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METHODE ET APPAREIL UTILISE POUR LA PRODUCTION DE GAZ A PARTIR D'UN
COMBUSTIBLE SOLIDE.
Cette invention concerne des perfectionnements apportés à la métho- de et à l'appareillage de production de gaz pauvre, de gaz à l'eau (gaz bleu) ou de gaz à l'eau carburé à partir d'un combustible solide.
Dans une installation normale de production de gaz à l'eau on pré- fère généralement utiliser un combustible tel que le coke ou le charbon de 6 cm environ ou plus et d'enlever par criblage tous les morceaux inférieurs à dix huit % environ. Lorsqu'on utilise un combustible plus petit tel que le poussier de coke dans un gazogène de gaz à l'eau, on réduit la production de l'installation car : 1 ) On réduit la vitesse avec laquelle .Pair peut être insufflé à travers le lit de combustible pendant la période de soufflage;
si cette vi- tesse est trop grande' on risque de chasser le combustible du gazogène,
2 ) L'utilisation d'un combustible trop fin se traduit par la for- mation d'une zone chaude peu profonde de faible capacité thermique. par conséquent, une plus grande proportion de chaleur engendrée au cours de la période de soufflage sort avec le gaz.\) tandis que pendant la période de fa- brication suivante (lorsque de la vapeur est injectée dans le gazogène), la décomposition de celle-ci est faible et la quantité de vapeur non-décomposée détermine une perte de chaleur élevée
Il a été proposé d'utiliser du combustible de petites dimensions pour la production de gaz dans un lit fluidisé de sorte que la chaleur libérée lors de la période de soufflage est accumulée dans une masse plus importante de combustible;
elle devient ainsi disponible lors de la décomposition de la vapeur; mais cette méthode présente un grave inconvénient :les gaz quittent le lit fluidisé de combustible sensiblement à la même température que celle de la réaction; il en résulte une perte considérable de chaleur
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Le but de la présente invention est de permettre d'utiliser une certaine proportion-de combustible fin en même temps que le gros combustible lors de la production de gaz, tout en évitant une perte excessive de chaleur du gazogène avec les gaz qui le quittent.
Un autre but de la présente invention est de permettre que les gaz soient tires d'une portion choisie de l'ensemble de combustible qui se trouve dans le gazogène ou qu'ils traversent une portion seulement de ce com- bustibleo
La présente invention se rapporte à un gazogène dans lequel le com- bustible est disposé en deux couches séparées l'une au-dessus de l'autre par un certain espace; la couche supérieure repose sur un épaulement périphérique et sur un support central de niveau supérieur ou inférieur; le combustible se déplace de la couche supérieure vers la couche inférieure.
Il est recommandable que ni l'épaulement périphérique d'une part, ni le support central d'autre part,. ne laissent passer le combustible par eux- mêmes pour remplir la couche inférieure.
Dans un exemple de réalisation de gazogène conforme à la présente invention, la section de celui-ci dans laquelle se trouve la couche supérieure de combustible est plus grande dans le sens transversal que la section passant par la couche inférieure.
Voici quelle est la méthode conforme à la présente invention qui permet de charger un combustible mélangé au sommet du gazogène, en utilisant par exemple du coke contenant de la poussière; pendant la période de souffla- ge, l'air passe d'abord par le couche inférieure, ensuite par l'espace entre l'épaulement périphérique et le support central., enfin à travers la couche su- périeure de combustible; sa vitesse est telle que pratiquement aucun combusti- ble n'est entraîné en dehors du gazogène.
Lorsque la section passant par la couche supérieure de combustible est plus large que celle qui passe par la couche inférieure de celui-ci, la vitesse linéaire de l'air et des gaz de souf- flage dans la couche inférieure,qui est augmentée par la température élevée qui y règne, peut être sensiblement plus élevée que la vitesse des gaz à tra- vers la couche supérieure, de sorte que des fines particules peuvent être flui- disées ou mises en suspension dans l'espace au-dessus de la couche inférieure; la vitesse linéaire des gaz qui quittent la couche supérieure ne sera pas suf- fisante pour entraîner ce combustible en suspension.
