CA1212898A - Procede et installation de gazefication souterraine de charbon - Google Patents

Procede et installation de gazefication souterraine de charbon

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Abstract

L'invention concerne la gazéification du charbon. On produit in situ un jet d'oxygène à dard entrant en impact avec le charbon avec une enveloppe de vapeur d'eau. Le gaz combustible est extrait en un courant s'écoulant à contrecourant du jet d'oxygène et est ramené à la surface au travers du même forage qui a servi à l'arrivée d'oxygène. Application à la gazéification souterraine et in situ du charbon.

Description

L'invention concerne un procédé de gazéification souterraine de charbon, selon lequel on conduit au travers d'un forage un agent gazéificateur, que lton projette in situ en direction d'une veine de charbon, où l'on extrait un gaz combustible résultant d'une combustion incomplète dudit charbon, que l'on conduit à la surface en un courant s'écoulant à contre-courant et autour du jet d'agent gazéificateur et qui est conduit à la surface au travers dudit forage. On sait qu'on assure ainsi la formation de gaz combustible comprenant généralement au moins du monoxyde de carbone, et des quantités très variables de méthane. L'intéret de ce procédé est de ntutiliser qu'un seul forage pour les produits admis et le combustible soutiré, mais le probleme posé est celui d t éviter toute réaction complémentaire de combustion entre l'agent gazéificateur et le gaz comhustible résultant de la combustion incomplète et, à cet effet, on a été amené soit à faire avancer en permanence la tete délivrant l'agent gazéificateur jusqu'à
parvenir à proximité immédiate du front de charbon où
s'effectue la combustion, ce qui présente des inconvénients de commande et de choc thermique, soit à diluer 17 agent gazéifi-cateur dans des capsules de protection projetées circulant par gravité vers le front de combustion.
La présente invention a pour but de simplifier les moyens mis en oeuvre pour assurer la gazéification in situ du charbon, notamment localisée à très grande profondeur, en simplifiant considérablement les moyens mis en oeuvre et en assurant un contrôle précis du phénomène de comhustion incomplète.
Selon l'invention, le jet d'agent gazéificateur est un jet gazeux et l'on émet une nappe annulaire d'un fluide d'isolement entre ledit jet d'agent gazéificateur et ledit courant de gaz combustible s'écoulant à co-courant dudit jet d'agent gazéificateur.
De préférence le fluide d0 la nappe annulaire est de l'eau, le cas échéant, sous forme de vapeur d'eau. De la sorte, grâce a l'isolement du jet gazéificateur, on peut assurer une distance importante entre la tête délivrant l'agent gazéificateur et le front de combustion, tout en évitant toute réaction complémentaire de combustion complète.
De plus, on peut, par des moyens de mesures appropriés, contrôler par~aitement la zone de combustion incomplète et donc obtenir un gaz de qualité constante.
L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé.
L'invention concerne un procédé de gazéification souterraine de charbon~ selon lequel on conduit au travers d'un forage un agent gazéificateur, que l'on projette in si~u sous forme d'un jet gazeux en direction d'une veine de charbon, et l'on extrait un gaz combustible résultant d'une combustion incomplète du charbon, que l'on conduit à la surface en un courant s'~coulant à contre-courant et autour du jet d'agent gazéificateur et qui est conduit a la surface au travers du forage, caractérisé en ce qu'on envoie autour du jet d'agent gazéificateur, à co-courant de celui-ci, une nappe annulaire d'un fluide d'isolement destinée à séparer le jet et le courant de gaz combustible.
L'invention concerne aussi une installation pour la gazéification souterraine du charbon, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, comprenant une première tubulure s'étendant au travers d'un forage jusqu'au niveau d'une veine de charbon et à l'extrémité de cette tubulure une buse déplaçable adaptée à former un jet gazeux directif de fluide gazéificateur. L'installation selon l'invention est 3l2~

caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une seconde tubu-lure s'étendant dans le forage jus~u'à la buse de formation du jet directif de fluide gaz~ificateur et adaptée a former autour du jet d'agent gazéificateur, à co-courant de celui-ci, une nappe annulaire d'un fluide d'isolement.
L'invention sera maintenant décrite ~ titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 est une vue schématique à l'endroit de la zone de combustion incomplète;
- la figure 2 est une vue schématique du forage;
- la figure 3 est une vue schématique à échelle agrandie de l'extrémité du conduit aboutissant à la buse d'injection, - la figure 4 est une vue schématique du mode opératoire;
- la figure 5 est une vue s~hématique d'une variante de buse;
- la figure 6 est une vue en coupe axiale de la figure 5.
En se référant aux figures 1 et 2, on voit qu'une buse 1 ~ l'extrémité d'une conduite 2 placée dans un forage 3 s'étendant depuis la surface 4 jusqu'~ une veine de charbon 5 se présente dans une zone médiane de la veine de charbon 5.
Cette buse 1 est constituée d'une tuyère de préférence supersonique 10 de forme convergente divergente et d'une conduite co-axiale 11 qui est raccordée d'ailleurs ~ la tubulure 2 qui se présente sous la forme d'une double tubulure, l'une centrale raccordée à la conduite centrale de buse 10, l'autre co-axiale raccordée aux conduits co-axiaux de buse 11, la conduite axiale de buse 10 est alimentée en oxyg~ne sous pression, tandis que les conduits annulaires 11 sont alimentés en vapeur d'eau sous pression.
La buse 1 opère de la façon suivante: par sonorifice calibré 20, un jet d'oxygène concentré et directif 21 de forme allongée et à vitesse supersonique présente un dard 22 dont l!extrémité entre en impact avec le charbon, tandis que la vapeur d'eau s'écoule autour du jet 21 en un rideau annulaire 30 qui s'étend au moins sur une large partie de l'extension du jet directif 21. L'oxygène, à l'endroit de l'impact, provoque la combustion incomplète du charbon. Un courant annulaire de gaz combustible 23 à haute température remonte selon les flèches FF' autour de l'ensemble jet d'oxygène-rideau de vapeur d'eau. Au cours de son trajet, le gaz se refroidit au contact de la couche de charbon et de la vapeur d'eau; les réactions chimiques qui en résultent augmentent fortement son pouvoir calorifique. Ce gaz combustible est pris en charge au pied du forage par une seconde conduite annulaire 6 formée d'une enveloppe 7 entourant à distance la conduite tubulaire double 2. On note que la vapeur d'eau constitue non seulement un élément actif dans la combustion incomplète, mais également assure un role décisif pour éviter le contact entre le gaz combustible et le dard d'oxygène, sans ce rideau de vapeur d'eau, ou autre moyen de séparation, le gaz combustible s'oxyderait lors de ce parcours au niveau de l'oxygène, ce qùi, bien entendu, rendrait impossible la gazéification partielle recherchée. Cela est d'autant plus vrai que le jet directif d'oxygène 21 peut avoir une très grande extension dans le sens axial, puisque la distance entre le dard 22 et la buse 1 peut etre de plusieurs dizaines de mètres.

En pratique, comme indiqué à la figure 3, la buse composite d'oxygène et de vapeur d'eau est placée en bout d'une tubulure double 2 qui présente deux sections successives 40 et 41 ayant chacune un coude à angle droit 42 et 43, ces deux sections 40 et 41 étant raccordées par deux joints tournants 44 et 45. En pratique, on opère de la façon suivante:
On procède au forage comme indiqué à la figure 2 jusqu'à parvenir à la veine de charbon 5 et à ce moment, on introduit les tubulures 2 et 6 en équipant la tubulure 2 du dispositif à joints tournants représenté à la figure 3. Dans cette position, les sections coudées 40 et 41 sont mises en alignement et l'on procède à la première étape de combustion partielle qui consiste à partir du niveau du sol, a accroltre la longueur de la tubulure ~ pour se déplacer le long d'une zone médiane de la veine 5, la buse de tete 11 provoquant par combustion incomplète une galerie de mine 50, qui est une sorte de forage "à l'oxygene" dans le plan de la veine de charbon et ce forage peut atteindre plusieurs centaines de mètres. Cette opération s'effectue par adjonction de tubulures au niveau du sol et correction permanente de la direction d'avancée par contr~ole de la zone de combustion grace à un thermomètre optique 51 (figure 1) solidaire de la buse 11 et qui permet de vérifier si l'impact du jet d'oxygène se produit bien sur la couche de charbon. Une fois la galerie de mine 50 formée, on procède à des opérations de combustion latérale (figure 4) le long de cette galerie en réorientant les parties de conduites 40 et 41 de fa,con à diriger la buse 11 dans l'extension transversale la plus importante de la veine de charbon 51 et l'on procède ensuite à des combustions incompletes dans des plans transversaux perpendiculaires à la
2~

galerie de mine 50, assurant ainsi soit des cavités de combustion 52, 53, 54 et 52', 53', 54' décalées les unes des autres ou, le cas échéant, une large cavité qui s'étend de part et d'autre de la galerie de mine 50~
Cette opération de combustion incomplète qui s'effectue à l'intérieur de la masse de charbon, qui n'a subi aucune préparation aléatoire telle une fracturation peut donc etre conduite avec les plus grandes chances de succès, étant donné que cette masse de charbon présente alors une uniformité
massique qui rend la combustion incomplète reproductible d'un endroit à l'autre. On note en outre, que l'appareil de contrôle optique 51 permet par des opérations de combustion orientées latéralement, de vérifier ~ue l'on se situe toujours dans une position médiane de la veine de charbon, car cet appareil de controle 51 permet de détecter immédiatement toute baisse de température lorsque le dard 22 du jet directif d'oxygène 21 rencontre la roche.
On note que l'invention peut etre mise en oeuvre sous dif~érentes formes dont certaines sont énumérées à
titre d'exemples:
- On a vu qu'un des roles de la vapeur d'eau était d'isoler le jet d'oxygène des gaz résultant de la combustion incomplète. Ce rôle peut aussi etre assuré par un gaz neutre, comme le gaz carbonique.
- Au lieu d'opérer par une injection continue d'oxygène avec une enveloppe gazeuse d'isolement, on peut également opérer par des successions d'injections d'oxygène, puis d'hydrogène et dans ce cas il n'est plus nécessaire d'assurer une protection gazeuse du jet d'hydrogène actif.
- On peut également mettre en oeuvre une injection 8'~8 plus complexe comprenant un jet central d'oxygène, enveloppé
d'un jet annulaire intermédiaire de vapeur d'eau, ou de gaz carbonique, et d'un jet annulaire périphérique d'hydrogène ou de vapeur d'eau (notamment si le jet intermédiaire est autre que de la vapeur d'eau), comme représenté aux figures 5 et 6, où l'on voit un débouché de buse supersonique 61 pour l'oxygène, une couronne annulaire de débouché 62 pour de la vapeur d'eau, ou de l'eau, circulant à grande vitesse, et une fente annulaire 63 pour de la vapeur d'eau en écoulement laminaire.

