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PROCEDE ET APPAREIL POUR LA GAZEIFICATION DE CHARBON PULVERISE.
La présente invention a pour objet la production d'un gaz de synthèse par combustion partielle de charbon pulvérisé en présence d'oxygène et de vapeur d'eau, de manière à former un gaz comprenant essentiellement CO + H2. On appellera ci-après ce procédé un procédé de gazéification complète du charbon pour le distinguer de la gazéification partielle destinée à extraire les matières volatiles en abandonnant du carbone résiduaire. La présente invention couvre un procédé et un appareil perfectionnés pour l'exécution d'une telle réaction produisant un gaz de synthèse.
La réaction du charbon pulvérisé en présence de vapeur d'eau et de C02 est de nature endothermique ce qui entraîne la nécessité d'un apport de chaleur net, susceptible d'élever la température des constituants entrant en réaction jusqu'à la gamme des températures de réaction. Cet accroissement de température peut être assuré par une réaction exothermique entraînant la combustion partielle du charbon avec utilisation d'une quantité d'oxygène insuffisante pour la combustion complète.
La gamme des températures la plus efficace pour cette réaction endothermique se trouve au-delà de 1100 C. La température de combustion doit se trouver sensiblement au-dessus de cette gamme pour que l'on soit sur qu'une chaleur sensible soit appliquée en quantité suffisante aux constituants du mélange réactif pour maintenir la température dans la gamme pour laquelle la vitesse de gazéification est élevée. Ceci devient évident si l'on tient compte du fait que la durée nécessaire au passage des constituants de la réaction avant terminaison de la réaction, doit être suffisamment longue pour que ces constituants atteignent ou dépassent la gamme des températures de réaction,, avec addition d'une durée de parcours supplémentaire suffisamment longue pour achever la réaction endothermique.
Ces températures relativement élevées exigées, ainsi que la nécessité de maintenir au minimum les pertes de chaleur,impliquent que l'appareil de combustion et de réaction doit être garni de matière réfractaire. La forme et les dimensions de l'appareil sont déterminées par des considérations relatives au débit désiré de charbon. à la longueur néces-
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saire au trajet des constituants de la réaction et à l'établissement des vitesses relatives à prévoir pour les dits constituants.
Pour une efficacité maxima de la réaction exothermique et un mélange parfait entre les constituants de la réaction, il est nécessaire d'assurer une turbulence élevée. Toutefois cette turbulence entraine souvent une remise en circuit des gaz, ce qui réduit l'efficacité de la transformation des constituants de la réaction en gaz de synthèse.
Etant donné que les températures les plus efficaces pour les réactions tendant à la production d'un gaz se trouvent au-dessus du point de fusion des cendres de la plupart des charbons, il se forme des scories sur les côtés et sur le fond de la chambre de combustion et de réaction.
Les scories s'écoulant le long des côtes ou parois de la chambre peuvent gêner le fonctionnement des brûleurs. Non seulement les scories tendent à entraîner la garniture réfractaire,, mais il faut encore prendre des dispositions pour se débarrasser de ces scories. Ces mesures étaient prises, jusqu'à présent, au cours d'arrêts périodiques du fonctionnement, arrêts effectués dès que l'accumulation des scories devenait exagérée.
Toutefois ces arrêts imposés par la nécessité de retirer les scories se présentaient comme gênants, en ce sens qu'il fallait refroidir la zone de combustion et de réaction, d'où il résulterait une faible durée de fonctionnement de l'appareil et par suite des frais accrus.
Les dispositifs classiques d'extraction des scories par prélèvement. au fond de la chambre de réaction, des scories à l'état encore fondu, scories que l'on fait tomber dans un puisard plein d'eau, ne peuvent être utilisés, étant donné que le caractère endothermique du procédé gêne souvent le maintien de la température, au voisinage de la sortie des scories, au-dessus de la température de fusion de ces scories. Par suite, on a proposé d'installer des dispositifs de chauffage auxiliaires au voisinage de l'orifice d'évacuation des scories pour maintenir ces scories à l'état fondu. Ces dispositifs de chauffage auxiliairesreprésentent une dépense supplémentaire à soustraire du bilan du processus de gazéification.