Il est possible de ne charger par le sommet du gazogène que le gros combustible et de constituer ainsi les couches supérieure et inférieure; on peut prévoir un système d'alimentation spécial pour charger directement le com- bustible plus fin dans l'espace entre les deux couches. Dans un tel cas les particules fines de combustible entraînées en dehors de l'espace qui sépare ces deux couches sont filtrées du courant gazeux lorsqu'elles passent par les sections inférieures et la couche supérieure; par conséquent il n'est pas essen- tiel que la section de la portion supérieure du gazogène soit plus grande que celle de sa portion inférieure.
Le combustible peut être déplacé de la couche supérieure vers la couche inférieure par des différents systèmes. On peut utiliser dans ce but des jets de vapeur, d'air ou d'autres gaz. Ces jets courts et violents de va- peur, d'air ou d'autres gaz dirigés vers l'intérieur et introduits par des ori- fices convenablement placés peuvent être utilisés pour déplacer le combustible et déterminer une descente en' cascade d'une portion de celui-ci vers la couche inférieure.
Des surfaces solides peuvent être mises en mouvement en contact avec le combustible de la couche supérieure sur l'épaulement qui la supporte.
On peut utiliser des palettes à pousser ou secouer ou faire vibrer les surfaces de l'épaulement; on peut également prévoir des rouleaux mobiles qui font partie de l'épaulement; des déplacements circonférentiels de pièces en contact avec le combustible sur l'épaulement peuvent déplacer celui-ci.
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En ce qui concerne les fines cendres produites dans la zone qui sépare les deux couches, il est possible d'utiliser un courant d'air dirigé vers le bas pour faire agglomérer ces cendres sur la couche inférieure, de sorte qu'elles puissent être enlevées en même temps que les cendres formées par le gros combustible sur la couche inférieure.,
Les fines cendres peuvent être en outre enlevées de la zone qui sépare les deux couches de combustible en la balayant avec des gaz d'insuffla- tion détournés du gazogène.
La présente invention et les détails qu'elle comporte pourront être mieux compris grâce à la description qui suit et qui se rapporte au, dessin sché- matique dépose en même temps que notre demande provisoire. Ce dessin représen- te la partie supérieure d'un gazogène qui s'envient particulièrement bien à la production de gaz à Peau à partir d'un mélange de cokes de différentes gros- seurs (y compris de la poussière de coke).
Ce gazogène comprend une enceinte supérieure 12 comportant une en- trée centrale supérieure 13 pour l'admission de combustible et une sortie 14 dans la partie supérieure de l'enceinte 12. Il comprend en outre une enceinte inférieure 15 comportant une grille 17 qui supporte la couche inférieure 18 de combustible; on peut y prévoir également une chemine d'eau 160
La couche supérieure de combustible 19 est supportée à sa périphé- rie par l'épaulement annulaire 20 qui forme une gorge entre l'enceinte supérieu- re 12 et l'enceinte inférieure 15.
La couche supérieure de combustible 19 est supportée également par un support central 21 qui, dans l'exemple considérée occupe un niveau plus élevé que l'épaulement 20: le fait que le combustible venant de la couche supérieure 19 alimente par son déplacement la couche infé- rieure 18, én venant de l'épaulement 20, constitue une caractéristique impor- tante de la présente inventiono
On verra dans la suite que dans l'exemple étudié la section trans- versale de l'enceinte 12 est plus grande que celle de l'enceinte 15 ;
il en ré- sulte que, pendant n'importe quel courant ascendant de gaz (soufflage ou fabri- cation) la vitesse de ce courant est telle qu'elle est capable de rendre flui- des des fines particules venant de la couche inférieure dans l'espace entre les deux couches ou d'amener ces particules à l'état de suspension; mais il est possible en même temps de maintenir la vitesse de gaz à travers la couche supérieure entre de telles limites que le combustible n'est pas entraîné du gazogène dans des proportions inadmissibles.
