Procédé de gazéification de fines de combustibles solides. La gazéification de fines de combustibles solides, coke, anthracite, houille, lignite, etc., présente de grosses difficultés, car il faut avoir des couches suffisamment perméables et un contact assez bon entre les moyens de gazéifi cation et les fines. Orr a donc pensé depuis fort longtemps à traiter ces fines, soit telles quelles, soit après broyage préalable, en les maintenant en suspension dans un courant d'air pour la fabrication de gaz pauvre ou dans un courant de vapeur d'eau et d'oxygène pour la fabrication de gaz à l'eau.
Des réalisations très importantes de ce procédé ont été faites, mais n'ont pas donné les résultats escomptés, car le rendement en gaz utile était insuffisant et le gaz entraînait des quantités par trop con sidérables de poussières incomplètement brû lées et dont on ne savait que faire. Pour la fabrication de gaz à l'eau, on avait en outre l'inconvénient de très fortes consommations d'oxygène qui ont rendu le procédé peu écono mique. On a également essayé de fabriquer du gaz à l'eau à partir de combustibles solides pulvérisés en les agitant violemment dans un courant (le gaz à grande vitesse.
Les réalisations ont montré que ce principe permet une bonne gazéification, mais qu'on a de forts entraîne ments de poussières, une consommation d'oxy gène assez élevée, qu'il faut préchauffer forte ment les moyens de gazéification, vapeur et oxygène, et qu'il est nécessaire d'utiliser des appareils relativement compliqués et, par con- séquent, d'un prix d'achat, d'un entretien et d'une exploitation onéreux.
La présente invention permet de gazéifier des fines maintenues en suspension tout en remédiant aux inconvénients ci-dessus, et cela au moyen d'un appareil de construction relati= vement simple et robuste et consommant, pour une production donnée, des quantités réduites de combustible, d'oxygène et de vapeur; elle permet, en outre, une élimination presque com plète des poussières entraînées par le gaz.
L'invention a pour objet un procédé de gazéification de fines de combustibles solides, maintenues à l'état fluidisé dense par l'agent gazeux de gazéification, et caractérisé par l'emploi d'une chambre dont la zone de gazéifi cation présente une section allant en s'élargis sant de bas en haut, par le maintien dans cette zone d'une température telle qu'un début de ramollissement des cendres du combustible utilisé soit atteint et par l'utilisation de la chaleur sensible des gaz sortant de la zone de gazéification au réchauffage de l'agent de gazéification entrant clans cette zone.
La formation des poussières, lorsqu'on gazéifie en suspension des fines de combusti bles solides, est due à deux phénomènes a) les grains de combustible introduits dans le gazogène ont toutes les dimensions depuis les plus fines poussières jusqu'aux grains qui peu vent avoir, dans certains cas, plusieurs milli mètres. Dans ces conditions, si les grains les plus gros tombent au fond de l'appareil, les poussières sont entraînées sans avoir le temps d'être complètement gazéifiées; b) même en utilisant des grains de charbons uniformes, ceux-ci, au cours de la gazéification, s'allègent de plus en plus et finissent par être entraînés hors de l'appareil avant d'être complètement brûlés.
En outre, certains charbons très humides, s'ils sont chauffés brusquement, peuvent être brisés par l'évacuation trop rapide de la vapeur d'eau qu'ils contiennent.
Cet inconvénient est éliminé en opérant conformément à l'invention. On utilise avan tageusement un gazogène en forme de cône ou de pyramide, posé sur la pointe, en donnant à ce cône ou à cette pyramide des dimensions telles que le courant de gaz arrivant à sa partie inférieure soit suffisamment rapide pour mettre en suspension les grains de combustible les plus gros, mais qu'à la partie supérieure la vitesse du gaz soit suffisamment réduite pour ne pas entraîner des particules, même très fines, avant qu'elles soient complètement gazéi fiées. Le cône ou la pyramide peut être sur monté d'une zone à parois verticales servant de zone de dégagement des poussières entraî nées, puis terminé par un couvercle empêchant la chaleur du foyer de rayonner vers l'extérieur.