La présente invention couvre un procédé de production continue d'un gaz de synthèse par réaction à température élevée de l'oxygène et de la vapeur d'eau sur un combustible solide contenant du carbone; ce procédé est caractérisé par le fait que l'on fait réagir 1'oxygène, la vapeur d'eau et le combustible d'une manière nettement exothermique à une extrémité d'une zone primaire partiellement close de la chambre de réaction et au voisinage de cette extrémité de manière à élever la température des constituants de la réaction d'une façon suffisante pour assurer une réaction endothermique entre la vapeur d'eau et les produits de la réaction exothermique, la réaction produisant le gaz de synthèse d'une manière nettement endothermique se terminant lorsque les constituants de la réaction passent dans une zone secondaire partiellement fermée,
, qui reçoit ces constituants provenant de l'extrémité considérée de la zone primaire.
L'appareil destiné à l'exécution du procédé ainsi dèfini comprend, en combinaison u@e chambre ¯de réaction primaire et un mélangeur relié à des sources de combustibles, d'oxygène et de vapeur d'eau, ce mélangeur étant disposé et établi de manière à introduire dans cette chambre de réaction primaire le combustible solide sous forme pulvérulente en suspension dans un courant fluide constitué par de l'oxygène à peu près pur, en quantités inférieures à celles requises pour la composition complète du combustible, en même temps que de la vapeur d'dau,
destinée à brûler incomplètement les particules suspendues de manière à élever le niveau de température des constituants de la réaction à une valeur comprise dans la gamme optima pour la réaction endothermique de la vapeur d'eau sur les produits de cette combustion cette chambre présentant de plus une ouverture d'évacua- tion des gaz au voisinage de ce dispositif mélangeur afin que l'on puisse
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évacuer un courant des constituants de la réaction à haute température et toutes les particules de combustible non brûlées qui peuvent provenir de la chambre..
l'appareil comportant encore une chambre de réaction secon- daire communiquant avec cette ouverture d'évacuation des gaz pour recevoir de celle-ci le courant de constituants de la réaction et les particules de charbon non brûlées pour terminer la réaction de production du gaz de syn- thèseo
Conformément à la présente invention, on évite les inconvénients indiqués ci-dessus en effectuant la réaction produisant le gaz de synthèse en deux stades ou en deux zones que l'on peut séparer par une zone intermé- diaire ou de transmission formant un obstacle fonctionnant à haute vitesse arrètant toute circulation en retour des gaz provenant de la zone secondai- re vers la zone primaire.
La combustion incomplète des particules de charbon au moyen d'oxygène à peu près pur et en présence d'au moins un peu de vapeur d'eau est effectuée dans le premier stade de réaction à caractère nettement exothermique,,, c'est-à-dire dans la zone de combustion comportant une ou- verture pour l'évacuation des scories.
Dans ce stade, les conditions de turbulence assurant une efficacité maxima pour la réaction endothermique, avec mélange intime des constituants et production d'un niveau de tempé- rature au moins égal à la gamme des températures de réaction les plus ef- ficaces et au-dessus des températures de fusion des scories, sont obtenues en produisant un ou plusieurs courants de charbon pulvérisé mélangé à l' avance à de l'oxygène et à de la vapeur d'eau, ces courants aboutissant à la zone de combustion @ @@@@ @ mai@@ @@ @@@ @ de combus@ ion de manière à y maintenir une allure de combustion suffisante pour assu- rer,au voisinage de l'orifice d5évacuation des scories. un niveau de température qui se trouve au-dessus de la température de fusion des scories.
La vapeur d'eau .sert à régler les températures dans la zone de combustion.
La zone de combustion comporte de préférence une ouverture étranglée pour la sortie des gaz, cette sortie formant une zone de transition entre les zones primaire et secondaire. A mesure que le courant des produits gazeux de combustion entraînant des particules de carbone non brûlées. chauffées à une température au-dessus de la gamme des températures de réaction, s'écoule vers cet étranglement le reste de la va@pèur d'eau nécessai- re est introduit dans ce courant pour être mélangé de manière intime et complète aux constituants de la réaction qui se trouvent à, une température élevée.Cet étranglement a pour objet de faciliter le mélange parfait des constituants qui le traversent,,
en accélérant sensiblement l'écoulement des gaz de manière à former un obstacle a grande vitesse arrêtant, leretour des gaz de la zone secondaire vers la zone primaire. Le courant gazeux sortant de l' étranglement traverse la zone secondaire dans laquelle se termine la réaction endothermique destinée à former le gaz de synthèse. De préférence, l' étranglement est suivi d'une chambre d'expansion qui supprime les courants tourbillonnaires dans la zone secondaire. de manière à empêcher les gaz qui ont subi la réaction complète de revenir dans le courant sortant de cet étranglement.