Il n'est pas possible d'indiquer quelle doit être la vitesse de courant lors d'une période de soufflage ou d'une période de fabrication ascen- dantes ou descendantes, mais les vitesses correspondantes peuvent être déter- minées soit par le calcul soit par un simple essai préliminaire.
On ne voit pas sur le schéma représenté tous les passages et tou- tes les soupapes pour l'introduction et la sortie des gaz. Les passages ascen- dants et descendants sont conformes à la pratique courante; les passages pour l'introduction ou l'extraction des gaz dans ou de l'espace entre les deux cou- ches de combustibles sont formés dans la paroi du gazogène,au-dessous ou au- dessus de l'épaulement 200
Lorsque ce gazogène est utilisé pour la production de gaz à partir d'un mélange de coke fin et gros$ on choisit de telle sorte le diamètre de la portion supérieure 12 du gazogène au voisinage du sommet de la couche supérieure de combustible que., pour une vitesse de gazéification donnée pendant la période de soufflage, le combustible fin n'est pas entraîné en dehors de la couche de combustible et du gazogène.
Le diamètre de la portion inférieure 15 du gazo- gène, dans laquelle se trouve la grille 17 destinée à distribuer l'air pendant la période de soufflage et la vapeur pendant la période de fabrication., ainsi qu'à l'extraction des mâchefers est choisi de façon à convenir pour la vitesse de production de gaz à partir des gros morceaux de combustible mélangé., sans tenir compte du fait que cela peut impliquer que le combustible fin risque, d'être chassé par le souffle de la couche inférieure de combustible.
Ainsi, pendant la période de soufflage ascendante, lorsque les vitesses de gaz sont
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sensiblement plus élevées que pendant la période ou la vapeur y est envoyée ou pendant la période de fabrication., le gros combustible forme une couche fixe 18 qui repose sur les cendres de la grille 17 à la base de la couche in- férieure de combustible et l'oxygène est consommé principalement dans cette couche de gros combustible.
Pendant cette période le combustible fin est ren- du fluide dans l'espace entre les deux couches de combustible; il s'y trans- forme en gaz grâce à l'oxygène qui a traversé la couche fixe de gros combusti- ble et grâce à une réaction secondaire avec de l'acide carbonique; il peut aussi être entraîné jusqu'à ce qu'il rencontre la face inférieure de la couche supérieure 19 où il est arrêté par filtrage et éliminé du courant ascendant de gaz et peut être transformé en gaz par réaction avec du gaz carbonique.
Pour faciliter l'ascension des particules fines et petites de combustible à partir de la couche inférieure et leur fluidification ou suspension dans l'es- pace entre les deux couches de combustible., on peut faire une pointe de souf- flage à grande vitesse ou une impulsion au début de chaque période de souffla- ge ascendante ou au début de quelques-unes de ces périodes., surtout au démar- rage du gazogène.
Grâce à ce système un échange de chaleur a lieu entre les gaz mon- tants chauds et le combustible descendant froid qui arriver il en résulte une récupération de chaleur et une économie; il y a de même un échange de chaleur entre l'air ascendant et la vapeur d'une part et les produits vaporisés descen- dants à travers la couche de cendres à la base du gazogène qui fonctionne ainsi copme un régénérateur.