Dans ces conditions, on peut facilement attein dre dans toute la zone de gazéification une température telle (1100 à 1500 ) que les cen dres du combustible traité subissent un début de fusion. Comme dans l'appareil l'agitation des particules est très intense, il y a des chocs nombreux entre particules. Si celles-ci ont déjà atteint un stade de gazéification assez avancé pour comporter à leur extérieur une quantité suffisante de cendres ayant subi un début de fusion, elles se colleront l'une à l'autre, puis d'autres particules s'agglomérant encore à elles, elles finiront par former des grains de cendres de dimensions suffisantes pour tomber au fond de l'appareil, d'où il sera facile de les extraire par tout moyen approprié.
L'expérience montre que la chute des particules, grossissant len tement, sera lente et laissera tout le temps au carbone, qu'elles pourraient encore contenir, d'être gazéifié. Cette agglomération progressive des grains de cendres les plus fins permet l'emploi de vitesses de gaz relativement élevées (de 0,5 à 5 mlsec) sans qu'il y ait d'entraîne- ments. Il est à remarquer, que les parois de l'appareil étant plus froides que le centre de celui-ci, du fait du rayonnement vers l'exté rieur, rayonnement qui existe même si l'appareil est, comme il se doit, soigneusement calorifugé, les cendres n'auront pas tendance à.
coller sur le revêtement, car, quand les particules arri veront contre celui-ci, les cendres seront déjà solidifiées; d'autre part, l'action abrasive des particules non encore fortement gazéifiées, aura tendance à enlever ce qui aurait pu se coller sur ce revêtement. Il est d'ailleurs préférable de faire un revêtement très réfractaire, com pact et d'une composition chimique telle que les cendres n'aient pas tendance à y adhérer. On peut employer des briques à base de chro- mite, de carborundum, de mullite ou tout autre produit convenant aux cendres du charbon à utiliser.
Il faudra d'ailleurs régler la tempéra ture dans l'appareil en modifiant plus ou moins les quantités relatives de vapeur et d'oxygène introduites, en fonction du point de fusion commençante des cendres pour éviter tout risque d'agglomération sur les parois.
Si l'invention permet ainsi d'éliminer le gros inconvénient de la gazéification de fines de combustibles qu'est la formation de pous sières abondantes entraînées par les gaz avant gazéification complète, elle élimine également le deuxième inconvénient des consommations trop élevées et cela de la manière suivante: dans un gazogène, comme dans tout autre appareil traitant des poudres en suspension dans un courant de gaz, la température est égale, à quelques degrés près, dans toute l'en ceinte, ceci à cause du brassage extrêmement violent des particules. Dans ces conditions, le gaz sortant à une température élevée entraîne une grande quantité de chaleur qui est perdue pour l'opération.
Dans les gazogènes qui traitent du charbon en gros morceaux, en lit fixe, cette chaleur est, par contre, utilisée en grande partie à réchauffer le charbon entrant jusqu'à la température voulue. Dans le procédé selon l'invention, on utilise cette chaleur non pas au réchauffage du charbon, mais à celui des moyens de gazéification, air, oxygène et vapeur, oxygène et gaz carbonique, etc. Pour cela, le plus simple est de prévoir un échangeur placé directement à la sortie du gazogène, mais tout autre type d'échangeur ou de régé nérateur peut être employé.
Le fait que la température est égale et élevée dans toute l'enceinte de gazéification a d'ailleurs des avantages qui peuvent être importants dans certains cas: ainsi les grains de combustibles étant portés brutalement à haute température, ne peuvent s'agglomérer, même s'ils sont très cokéfiants, car ils ne pas sent pas par le stade de fusion pâteuse; comme, d'autre part, tous les gaz qui pourraient distiller au cours du chauffage du combustible sont soumis à une température très élevée, les goudrons et autres corps organiques complexes sont immédiatement décomposés en corps plus simples, hydrogène, oxyde de carbone, gaz carbonique et éventuellement un peu de méthane.