Bien qu'une telle subdivision des courants de la vapeur d'eau nécessaire soit avantageuse pour faciliter le prélèvement des scories. il peut être recommandable dans certains casa d'introduire toute la vapeur d'eau nécessaires sous forme d'un mélange préalable avec l' oxygène et le charbon pulvérisé.
Ainsi,,on assure une séparation réelle entre les stades nettement exothermique et nettement endothermique.,, grâce à l'obstacle à grande vitesse constitué par la zone de transition de telle sorte que les conditions les plus avantageuses pour l'élévation du niveau des températures et l'évacuation des scories peuvent être maintenues dans la zone primaire ou de combustion, tout en maintenant les températures de réaction les plus efficaces dans la zone secondaire ou de réaction.
On allume le combustible et on le fait brûler d'une manière incomplète dans la zone de combustion, le combustible étant maintenu en suspension dans le courant fluide dirigé vers l'orifice d'évacuation
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des scories, ce qui permet de conserver une allure de combustion du combustible qui suffise à maintenir la température normale moyenne dans la zone voisine de cette ouverture d'évacuation des scories à une valeur supérieure à la température de fusion des scories.
Le maintien de cette température moyenne normale est grandement facilité par le fait que l'on peut introduire seulement une partie de la vapeur d'eau nécessaire avec l'oxygène et le combustible, ce qui réduit d'une manière correspondante l'effet de 1?évacuation de chaleur due au mélange de toute la vapeur d'eau nécessaire avec le courant de combustible.
Les cendres de combustible sont évacuées d'une manière continues sous forme de scories fondues,, dont on se débarrasse par évacuation dans un caisson à eau hermétiquement fermée par exemple., En même temps, le courant de produits de combustion gazeux et toutes les particules de combustible non brûlées sont évacuées par 1 S'étranglement servant à la sortie des gaz ou zone de transition.\} tandis que le reste de la vapeur d'eau servant à la réaction est introduit dans le courant des constituants de la réaction,auxquels il se mélange en avant de la sortie étranglée prévue pour les gaz.
Le mélange intime de la vapeur d'eau restante,, nécessaire à la réaction avec les constituants de la réaction, est facilité par le passage du mélange dans l'étranglement servant à la sortie des gaz. La réaction formant les gaz de synthèse se termine dans la zone de réaction secondaire revevant le mélange provenant de l'étranglement dans la zone primaire.
Dans un appareil avantageusement conçu pour l'exécution du procédé conforme:a 1?invention la chambre de réaction primaire est constituée par un cylindre vertical comportant une garniture intérieure réfractaire et une sortie inférieure pour le prélèvement des scories, cette sortie étant disposée axialement par rapport au cylindre. La partie supérieure du cylindre comprend un plafond ou voûte à peu près tronconique délimitant l'accès à la sortie étranglée pour les gaz. Cette voûte forme un ensemble complexe servant également de support ou de fond pour la seconde chambre de réaction également constituée par un cylindre vertical garni de matière réfractaire et montée coaxialement par rapport à la chambre de réaction primaire.
L'ouverture inférieure pour l'évacuation des scories communique avec un puisard ou analogues contenant de l'eau ou autre milieu refroidisssant, et dont le trop-plein est fermé par une contre-pression. La sortie axiale de la chambre secondaire communique avec un canal d'évacuation du gaz de synthèse contenant des éléments d'absorption dechaleur pour le refroidissement des gaz de réaction.
Les brûleurs destinés à 1-introduction du courant d'oxygène, de vapeur d'eau et de charbon.. sont disposés de préférence en des points espacés le long dune circonférence en traversant la partie conique du plafond de la chambre de réaction primaire.
