favorables, les dépenses pour la production de gaz combustible à l'aide du procédé conforme à l'inven- tion, en partant de menu coke de houille., sont d'environ 25 % plus faibles que celles résultant du traitement de coke en morceaux grossiers dans les ga- zogènes courants fonctionnant sous pression normale.
On a supposé d'ailleurs, dans ce cas, que le pouvoir calorifique du gaz utile produit par gazéification de menu coke sous haute pression est égal à celui d'un gaz de gazogène courant, produit sous pression normale, en partant de menu coke, alors qu'en réalité, il arrive dans de nombreux cas que le gaz utile produit selon le procédé conforme à l'invention possède un pouvoir calorifique notablement plus élevé, en raison de sa teneur plus éle- vée en méthane.
Conformément à l'invention, il est prévu, en outre, de traiter le menu coke à gazéifier, avant son entrée dans le gazogène, par des gaz chauds et, de préférence, par le gaz utile chaud détendu venant de la tur- bine à gaz de combustion, et ce de telle manière que l'eau contenue dans le menu coke ainsi que les particules de 3 mm ou au-dessous en soient éliminées.
Dans cette forme de réalisation de l'invention, on utilise, dans le gazogène fonctionnant sous haute pression, un menu coke présentant une grosseur de grain de l'ordre de 3 à 10 mm et qui est exempt de poussier.
Il s'est avéré que, lors de la gazéification d'un tel menu coke, sous une pression de par exemple 15 atmosphères, le gaz utile produit ne renferme pratiquement plus de composantes solides, qui ne puissent être sépa-
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rées dans un séparateur de poussière normal du type cyclone, de sorte que le gaz utile chaud sous pression arrivant à la turbine à gaz de combustion est pratiquement dépoussiéré.
Si l'on utilise, conformément à l'invention, pour le séchage et le pré-dépoussiérage du menu coke, le gaz utile chaud détendu, il y a lieu de lui retirer les poussières entraînées par tous moyens appropriés, par exemple par un lavage avec de l'eau ou à l'aide d'une installation électrique de dépoussiérage, avant de l'utiliser de nouveau. Les particu- les fines du menu coke ainsi retirées du gaz peuvent, le cas .échéant, être de nouveau mélangées au charbon à cokéfier avant son introduction dans le four de cokéfaction, si, du moins, le pouvoir cokéfiant du charbon le per- met.
D'autres objets et caractéristiques de l'invention ressorti- ront de la description qui va suivre en regard du dessin annexé qui re- présente partie en coupe et partie en élévation, une installation établie conformément à l'inventiono
Dans l'installation représentée sur le dessin, le combustible à grain fin à traiter, de préférence du menu coke de houille, est amené de la trémie 1 dans une chambre fermée 2, dont le fond est muni de cloisons perforées 3 Dans l'espace compris entre ces cloisons 3 est amené, par la tuyauterie 4 un gaz chaud, de préférence à 300 C environ, qui circule à travers le réservoir 2 à une vitesse telle que les particules fines, de dimensions inférieures à 3 mm environ, qui se trouvent dans le menu coke ou autre combustible contenu dans ce réservoir soient entraînées par ce courant de gaz,
Le mélange de gaz et de poussière sort de'la chambre 2 par une tubulure 5 Le combustible débarrassé de la poussière est dirigé, à travers un organe d'arrêt 6, dans un réservoir intermédiaire 7 relié par un organe de fermeture 8 résistant à la pression à la cuve 2 d'un ga- zogène. Dans ce gazogène 5 est maintenue une pression élevée, de 15 atmos- phères de préférence. Pour amener le combustible du réservoir 7 dans le gazogène 2, on ferme d'abord l'organe d'arrêt 6, puis on ouvre l'organe d'arrêt 8. Il est prévu des moyens permettant de créer un équilibre de pression entre le réservoir 7 et le gazogène 9 de sorte qu'après ouver- ture de l'organe d'arrêt 8, le combustible peut glisser dans le gazogène 9. Le gazogène 9 est muni d'une enveloppe 10 résistant à la pression et peut être de type quelconque.