Il est évident que le présent système n'est pas limité à l'usage d'un mélange de combustible fin et de combustible utilisé normalement pour la production de gaz à l'eau décrit ci-dessus, mais qu'il peut servir également avec des vitesses convenables de gaz avec des combustibles de 25% ou même plus fins., les vitesses lors des périodes de soufflage étant choisips de telle sor- te que, dans tous les cas, il reste une quantité suffisante de gros combustible sur une couche fixe au-dessus d'une grille, pour former une zone chaude où la réaction a lieu et où l'oxygène qui y arrive est consommé,
Il est évident qu'en ce qui concerne l'espace qui sépare les deux couches de combustiblel'ouverture centrale par laquelle le combustible déplacé de la couche supérieure passe vers la couche inférieure peut être allongée de sorte qu'elle puisse former une gorge ou une conduite dans le cas où l'on dé - sire prévoir un espace pour l'introduction de sondes par exemple ou de tison- niers dans la partie inférieure du gazogène; dans un tel cas,, cette partie de gazogène, dans laquelle se trouve la couche supérieure de combustible, peut apparaître virtuellement comme un récipient indépendanto Il est cependant évi- dent que si l'on veut éviter des pertes de chaleur, une telle conduite doit être aussi courte que possible.
Dans une variante de construction le support de la partie centrale de la couche combustible supérieure peut se trouver au- dessous de l'épaulement, mais cette variante n'est pas aussi satisfaisante que la précédente, car l'ouverture centrale par laquelle le combustible passe de cette partie de la couche supérieure supportée par l'épaulement en se dirigeant sur la partie dituée au-dessus du support central sera alors pleine de combus- tible et offrira une plus grande résistance au courant de gaz à cet endroit étranglée
Il est évident qu'un gazogène de ce type peut être également uti- sé pour produire du gaz à partir de combustible de dimension normale quand on désire, pour une raison quelconque, introduire ou prélever des gaz produits entre les couches de combustible inférieure et supérieure,
comme on le fait par exemple lorsqu'on fabrique du gaz à partir de coke et que l'on désire évi- ter que les substances volatiles distillées pénètrent dans les gaz de souffla- ge pendant la période correspondantes mais que l'on admet ces substances vola- tiles dans les gaz produits. Dans ce cas., il peut être recommandable de faire partir les gaz de soufflage au-dessus de la couche inférieure, mais au-dessous de la couche supérieure. Un gazogène conforme à la présente invention présente des avantagés car un passage uniforme des gaz de soufflage soutirés à un point intermédiaire est favorisé dans toute la section transversale de la couche in- férieure de combustible grâce au fait que ces gaz sont soutirés à partir d'un
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METHOD AND APPARATUS USED FOR THE PRODUCTION OF GAS FROM A
SOLID FUEL.
This invention relates to improvements in the method and apparatus for producing lean gas, water gas (blue gas) or water gas fueled from a solid fuel.
In a normal water-based gas plant it is generally preferred to use a fuel such as coke or coal of about 6 cm or more and to screen out any pieces less than about eighteen%. When using a smaller fuel such as coke dust in a water gas generator, the production of the plant is reduced because: 1) The speed with which .Pair can be blown through the gas is reduced. fuel bed during the blowing period;
if this speed is too high, there is a risk of expelling the fuel from the gasifier,
2) Using too fine a fuel results in the formation of a shallow hot zone of low heat capacity. therefore, a greater proportion of the heat generated during the blowing period comes out with the gas. \) while during the following manufacturing period (when steam is injected into the gasifier), the decomposition of that -ci is low and the amount of undecomposed vapor determines high heat loss
It has been proposed to use fuel of small dimensions for the production of gas in a fluidized bed so that the heat released during the blowing period is accumulated in a larger mass of fuel;
it thus becomes available during the decomposition of the vapor; but this method has a serious drawback: the gases leave the fluidized bed of fuel at substantially the same temperature as that of the reaction; this results in a considerable loss of heat
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The object of the present invention is to enable a certain proportion of fine fuel to be used at the same time as the coarse fuel during gas production, while avoiding excessive loss of heat from the gasifier with the gases leaving it.
Another object of the present invention is to allow the gases to be drawn from a selected portion of the fuel assembly which is in the gasifier or to pass through only a portion of this fuel.
The present invention relates to a gasifier in which the fuel is arranged in two layers separated one above the other by a certain space; the upper layer rests on a peripheral shoulder and on a central support of upper or lower level; the fuel moves from the top layer to the bottom layer.