Ce plafond peut former une espèce de parapluie pour les brûleurs, et empêche les scories sécoulant le long des parois de gêner le fonctionnement des brûleurs. Les brûleurs sont disposés de telle manière que les courants de combustible ne frappent pas les parois de la chambre. A cet effet, ils sont dirigés de préférence suivant une direction à peu près tangentielle, par rapport à la chambre primaires et vers le bas c'est-à-dire vers l' ouverture d'évacuation des scories. Il en résulte une flamme chaude balayant la zone voisine de cette ouverture d'évacuation des scories,,, ce qui facilite le maintien d'une zone locale de haute température au voisinage de cette ouverture ces températures se trouvant au-dessus de la température de fusion des scories.
D9autres dispositions des brûleurs peuvent être prévues pour assurer 1-'obtention de la gamme locale de températures élevées envisagée. Par exemple l'extrémité inférieure de la chambre primaire peut s'évaser, les brûleurs étant dirigés vers le bas, c'est-à-dire vers la base de la chambre couverte de scories qui dirige à nouveau les gaz vers le hauts c'est-à-dire vers la sortie des gaz.
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Le reste de la vapeur d'eau de réaction nécessaire est intro- duit de préférence par des lumières ménagées en des points répartis sur une circonférence entre les brûleurs dans une zone disposée en avant de la sortie des gaz et au niveau général des débouchés des brûleurs. Ces lumiè- res d'intruduction de vapeur d'eau font passer des jets de vapeur d'eau au travers du courant montant de produits gazeux de la combustion et suivant une inclinaison dirigée vers le haut.
La vapeur d'eau ajoutée se mélange complètement au courant de produits de combustion à mesure que le mélange traverse l'étranglement de sortie des gaz, de telle sorte que l'on obtient dans l'étranglement et dans la chambre de réaction secondaire un contact d'intensité et de durée voulues entre les constituants de la réaction, ce qui accroit l'efficacité du procédé de gazéification.
Une caractéristique de l'invention est constituée par la cons- truction même du brûleur,, qui est dessiné de manière à mélanger complète- -ment la vapeur d'eau, l'oxygène et le charbon sans que ce dernier puisse adhérer à des surfaces chaudes.
On introduit le charbon par l'intermédiaire d'une canalisation de dimensions relativement considérables, présentant un étranglement en forme de venturi près de son extrémité de sortie.
On refoule l'oxygène et la vapeur d'eau dans le tuyau d'amenée de charbon au moyen de conduits concentriques traversant la paroi de la canalisation d'amenée du charbon et se terminant, par des ajutages évasés immédiate- ment devant l'étranglement du brûleur en forme de venturi. Le conduit d'oxy- gène entoure le conduit de vapeur d'eau de telle manière que la chaleur soit appliquée à l'oxygène., et que l'oxygène relativement froid soit interposé entre le courant de charbon et le courant chaud de vapeur d'eau. Ceci em- pêche toute adhérence du charbon sur des parois chaudes. Les trois consti- tuants sont intimement mélangés dans l'étranglement du venturi et le mé- lange quitte ledit étranglement à une vitesse élevée. Une chemise de re- froidissement entoure l'extrémité de sortie de la canalisation d'amenée du charbon.
L'étranglement du venturi du brûleur rend possible l'alimentation en charbon du brûleur sous pression atmosphérique pour assurer son entrai- nement dans l'oxygène et la vapeur d'eau, et son refoulement par la sortie du brûleur, même dans le cas d'une chambre àoumise aune.pression supérieure à la pression atmosphérique,
Pour mieux comprendre les principes de l'invention, on va se référer à la description d'un mode d'exécution typique tel qu'il est repré- senté aux dessins ci-joints. Sur ces dessins:
La Fige 1 est une coupe axiale d'un appareil de.gazéification du charbon conforme à l'invention.
La Fig. 2 est une coupe diamétrale suivant la ligne 2-2 de la
Fig. 1.
La Fig. 3 est une vue en élévation à plus grande échelle, par- tiellement en coupe. d'un brûleur conforme à l'invention., alimenté en oxy- gène en vapeur d'eau et en charbon pulvérisé.
Sur la Fig. 1, la chambre de combustion primaire et la chambre de réaction secondaire ainsi qu'une partie du dispositif de refroidissement du gaz de synthèse sont disposées à l'intérieur d'une enveloppe métallique . sensiblement cylindrique 10, dont la paroi intérieure 11 en forme de trémie converge vers un col cylindrique 12l'extrémité supérieure de l'enveloppe étant fermée par une plaque annulaire plane 13.