Il est avantageux, comme représenté sur le dessin, d'utiliser, conformément à l'invention, une grille fixe 11, au- dessus de laquelle se déplace un bras mobile 12 qui évite une aggloméra- tion des scories et maintient la grosseur de grain des scories ainsi que la cendre à un degré de finesse lui permettant de' tomber à travers la grille.
La cendre produite se rassemble dans le fond 13 du gazogène et peut être extraite à travers le réservoir intermédiaire 14 étanche à la pression, qui fonctionne de manière analogue au réservoir intermédiai- re 7.
Le gaz produit dans le gazogène 2 s'échappe à une température de 700 C environ par la conduite 15 et parvient d'abord dans un dépous- siéreur usuel 16, connu sous le nom de cyclone, dans lequel les particules de menu coke éventuellement entraînées par le gaz peuvent se déposer. Le gaz pratiquement exempt de poussières parvient alors par 1a conduite 17 à une turbine à gaz de combustion 18, qui peut être de type quelconque, et il s'y détend en se refroidissant.
La turbine à gaz de combustion fonctionne, de préférence, avec une contre-pression telle que le gaz d'échappement qui en sort à 300 C en- viron peut être amené par la conduite à au réservoir 2 dans lequel, comme déjà décrit, le combustible à gazéifier est séché et dépoussiéré. Il y a donc lieu de choisir en conséquence la surpression du gaz chaud dans la tuyauterie 4
Le gaz qui s'échappe en 5 du réservoir 2 arrive d'abord dans
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le séparateur de poussières 19 puis dans un laveur 20, dans lequel il est mis en contact avec de l'eau froide ; est ainsi refroidi et débar- rassé des poussières qu'il contient.
Le gaz ainsi épuré et refroidi peut enfin être extrait par la conduite 21
Au rotor de la turbine à gaz de combustion 18 est accouplé directement le rotor du compresseur rotatif d'air 22 qui aspire de l'air frais par la tubulure 23 Le compresseur 22 comprime l'air en correspon- dance avec la pression de fonctionnement du gazogène 9 L'air comprimé arrive par la tuyauterie 24 dans l'espace situé en dessous de la grille 11 du gazogène, passe au travers des fentes de la grille et effectue la gazéification dans le lit de combustible du gazogène 9.
On peut, d'une manière connue en soi, ajouter à l'air de gazéification, dans l'espace 13de la vapeur d'eau amenée par la tuyaute- rie 25
Dans tous les cas où la puissance de la turbine à gaz de com- bustion 18 est supérieure à la puissance absorbée par le compresseur d'air 22, il est avantageux d'accoupler à l'arbre du rotor de la turbine à gaz de combustion, une génératrice de courant 26.
En outre, à l'arbre du rotor de la turbine à gaz de combus- tion est également accouplé un moteur de démarrage 27.
Outre son utilisation pour la mise en valeur du menu coke, sous-produit résultant de la fabrication de coke normal, le procédé con- forme à l'invention convient encore avantageusement à la mise en valeur de charbons à faible pouvoir collant, par exemple des produits le plus souvent riches en cendres, dits produits intermédiaires, résultant de la préparation de charbons collants. Ces produits intermédiaires ne donnent pas, par distillation sèche, un coke utilisable se présentant sous la forme de morceaux d'une grosseur suffisante, mais seulement, en général, un produit peu résistant à faible grosseur de grain.
On peut facilement réduire la grosseur de grain de ce produit à la dimension de 1 à 10 mm convenant particulièrement au procédé selon l'invention et l'on dispose alors d'un combustible très bon marché permettant la production, par le procédé selon l'invention, d'un gaz de chauffage de qualité, avec un ren- dement économique élevé.
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R V E N D I C A T I 0 N S la- Procédé pour la production de gaz combustible par gazéi- fication de combustibles solides, tels que le menu coke, avec de l'air et le cas échéant de la vapeur d'eau, caractérisé en ce que le combustible solide est gazéifié sous pression élevée dans un gazogène à lit de combus- tible fixe, le gaz utile ainsi produit, chaud et à haute pression, étant utilisé dans une turbine à gaz de combustion pour l'entraînement d'un com- presseur d'air qui élève la pression de l'air de gazéification à la valeur de la pression de fonctionnement du gazogène.