On pourra donc, sans inconvénients, utiliser des combustibles très jeunes, à condi tion naturellement de les introduire dans l'appa reil avec une teneur en eau telle qu'il ne soit pas impossible d'atteindre la température néces saire ou que les grains ne se brisent pas en très fines poussières par suite du départ trop brutal de cette eau. Cette teneur en eau maxi mum dépend du combustible utilisé et peut être fixée par de simples essais de laboratoire ou par calculs.
La fig. 1 du dessin annexé représente schématiquement un appareil pour la réalisa tion de l'invention.
Le combustible à l'état de fines 0-5 ou même 0 -10 n'a pas besoin d'être pulvérisé, il suffit, le cas échéant, de le sécher partiel lement. Ce combustible entre dans le gazogène par 1 au moyen d'un appareil convenable qui n'est pas représenté. Le combustible est main tenu en suspension dans le gazogène 2 au moyen d'un courant de gaz, air pour la fabri cation de gaz pauvre, oxygène et vapeur pour celle de gaz à l'eau, oxygène et gaz carbonique pour celle d'oxyde de carbone, arrivant par la tuyauterie 13. Les cendres qui tombent au fond du gazogène sont extraites par un organe 3 qui peut être de tout type convenable, mais doit être étanche pour empêcher les sorties du gaz avec tous les inconvénients qu'elles com porteraient.
A la sortie du gazogène, les gaz sont déviés par un écran 4 destiné principale ment à empêcher le rayonnement extérieur et à maintenir le plus de chaleur possible à l'intérieur du gazogène proprement dit 2. A la sortie du gazogène, les gaz passent dans un échangeur de chaleur en matériaux réfrac taires 5 dans lequel passent un ou plusieurs tuyaux 6 où circulent les moyens de gazéifi cation à réchauffer. Ces tuyaux, en métal réfractaire, par exemple acier à très haute teneur en chrome, suivent à contre-courant les méandres de l'échangeur formés par des chi canes 7.
La vitesse du gaz étant beaucoup plus élevée dans cet échangeur 5 qu'à la partie supérieure du gazogène 2, il ne devrait pas y avoir de dépôts de poussières dans l'échangeur 5, mais il faudra cependant y prévoir des portes de visite pour l'inspection, le montage et le démontage des tuyauteries d'échange de cha leur 6. Le gaz refroidi sortant de l'échangeur par le tuyau 8 passe encore dans une chau dière de récupération 9 puis va à l'utilisation par la tuyauterie 10. La vapeur nécessaire à la gazéification, lorsqu'on fabrique du gaz à l'eau, est en partie produite par la chaudière 9 et arrive par la tuyauterie 11, l'oxygène par la tuyauterie 12.
Il est préférable de faire le mélange des moyens de gazéification avant l'en trée dans l'échangeur, de manière que ce mélange soit ainsi aussi intime que possible à l'en trée dans le gazogène 2. IL est d'ailleurs bien évident que l'on pourrait remplacer la vapeur par du gaz carbonique pour obtenir un gaz à très haute teneur en oxyde de carbone au lieu d'obtenir du gaz à l'eau. De même, au lieu d'oxygène, on peut utiliser de l'air si. on veut fabriquer du gaz pauvre.
Le type d'échangeur de chaleur indiqué à la fig. 1 exige naturellement pour les tuyau teries l'emploi de métaux réfractaires spéciaux. De tels métaux ont été mis au point par la technique moderne et il faut rappeler d'ailleurs qu'ils doivent travailler, dans le cas particu lier, dans des conditions relativement fgçiles, car ils ne sont soumis qu'à des tensions méca niques extrêmement faibles. D'autre part, les moyens de gazéification étant à une pression légèrement supérieure à celle du gaz à l'eau, il n'y a pas à craindre de diffusion de l'hydro gène même à haute température.