Les scories sortant de la tubulure d'évacuation des scories tombent dans l'eau 14 contenue dans un prolongement cylindrique 15 coaxial de l'enveloppe 10 formant caisson à cendres. Un prolongement supérieur 16 de l'enveloppe est prévu pour recevoir le dispositif de refroidissement du gaz qui est montée de préférence., coaxialement par rapport à la plaque annulaire 13.
Le prolongement 16 présente une ouverture latérale 17 comportant une bride
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destinée à recevoir la bride de la tubulure d'extraction du gaz 18, cette dernière tubulure étant reliée à une canalisation 19 conduisant le gaz vers un point d'emmagasinage ou d'utilisation.
La surface interne de l'enveloppe 10 est garnie d'assises superposées annulaires de briques réfractaires 21, sur la plus grande partie de sa longueur. Cette garniture isolante réfractaire 21 est à son tour garnie dassises annulaires de briques à feu, comme représenté en 22 et en 23.
Ces assises de briques à feu 22 et 23 sont montées de préférence de telle manière que l'on puisse les déplacer facilement et les remplacer lorsque ces briques à feu ont été soumises à érosion, sans démonter pour cela le reste du dispositif. Au voisinage du fond en forme de trémie 11, les assises de briques à feu sétendent vers l'intérieur comme représenté en 24, tandis qu'une assise annulaire 26 de briques à feu entoure l'ouverture inférieure servant à l'évacuation des scories.. 25, cette assise 26 reposant à peu près entièrement sur les couches de briques à feu 27 et 28.
L'ensemble des briques à feu 26, 27 et 28 est encastré dans le fond de l' enveloppe 10 de manière à permettre l'enlèvement du caisson à cendres 15. sans que cela dérange l'assemblage des briques à feu. La partie supérieure du prolongement tubulaire inférieur 15 est garnie d'assises superposées de briques à feu 31 reposant sur la bride radiale intérieure 32, et cette partie supérieure comporte encore un niveau d'eau 30, ainsi que des ouvertures 33, 34. L'ouverture 33 agit comme dérivation pour les gaz en facilitant le maintien à l'état ouvert de la sortie prévue pour les scories, tandis que l'ouverture 34 sert à l'enlèvement périodique des scories recueillies dans le caisson à cendres 15.
L'enveloppe 10 repose sur un dispositif approprié constitué par les montants 36 et les traverses 37 venant en prise avec les éléments de construction fixés à l'enveloppe 10.
Ces éléments portent également une plaque annulaire 41 pénétrant dans l'enveloppe et servant d'ancrage portant les assises supérieures de briques isolantes 21 ainsi que les assises de briques à feu délimitant une sortie ou étranglement d'évacuation des gaz 45. Ce support indépendant des assises supérieures est prévu parce que les assises inférieures de briques à feu sont celles-qui sont le plus soumises à l'érosion provoquée par les scories et qui,, par suiteexigent un remplacement plus fréquent que les assises supérieures. En prévoyant un support indépendant pour les assises supérieures, il est possible de remplacer les assises inférieures de briques à feu sans toucher aux assises supérieures.
L'étranglement 45 forme une voûte ou partie annulaire 42 dirigée vers l'intérieur et associée aux assises de briques à feu 43 et 44, la voûte 42 étant ancrée dans la garniture isolante 21 pour,porter la plaque 41. Le mélange de charbon pulvérisés d'oxygène et de vapeur d'eau est amené à la chambre primaire 40 par des brûleurs désignés par la référence 50 et traversant la voûte 42.
Une série de brûleurs est prévue le long de la périphérie de la chambre primaire,, ces brûleurs écartés l'un de l'autre dans le sens périphérique étant orientés de manière à décharger les courants de combustible de préférence à peu près suivant une tangente à la chambre de réaction primaire en se dirigeant vers le bas, c'est-à-dire vers l' ouverture d'évacuation des scories en 25. On remarquera que les brûleurs 50 s'étendent vers le bas en traversant la voûte ou assise annulaire 42. de telle sorte que le toit ou espèce de parapluie constitué par cette voûte protège les brûleurs contre les scories s'écoulant le long des parois de la chambre et pouvant gêner le fonctionnement des brûleurs.