Claims (16)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:
1. Procédé de gazéification souterraine de charbon, selon lequel on conduit au travers d'un forage un agent gazéi-ficateur, que l'on projette in situ sous forme d'un jet gazeux en direction d'une veine de charbon, et l'on extrait un gaz combustible résultant d'une combustion incomplète dudit charbon, que l'on conduit à la surface en un courant s'écoulant à contre-courant et autour du jet d'agent gazéificateur et qui est conduit à la surface au travers dudit forage, caractérisé
en ce qu'on envoie autour dudit jet d'agent gazéificateur, à
co-courant de celui-ci, une nappe annulaire d'un fluide d'iso-lement destinée à séparer ledit jet et ledit courant de gaz combustible.
2. Procédé de gazéification souterraine de charbon selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide de la nappe annulaire est de l'eau.
3. Procédé de gazéification souterraine de charbon selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fluide de la nappe annulaire est de l'eau sous forme de vapeur d'eau.
4. Procédé de gazéification souterraine de charbon selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide de la nappe annulaire est un gaz neutre.
5. Procédé de gazéification souterraine de charbon selon la revendication 4, caractérisé en ce que le gaz neutre est du gaz carbonique.
6. Procédé de gazéification souterraine de charbon selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent gazéi-ficateur est de l'oxygène.
7. Procédé de gazéification souterraine de charbon selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'oxygène est périodiquement remplacé par de l'hydrogène.
8. Procédé de gazéification souterraine de charbon selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on injecte un second gaz à la périphérie extérieure de ladite nappe annulaire de fluide d'isolement.
9. Procédé de gazéification souterraine de charbon selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on injecte un second gaz choisi dans le groupe constitué par la vapeur d'eau, le gaz carbonique et l'hydrogène à la péri-phérie extérieure de ladite nappe annulaire de fluide d'isole-ment.
10. Procédé de gazéification souterraine du charbon selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on effectue d'abord une telle opération initiale de gazéification en ligne pour former une galerie de mine à extension médiane dans la veine de charbon, et en ce qu'on effectue ensuite successivement une pluralité d'opérations de gazéification latérales s'étageant le long et de part et d'autre de ladite galerie de mine.
11. Procédé de gazéification souterraine de charbon selon la revendication 3, caractérisé en ce que la nappe de vapeur d'eau résulte de la vaporisation d'eau injectée en tête de forage, s'échauffant par échange thermique avec le gaz combustible remontant à la surface.
12. Installation pour la gazéification souterraine du charbon, comprenant une première tubulure s'étendant au travers d'un forage jusqu'au niveau d'une veine de charbon et à l'extrémité de cette tubulure une buse déplaçable adaptée à
former un jet gazeux directif de fluide gazéificateur, carac-térisée en ce qu'elle comprend en outre une seconde tubulure s'étendant dans ledit forage jusqu'à la buse de formation du jet directif de fluide gazéificateur et adaptée à former autour dudit jet d'agent gazéificateur, à co-courant de celui-ci, une nappe annulaire d'un fluide d'isolement, des moyens d'allongement des deux tubulures et des moyens permettant de contrôler la direction d'avancée de ladite buse afin de s'assurer que cette dernière produit un impact sur la veine de charbon.
13. Installation pour la gazéification souterraine du charbon selon la revendication 12, où la buse est équipée de moyens de coulissement axial, caractérisée en ce que la buse est agencée en bout d'un double joint tournant.
14. Installation selon la revendication 12, carac-térisée en ce que la seconde tubulure est disposée coaxiale-ment à la première tubulure et à la buse.
15. Installation pour la gazéification souterraine du charbon selon la revendication 14, caractérisée en ce que la buse est du type à convergent-divergent axial.
16. Installation pour la gazéification souterraine du charbon selon la revendication 15, caractérisée en ce qu'elle comprend une troisième tubulure adaptée à injecter une seconde nappe de fluide d'isolement autour de la première nappe.
CA000404134A 1981-06-05 1982-05-31 Procede et installation de gazefication souterraine de charbon Expired CA1212898A (fr)

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