Si l'appareil de gazéification 2 doit être maintenu entre 1100 et 1500 , dans la généralité des cas les moyens de gazéification sortant de l'échangeur pourront avoir une température de l'ordre de 900 à 1200 . Dans ces conditions, la consommation d'oxygène sera extrêmement réduite. Ainsi, en utilisant des fines de coke et un gazogène de dimensions convenables, on devrait consommer: carbone pur moins de 0,4 kg, oxygène moins de 0,2 Nm3, vapeur moins de 0,4 kg, pour un Nm de gaz à l'eau produit et comprenant: 3% de gaz carbonique, 64 % d'oxyde de car bone, 32% d'hydrogène et 1 % d'azote.
Il est évident que l'on pourrait introduire avec les moyens de gazéification du gaz formé surtout d'hydrocarbures qui seraient crackés aux températures envisagées et serviraient à augmenter la production de gaz à l'eau. Un tel mode de faire serait particulièrement inté ressant pour utiliser les gaz de queue de fabri cations qui, comme la synthèse des hydro carbures à partir d'oxyde de carbone et d'hydro gène, donnent comme sous-produits des quan tités importantes de gaz riches en hydrocarbures légers. L'introduction de ces hydrocarbures, préalablement chauffés dans un échangeur par ticulier au moyen d'une partie de la chaleur sensible du gaz fabriqué, pourra se faire soit séparément des moyens de gazéification, soit en même temps que ceux-ci, le mélange préa lable étant fait dans un brûleur convenable.
L'angle au sommet du cône ou de la pyra mide ne doit pas être trop grand, 20 à 40 étant une valeur convenable. Il faudra natu rellement due cet angle soit d'autant plus faible que le traitement auquel on veut ou doit sou mettre les grains les plus gros est plus lent. Pour débarrasser complètement les cendres agglomérées de leur charbon on peut prévoir d'introduire tout au fond du gazogène une petite quantité d'air, d'oxygène, d'oxygène et vapeur ou d'oxygène et gaz carbonique. Le type d'échangeur de chaleur de la fig. 1 pourrait être remplacé par d'autres types d'échangeurs. Un échangeur tubulaire convien drait bien et sur la fig. 2 on a prévu de trans mettre la chaleur du gaz sortant aux moyens de gazéification entrant par une circulation de billes réfractaires.
Sur cette figure, les chiffres 1, 2 et 3 ont la même signification que sur la figure précédente. Les gaz sortent du gazogène par la tuyauterie 20 et entrent clans la colonne 21 remplie de boules réfractaires (alumine, silico-alumineux, métaux réfractaires, etc.). Ces boules réfractaires d'environ 1 cm de dia mètre proviennent froides de l'entonnoir de chargement 22 par la tuyauterie 23. Le gaz refroidi au moins partiellement sort par la tuyauterie 24, la chaudière 34 et le ventila teur 26. Un manomètre 25 placé entre les tuyauteries 23 et 24 permet le réglage manuel ou automatique de la pression du gaz avant entrée dans la chaudière, de manière qu'il n'y ait ni sortie de gaz, ni rentrée d'air par \?2 et 23.
Les billes chaudes tombent, par la tuyau terie 27, qui peut. comporter un réchauffage auxiliaire non figuré ici, dans la colonne 28 où elles sont refroidies par les moyens de gazéification entrant et passant dans le gazo gène par la tuyauterie 19. La longueur de la tuyauterie 2 7 est suffisante pour qu'il n''y ait pas de passage des moyens de gazéification dans le gaz produit par ladite tuyauterie. Les billes, extraites de 28 par l'organe 31, sont remontées en 22 par un dispositif convenable 32. Pour la mise en route, le gazogène est muni d'une cheminée 33.
Avec les dispositions d'appareillage prévues ci-dessus, on peut fabriquer du gaz pauvre cri utilisant comme moyens de gazéification de l'air plus ou moins chargé en vapeur, du gaz à l'eau avec de la vapeur et de l'oxygène, de l'oxyde de carbone avec du gaz carbonique et de l'oxygène.