Un peu au-dessus des extrémités intérieures du brûleur 50, des éléments de garniture réfractaire moulés 46 et 47 sont prévus pour recevoir les lumières d'admission de vapeur d'eau 55 alimentées par un collecteur annulaire 56. Ces lumières 55 sont disposées le long de la périphérie de la chambre de réaction primaire et en des points'de cette
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périphérie correspondant à des intervalles entre les brûleurs 50. On remar- quera que les lumières d'admission de vapeur d'eau sont dirigées légèrement vers le haut. Bien qu'on ait représenté les lumières 55 au-dessous des brû- leurs 50, ceci n'a été indiqué qu'à titre d'exemple.
Dans le cas le plus général, les lumières d'admission de vapeur d'eau sont disposées dans la zone des embouchures des ajutages des brûleurs et en avant de l'étranglement 45 et non nécessairement à un niveau inférieur à celui des ajutages des brûleurs comme représenté.
Au-dessus de l'assise supérieure de briques 21 et 22, l'enveloppe 10 referme une pièce annulaire réfractaire moulée 57 disposée coaxialement par rapport au prolongement supérieur 16. Les éléments de voûte 58 et 59 définissent un prolon- gement vers le bas de l'orifice cylindrique prévu pour les gaz et ils sont mon- tés d'une manière appropriée, par exemple par l'intermédiaire de pattes soudées, à la spire inférieure d'un serpentin 60 garnissant la surface périphérique in- terne de la pièce annulaire moulée 57 et des voûtes 58 et 59. La longueur du serpentin 60, le volume de la pièce moulée 57 et la position des voûtes 58 et
59 sont réglables de manière à permettre une modification du volume de la cham- bre 65 en vue d'obtenir les résultats optima dans la réaction produisant le gaz de synthèse.
Par exemple si un volume de chambre supérieur est désiré, les spires inférieures du serpentin 60 peuvent être supprimées, les assises 22 et 58 se prolongeant vers le haut, tandis que l'on réduit la longueur de la pièce réfractaire 57 ou qu'on la supprime. De même, on peut modifier le volume de la chambre en supprimant la pièce moulée 57 et en abaissant l' anneau 13 jusque sur l'assise 58.
Le serpentin 60 et un faisceau de tubes 61 suspendu à l'inté- rieur de ce serpentin pour lui être associée reçoivent de l'eau de manière que l'on puisse satisfaire aux nécessités d'alimentation en vapeur d'eau pour la réaction donnant lieu à la production de gaz de synthèse, cette vapeur d'eau étant obtenue grâce à l'absorption de la chaleur du gaz de synthèse sortant de la chambre de réaction secondaire 65. L'extrémité supérieure du prolongement 16 est garnie au moyen d'assises de briques isolantes 62, et l'ouverture 18 est garnie d'assises de briques isolantes 63.
Une plaque à garniture réfractaire 64 ferme l'extrémité extérieure du prolongement 16 et peut être remplacée par une bague annulaire re- liée à une soupape de sûreté appropriée o
La figure 3 représente un mode d'exécution typique du brûleur 50, comportant une canalisation d'amenée de charbon 66, de forme sensiblement cylindrique sur la plus grande partie de sa longueur. Vers son extrémité extérieure, la canalisation 66 présente une section droite réduite pour former un venturi de sortie dont l'étranglement 67 est suivi d'un ajutage divergent 68. Une chemise de refroidissement 71 entoure l'étranglement 67 et l'ajutage 68 et comporte des tubulures d'admission et d'évacuation du fluide refroidisseur en 72 et en 73.
On introduit l'oxygène dans la canalisation 66 juste en avant de l'étranglement 67, par l'intermédiaire d'un ajutage 74 formé à l'extrémité extérieure d'un conduit présentant un prolongement latéral 76 traversant la paroi de la canalisation 66 et alimenté en oxygène par le conduit 77. Un deuxième ajutage 78 est disposé concentriquement à l'intérieur de l'ajutage 74, son extrémité extérieure se trouvant en retrait par rapport à l'extrémité extérieure de l'ajutage 74. L'ajutage 78 forme un prolongement du conduit 79 traversant la paroi terminale 81 de la canalisation 76.