It is recommended that neither the peripheral shoulder on the one hand, nor the central support on the other hand ,. do not allow fuel to pass by themselves to fill the bottom layer.
In an exemplary embodiment of a gasifier according to the present invention, the section of the latter in which the upper layer of fuel is located is larger in the transverse direction than the section passing through the lower layer.
Here is the method according to the present invention which makes it possible to charge a mixed fuel at the top of the gasifier, for example using coke containing dust; during the blowing period, the air passes first through the lower layer, then through the space between the peripheral shoulder and the central support, and finally through the upper fuel layer; its speed is such that hardly any fuel is entrained apart from the gasifier.
When the section passing through the upper layer of fuel is wider than that passing through the lower layer of the latter, the linear velocity of the air and blowing gases in the lower layer, which is increased by the high temperature therein, can be significantly higher than the gas velocity through the upper layer, so that fine particles can be fluidized or suspended in the space above the lower layer ; the linear velocity of the gases leaving the upper layer will not be sufficient to entrain this suspended fuel.
It is possible to load the top of the gasifier only with the coarse fuel and thus constitute the upper and lower layers; a special feed system can be provided for directly charging the finer fuel into the space between the two layers. In such a case the fine fuel particles entrained outside the space which separates these two layers are filtered from the gas stream when they pass through the lower sections and the upper layer; therefore it is not essential that the cross section of the upper portion of the gasifier is larger than that of its lower portion.
The fuel can be moved from the upper layer to the lower layer by different systems. Jets of steam, air or other gases can be used for this purpose. These short, violent jets of steam, air or other gases directed inward and introduced through suitably placed orifices can be used to move the fuel and determine a cascading descent of a portion. from this to the lower layer.
Solid surfaces can be brought into motion in contact with the upper layer fuel on the supporting shoulder.
Paddles can be used to push or shake or vibrate the shoulder surfaces; it is also possible to provide mobile rollers which form part of the shoulder; circumferential movements of parts in contact with the fuel on the shoulder can displace the latter.
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Regarding the fine ash produced in the area between the two layers, it is possible to use a downward directed air stream to agglomerate these ashes on the lower layer, so that they can be removed. at the same time as the ash formed by the coarse fuel on the lower layer.,
The fine ash can furthermore be removed from the zone which separates the two layers of fuel by sweeping it with blast gases diverted from the gasifier.
The present invention and the details which it comprises may be better understood from the description which follows and which relates to the schematic drawing filed at the same time as our provisional application. This drawing shows the upper part of a gasifier which is particularly well suited to the production of water gas from a mixture of cokes of different sizes (including coke dust).
This gasifier comprises an upper enclosure 12 comprising an upper central inlet 13 for the admission of fuel and an outlet 14 in the upper part of the enclosure 12. It further comprises a lower enclosure 15 comprising a grid 17 which supports the gasifier. lower layer 18 of fuel; there can also be a water pipe 160
The upper fuel layer 19 is supported at its periphery by the annular shoulder 20 which forms a groove between the upper enclosure 12 and the lower enclosure 15.
The upper layer of fuel 19 is also supported by a central support 21 which, in the example considered occupies a higher level than the shoulder 20: the fact that the fuel coming from the upper layer 19 feeds the lower layer by its displacement. - upper 18, coming from the shoulder 20, constitutes an important characteristic of the present invention.
It will be seen below that in the example studied, the cross-section of enclosure 12 is greater than that of enclosure 15;
as a result, during any upward flow of gas (blowing or manufacturing) the speed of this flow is such as to be able to flow fine particles from the lower layer into the gas. 'space between the two layers or to bring these particles to the state of suspension; but at the same time it is possible to keep the gas velocity through the upper layer between such limits that the fuel is not entrained from the gasifier in inadmissible proportions.
It is not possible to indicate what the current speed should be during an ascending or descending blowing or manufacturing period, but the corresponding speeds can be determined either by calculation or by a simple preliminary test.