On introduit de la vapeur d'eau par le conduit intérieur 79 et de l'oxygène par le conduit extérieur 76, de telle sorte que le charbon pulvérisé refoulé par la canalisation 76 est maintenu hors de contact par rapport au conduit de vapeur d'eau chaude, par le conduit et l'ajutage extérieure amenant l'oxygène relativement plus froid.
La vapeur d'eau et l'oxygène se mélangent en traversant l' étranglement 67 et entraînent le combustible pulvérulent, de telle sorte
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que le mélange sort par l'extrémité de lajutage 68.
Le charbon peut être fourni à la canalisation 66, sous la pression atmosphérique et en raison de Inaction de l'orifice de sortie en forme de venturi, il est projeté dans la chambre 40 à 1 encontre de la pression régnant dans cette chambre,,, même si elle est au-dessus de la pression atmosphérique
Pour l'exécution du procédé, les brûleurs 50 fournissent du combustible solide ou du charbon à l'état pulvérulente suspendu dans des courants fluides d'oxygène à peu près pur, en quantités inférieures à celles requises pour la combustion complète du combustible et d'au moins une partie de la vapeur d'eau nécessaire à la réaction de synthèse.
Comme il a été dit,,, le combustible pulvérulent est refoulé par la canalisation 66, et il est entraîné dans le courant d'oxygène sortant de l'ajutage 74 et de vapeur d'eau sortant de l'ajutage 78, l'entraînement se produisant dans l' étranglement 67. Dans un exemple typiquela vapeur d'eau est maintenue à 760 C et l'oxygène à 205 . La vapeur d'eau et l'oxygène sortant des ajutages 74 et 78 peuvent sécouler à une vitesse de 7,5 mètres par seconde.
Si la canalisation 66 présente un diamètre intérieur de 15 centimètres. l'étranglement 67 ayant un diamètre de 12,5 cm. tandis que l'ajutage 68 présente un angle d'évasement de 20 , la vitesse moyenne du courant oxygène-vapeur d'eau et charbon quittant les brûleurs 50 est de 40 m. par seconde.
Le mélange est allumé de toute manière appropriée et les particules de combustible sont brûlées pendant qu'elles sont en suspension dans des courants fluides dirigés de préférence à peu près suivant une tangente à la chambre de combustion primaire 40 en même temps que vers @@@ et ver@ le bas et vers l'ouverture d'évacuation des scories en 25 afin de maintenir dans la partie inférieure de la chambre 40 une vitesse de combustion du combustible suffisante pour maintenir une température moyenne de chambre normale, qui se trouve., au voisinage de la sortie des scories au-dessus de la température de fusion des cendres du combustible.
La partie fusible des scories demeure ainsi fluide et sort par l'ouverture d'évacuation des scories 25 pour tomber dans l'eau du caisson 15 d'où l'on peut retirer l'eau et les scories qui ont subi la fusion de toute manière appropriée,soit d'une manière continue,soit périodiquement.Bien que l'on ait représenté à titre d'exemple un dispositif de brûleur dirigé à peu prè@ tangentiellement, on peut utiliser d'autres dispositifs de brûleurs. En tous cas, il est avantageux que les courants de combustible ne viennent pas frapper les parois de la chambre garnie de matières réfractaires.
Une variante typique consisterait à évaser l'extrémité intérieure de la chambre 40 et à diriger les brûleurs directement vers le bas pour leur faire traverser la paroi évasée et les diriger vers le fond du four recouvert de scories autour de la sortie 25 servant à l'évacuation de ces dernières. Les courants venant frapper le fond seront amenés à retourner vers le haut en traversant la partie centrale de la chambre.
Le courant résultant de produits gazeux de la combustion et toutes les particules de combustible non brûlées ou partiellement brûlées s'élèvent vers la sortie étranglée 45.Si l'on a introduit une partie seulement de la vapeur d'eau nécessaire à la réaction par les brûleurs 50, le courant ascendant reçoit juste avant d'atteindre l'ouverture 45, le reste de la vapeur d'eau nécessaire à la réaction qui se mélange intimement à lui,, cette vapeur d'eau provenant des lumières 55. de telle sorte qu'un mélange parfait des constituants de la réaction à haute température et de la vapeur d'eau supplémentaire s'effectue dans l'étranglement 45.