We do not see in the diagram shown all the passages and all the valves for the introduction and the outlet of the gases. The ascending and descending passages are in accordance with current practice; passages for the introduction or extraction of gases into or from the space between the two fuel layers are formed in the wall of the gasifier, below or above the shoulder 200
When this gasifier is used for the production of gas from a mixture of fine and coarse coke $ the diameter of the upper portion 12 of the gasifier is chosen in the vicinity of the top of the upper layer of fuel that., For At a given gasification speed during the blowing period, the fine fuel is not entrained outside the fuel layer and the gasifier.
The diameter of the lower portion 15 of the gasoline, in which is located the grid 17 intended to distribute the air during the blowing period and the steam during the manufacturing period, as well as for the extraction of bottom ash is chosen so as to suit the rate of gas production from the large pieces of mixed fuel., disregarding the fact that this may imply that the fine fuel may be blown out of the lower fuel layer .
Thus, during the upward blowing period, when the gas velocities are
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significantly higher than during the period when the steam is sent to it or during the period of manufacture., the coarse fuel forms a fixed layer 18 which rests on the ash from the grate 17 at the base of the lower fuel layer and oxygen is consumed mainly in this layer of coarse fuel.
During this period the fine fuel is returned to the space between the two fuel layers; it is transformed into gas by the oxygen which has passed through the fixed layer of large fuel and by a secondary reaction with carbonic acid; it can also be entrained until it meets the underside of the upper layer 19 where it is stopped by filtering and removed from the upward flow of gas and can be transformed into gas by reaction with carbon dioxide.
To facilitate the ascent of fine and small fuel particles from the lower layer and their fluidization or suspension in the space between the two fuel layers, a high speed blowing point can be made or an impulse at the start of each upward blow-off period or at the start of some of these periods, especially when the gasifier is started.
Thanks to this system a heat exchange takes place between the hot rising gases and the arriving cold falling fuel, resulting in heat recovery and savings; there is also a heat exchange between the ascending air and the vapor on the one hand and the vaporized products descending through the layer of ash at the base of the gasifier which thus functions as a regenerator.
It is evident that the present system is not limited to the use of a mixture of fine fuel and fuel normally used for the production of water gas described above, but that it can also be used with suitable gas velocities with fuels of 25% or even finer., the velocities during the blowing periods being chosen such that, in any case, a sufficient quantity of coarse fuel remains on a fixed layer above a grid, to form a hot zone where the reaction takes place and where the oxygen which arrives there is consumed,
It is evident that with regard to the space between the two layers of fuel the central opening through which the fuel displaced from the upper layer passes to the lower layer can be elongated so that it can form a groove or a groove. conduct in the event that it is desired to provide a space for the introduction of probes, for example, or of firebrands in the lower part of the gasifier; in such a case, that part of the gasifier, in which the upper layer of fuel is located, can appear virtually as an independent container. However, it is obvious that if one wishes to avoid heat losses, such a pipe must be as short as possible.
In an alternative construction, the support of the central part of the upper combustible layer may be located below the shoulder, but this alternative is not as satisfactory as the previous one, since the central opening through which the fuel passes. of this part of the upper layer supported by the shoulder while heading towards the part located above the central support will then be full of fuel and will offer greater resistance to the gas flow at this constricted location
It is obvious that a gasifier of this type can also be used to produce gas from normal-sized fuel when it is desired, for whatever reason, to introduce or withdraw produced gases between the lower and upper fuel layers. ,
as is done, for example, when gas is produced from coke and it is desired to prevent the distilled volatile substances from entering the blowing gases during the corresponding period, but when these substances are admitted volatiles in the gases produced. In this case, it may be advisable to cause the blowing gases to start above the lower layer, but below the upper layer. A gasifier according to the present invention has advantages because a uniform passage of the blast gases withdrawn at an intermediate point is promoted throughout the cross section of the lower fuel layer by virtue of the fact that these gases are withdrawn from it. a
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