L'étranglement 45, en plus de son rôle de mélangeur,. accroît la vitesse du courant qui le traverse,, ce qui produit un obstacle à grande vitesse au retour des gaz qui ont subi partiellement ou complètement la réaction, en les empêchant de revenir dans la chambre primaire 40 comprenant une zone de réaction nettement exothermique,
Le courant de constituants de la réaction se trouvant à une
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température comprise dans la gamme optima des températures de réaction ou au-dessus de cette gammesort de l'étranglement 45 pour pénétrer dans la chambre de réaction secondaire 65 formant une zone de réaction fortement endothermique,,, dans laquelle se termine la réaction produisant le gaz de synthèseo Ce gaz de synthèse est constitué d'une manière prédominante par
GO + H2,
mais il peut contenir environ 15% de CO2, environ 2% de CET et une petite quantité d'azote,, ces proportions et les analyses variant quel- que peu avec l'analyse du charbon et le caractère plus ou moins complet de la gazéification du charbon.
L'étranglement 45 peut être suivi par une zone de détente comme représenté, aboutissant dans la chambre secondaire 65.
Une telle zone de détente permet d'empêcher le tourbillonnement du gaz ayant subi complètement la réaction et son entrée dans le courant à haute vitesse sortant de l'étranglement 45. En quittant la chambre de réaction secondaire 65, le gaz de synthèse est refroidi rapidement et est stabilisé grâce à son passage sur le serpentin 60 disposé le long de la paroi et sur le faisceau de tubes suspendus 61 de telle manière que le gaz traversant la sortie 18 pour pénétrer dans le conduit 19 se trouve à une température d'environ 205 .
La température dans la chambre de combustion primaire 40, plus particulièrement au voisinage de l'ouverture d'évacuation des scories 25 est maintenue au-dessus de la température de fusion des scories, de telle sorte que ces dernières demeurent continuellement à l'état fondu et peuvent être retirées en pratique. mais la température dans l'ensemble de la chambre doit être maintenue au-dessous d'un niveau susceptible d' endommager sérieusement la garniture réfractaire. Une autre nécessité consiste en ce que la température du courant de constituants de la réaction sortant de la chambre primaire doit être suffisamment au-dessus de la gamme des températures optima pour que les constituants de la réaction demeurent dans cette gamme optima facilement la réaction pendant une durée suffisamment longue pour assurer la terminaison de la réaction.
Le réglage des conditions de température de la zone primaire est facilité par la subdivision du processus en deux étages. ce qui permet de fournir une fraction quelconque de la vapeur d'eau nécessaire avec l'oxygène et le combustible en ajoutant la vapeur d'eau supplémentaire nécessaire par les lumières 55 en avant de l'orifice de sortie étranglé 45. Cette température étant ainsi réglée à un niveau au-dessus de la température de fusion des scories, assure de plus l'état de fusion des scories jusqu'à l'évacuation de ces dernières par l'ouverture 25ce qui supprime la nécessité de brûleurs supplémentaires ou d'autres dispositifs de chauffage supplémentaires au voisinage de l'évacuation des scories,. et assure la continuité du procédé de production de gaz sans interruption pour l'évacuation des scories.
Le procédé conforme à l'invention ne permet pas seulement une telle continuité de fonctionnement, et d'évacuation des scories à l'état fondu,, mais i@ assure également une utilisation plus complète du carbone que les procédés actuel? de gazéification d'une suspension de charbon. L' élimination des scorie, peut @tre également réglée par remise en circuit d' une fraction des gaz sortants vers le courant de gaz pénétrant dans la chambre 65. De plus, les surfaces de refroidissement du serpentin 60 et des tubes 61 servent de surfaces collectrices pour les cendres contenues dans les gaz sortant de la chambre 65 et en particulier pour les cendres et les scories dans le stade de transition entre l'état fluide et l'état sec cendreux.
Les scories s'accumulant sur les surfaces de refroidissement peuvent être évacuées par tous procédés ou par tous moyens généralement utilisés dans la technique de la production de vapeur d'eau.
Bien que l'appareil représenté soit destiné à fonctionner sous la pression atmosphérique. il peut également fonctionner sous une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique.