EP0395619A1 - Procédé de traitement et d'utilisation de produits de pyrolyse et de combustion provenant d'un gazéificateur et installation pour la mise en oeuvre de ce procédé - Google Patents

Procédé de traitement et d'utilisation de produits de pyrolyse et de combustion provenant d'un gazéificateur et installation pour la mise en oeuvre de ce procédé Download PDF

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EP0395619A1
EP0395619A1 EP90870061A EP90870061A EP0395619A1 EP 0395619 A1 EP0395619 A1 EP 0395619A1 EP 90870061 A EP90870061 A EP 90870061A EP 90870061 A EP90870061 A EP 90870061A EP 0395619 A1 EP0395619 A1 EP 0395619A1
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EP
European Patent Office
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particles
gasifier
fuel
fluidized bed
gas phase
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP90870061A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Etienne Denis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cockerill Mechanical Industries SA
Original Assignee
Cockerill Mechanical Industries SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Cockerill Mechanical Industries SA filed Critical Cockerill Mechanical Industries SA
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/54—Gasification of granular or pulverulent fuels by the Winkler technique, i.e. by fluidisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C10J3/482—Gasifiers with stationary fluidised bed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/02—Dust removal
    • C10K1/026—Dust removal by centrifugal forces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0946—Waste, e.g. MSW, tires, glass, tar sand, peat, paper, lignite, oil shale

Definitions

  • the subject of the present invention is a process for the treatment and use of the pyrolysis and combustion products obtained in a fluidized bed reactor or gasifier supplied with make-up air and loaded with biomass fuel or the like, constituted in particular by combustible residues from urban garbage and / or similar industrial waste, and composed of a gaseous phase escaping at the top of the fluidized bed and two solid phases, the first of which, consisting essentially of non-carbonated carbon particles and particles or inert dust coming from loads of cardboard, paper and other combustible waste, is, given the low density of said particles, dispersed in the aforementioned gas phase and entrained by the latter in its upward movement, while the second solid phase, formed by heavy residues, such as gravel, glass, etc ..., remains at the base of the fluidized bed from where it e can be evacuated by gravity.
  • the object of the invention is to provide a process for the treatment and use of said products which allows them to be used directly as fuel and to replace, for example, natural gas or fuel oil, in boilers or ovens, without significant transformation. of these.
  • This job is allowed thanks to a significant increase in the calorific value of said products compared to that of products generally from gasifiers using a fuel consisting of garbage or waste.
  • Said method further allows the use of said products without risk of formation of toxic products and without dispersion of dust.
  • said method consists, on the one hand, in separating from the gaseous phase charged with the above-mentioned first solid phase, at a temperature above which all the pyrolysis gases are in the form of vapor, the aforementioned inert particles and the carbon particles whose particle size is too high for them to ignite instantly in air and, on the other hand, to use the gas phase, rid of these particles by maintaining it at a temperature above 300 ° C, as fuel in an oven or boiler.
  • the gasifier is supplied with fuel by introducing the latter at the base of the fluidized bed and near the zone or zones for introducing make-up air supplied to said fluidized bed.
  • the fuel / make-up air weight ratio is between 1 and 1.5 for a fluidized bed volume between 0.5 and 1.5 m3 per tonne of fuel introduced per hour in the gasifier to obtain a carbon content of between 75 and 250 kg / m3 of bed volume, having observed that this carbon is an essential intermediate for chemical reactions.
  • the invention also relates to a simple and compact installation for the implementation of the above process.
  • said installation comprises at least one fluidized bed gasifier, a boiler or oven, powered by the gas phase freed from the aforementioned part of the first aforementioned solid phase, associated with the gasifier, a collector connecting the gasifier to the boiler and through which the aforementioned gas phase charged successively laden with the first aforementioned solid phase then the gas phase rid of said part of the first solid phase, at least one separator device interposed in the collector for separating the aforementioned particles from the gas phase, means associated with said device and arranged, on the one hand, to evacuate the inert particles and , on the other hand, to recycle in the fluidized bed carbon particles of too large particle size and separated from the gas phase in the aforementioned device and means provided for thermally insulating at least the collector and the separating device and arranged to maintain the gas phase charged with particles at a temperature above 300 ° C until entering the boiler or oven.
  • the process according to the invention and illustrated in the drawings is intended for the treatment and the use of the pyrolysis and combustion products obtained in a reactor 1 or fluidized bed gasifier supplied with air. make-up and loaded with biomass fuel or the like, consisting in particular of combustible residues from urban waste and / or similar industrial waste. These products are composed of a gas phase escaping from the top of the fluidized bed 2 and two solid phases.
  • the first of these phases which is essentially formed of non-carbonated carbon particles and inert particles or dust coming from cardboard, paper and other combustible waste loads, is, given the low density of said particles, dispersed in the aforementioned gas phase and driven by the latter in its upward movement, while the second phase, formed by heavy residues, such as gravel, glass, etc., is maintained at the base of the fluidized bed 2 from where it can be evacuated by gravity .
  • said method consists, on the one hand, in separating from the charged gaseous phase from the first solid phase aforementioned, at a temperature above which all of the pyrolysis gases are in the form of vapor, the above-mentioned inert particles and the carbon particles whose particle size is too high for them to ignite instantly in air and, d on the other hand, to use the gas phase, freed from these particles by maintaining it at a temperature above 300 ° C, as a single or additional fuel in an oven or a boiler.
  • the method according to the invention provides to supply the gasifier 1 with fuel by introducing it at the base of the fluidized bed 2 and near the introduction areas 3 make-up air which is supplied to this fluidized bed.
  • the CO2 and H gazO gases locally produced by combustion are reduced by residual carbon, also produced by this combustion to in turn form CO, H2 and CH4 while thus reducing the quantities of tars and hydrocarbons. emerging at the pyrolysis stage.
  • the method according to the invention provides, taking into account that the phenomenon of reduction of CO2, and H2O in the absence of air is significantly slower than CO2 production during partial combustion, a fuel / make-up air weight ratio which is between 0.4 and 0.75 for a fluidized bed volume between 0.5 and 1.5 m3 per ton of fuel introduced per hour into the gasifier.
  • a fluidized bed 2 whose carbon content is such that it compensates for the slow reaction in the aforementioned second time and thereby self-regulates the total reaction in order to finally produce, at a given temperature, a combustible gas of determined and substantially constant composition.
  • the gas phase charged with the aforementioned first solid phase, is subjected to at least one acceleration and one before the above-mentioned separation.
  • the carbon particles whose dimensions could not be reduced during the aforementioned impact treatment are collected and recycled in the fluidized bed 2, while the inert and carbon particles coming from the above separation are collected and either evacuated or used as fuel in a heat exchanger 5 used to at least partially dry the fuel supplied to the gasifier 1.
  • the biomass fuel is transformed in a homogeneous manner into the gaseous phase and into the abovementioned solid phases at a temperature of between 650 ° and 850 ° C.
  • the gasifier operated with an ascent rate of 0.8 m / sec in zone 11 of the fluidized bed and 0.4 m / sec in zone 12 of Figures 1 and 2.
  • the ratio weight of fuel (dry and without ash) to make-up air was 0.6, which made it possible to maintain a content of 100 kg of carbon per m3 of fluidized bed.
  • the volume of the fluidized bed was 0.35 m3.
  • the installation according to the invention comprises, for the implementation of the above process, a gasifier 1 with a fluidized bed 2 and a boiler or oven 4 which is associated with said gasifier and supplied by the phase gaseous above after it has been freed of inert particles and carbon particles too large to be able to ignite directly on contact with air.
  • the gasifier 1 and the boiler 4 are connected by a manifold 6 through which flows successively, in 6 ′ the gas phase charged with the first solid phase and then, in 6 ⁇ , the gas phase rid of the aforementioned inert particles and carbon.
  • At least one separating device 7 is interposed in the reader neck 6 and means 8, 9 are associated therewith for respectively removing, by gravity, the inert particles and for recycling, by gravity and in the fluidized bed, carbon particles whose dimensions are too large to ignite directly on contact with air.
  • Means 10 are provided for thermally insulating the reader neck 6 and the separator device 7 and maintaining, until the inlet of the boiler 4, the gas phase at a temperature above 300 ° C.
  • means 11 are arranged, at the base of the gasifier 1, for collecting and discharging the aforementioned second solid phase, which consists of heavy residues, such as gravel, glass, etc., and which, by its weight , is maintained at the base of the fluidized bed 2.
  • the installation advantageously comprises a gasifier 1 of the single fluidized bed reactor type 2 which is essentially constituted, for ensuring combustion and pyrolysis of the biomass fuel, by two coaxial chambers 11 and 12 of vertical axis, these chambers 11 and 12 communicating with each other from below, at 13.
  • the fuel supply 14 is effected either by a non-illustrated conduit extending along the axis of the chambers and opening out above the central chamber which serves, in this case, from the pyrolysis chamber, the combustion taking place in the peripheral chamber, either, as shown in the drawings, by a conduit 15 extending along the axis of the chambers and opening at the base from the central chamber 12 which serves as a combustion chamber (see FIG.
  • the fuel is entrained in these conduits 15 in a regular and homogeneous manner by an endless screw arranged in the conduit, coaxial with the latter.
  • the means 18 for the evacuation of the aforesaid second solid phase comprise a collecting tank 19 disposed at the base of the chambers 11 and 12 and which communicates with the latter.
  • the aforementioned separator device 7 comprises, as shown in FIG. 1, a cyclone 20 arranged to, on the one hand, essentially retain the inert particles entrained by the gas phase produced by the gasifier 1 and coming from the cardboard, paper and other charges combustible waste and the residual carbon particles of the non-gasified fuel which are too large to be instantly flammable in air and, on the other hand, to remain in the gas phase, to increase its calorific value, the carbon particles residual whose dimensions are such that they are instantly flammable on contact with air.
  • Said separator device 7 comprises, upstream of the cyclone 20, considering the direction of flow of the gas phase shown diagrammatically by the arrow 21, an apparatus 22 constituted for example by an impact separator or a lamella filter and which aims to reduce the particle size of the particles entrained by the gas phase, in particular the non-carbonated carbon particles, before they are entrained in the cyclone 20.
  • This device 22 is arranged so that the gaseous phase charged with the above-mentioned first solid phase, made up of inert particles and carbon particles, is successively accelerated and relaxed so that said particles are subjected to impacts so that the major part of these particles, which will be entrained by the gas phase in cyclone 20, have dimensions which are at most equal to 200 um.
  • the larger particles are collected by gravity in an expansion zone provided in the device 22 and recycled by gravity in the fluidized bed 2 of the gasifier 1 using a pump 23 constituting the means 9 above.
  • the cyclone 20 comprises, at its base, on the one hand, means 24 for collecting inert particles and carbon particles, separated from the gas phase in said cyclone, which consist of a tank 26 and, on the other hand, means 25 for evacuating said particles which are constituted by a conduit 27, connected to the aforementioned tank 26, in which the particles flow by gravity, their flow rate being regulated by a valve 28 .
  • the above installation advantageously comprises, as shown in FIG. 1, a heat exchanger 5 in which the fuel to be introduced into the gasifier 1 is previously and at least partially dried.
  • This exchanger 5 comprises, for its fuel supply, means 29 constituted by a grid in the form of an endless band, driven in a continuous movement according to arrow 30, on the upper strand of which are uniformly distributed by the conduit 27, either as fuel or as supplementary fuel, the particles collected in the collection tank 26 provided at the base of the cyclone 20.

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Abstract

Procédé de traitement et d'utilisation des produits de pyrolyse et de combustion obtenus dans un gazéificateur (1) à lit fluidisé (2) chargé en combustible provenant des ordures urbaines et/ou de déchets industriels qui consiste, d'une part, à séparer de la phase gazeuse chargée de particules solides et qui s'échappe au sommet du lit fluidisé, à une température supérieure à laquelle tous les gaz de pyrolyse sont sous forme de vapeur, les particules inertes et les particules de carbone de granulométrie trop élevée pour qu'elles s'enflamment instantanément à l'air et, d'autre part, à utiliser la phase gazeuse débarassée de ces particules, en la maintenant à une température supérieure à 300°C, comme combustible dans une chaudière (4).

Description

  • La présente invention a pour objet un procédé de traitement et d'utilisation des produits de pyrolyse et de combustion obtenus dans un réacteur ou gazéificateur à lit fluidisé alimenté en air d'appoint et chargé en combustible biomassique ou analogue, constitué notamment par des résidus combustibles en provenance des ordures urbaines et/ou de déchets industriels similaires, et composés d'une phase gazeuse s'échappant au sommet du lit fluidisé et de deux phases solides dont la première, qui est formée essentiellement de particules de carbone non gazéifiées et de particules ou poussières inertes provenant des charges de carton, papier et autres déchets combustibles, est, vu la faible densité desdites particules, dispersée dans la phase gazeuse susdite et entraînée par cette dernière dans son mouvement ascendant, tandis que la seconde phase solide, formée par les résidus lourds, tels que gravier, verre, etc..., se maintient à la base du lit fluidisé d'où elle peut être évacuée par gravité.
  • Il est bien connu que les produits de pyrolyse et de combustion obtenus par gazéification des ordures urbaines ou de déchets industriels sont difficilement utilisables comme source énergétique et ce, d'une part, à cause de leur faible pouvoir calorifique et, d'autre part, à cause de leur toxicité due à la formation de composés toxiques gazeux tels que les oxydes d'azote et la dioxine.
  • L'invention a pour but de procurer un procédé de traitement et d'utilisation desdits produits qui permet leur emploi direct comme combustible et en remplacement par exemple du gaz naturel ou du fuel-oil, dans des chaudières ou fours et ce, sans transformation notables de ces derniers. Cet emploi est permis grâce à un accroissement important du pouvoir calorifique desdits produits par rapport à celui des produits provenant généralement des gazéificateurs utilisant un combustible constitué d'ordures ou de déchets. Ledit procédé permet en outre l'utilisation desdits produits sans risque de formation de produits toxiques et sans dispersion de poussières.
  • A cet effet, suivant l'invention, ledit procédé consiste, d'une part, à séparer de la phase gazeuse chargée de la première phase solide susdite, à une température supérieure à laquelle tous les gaz de pyrolyse se présentent sous forme de vapeur, les particules inertes précitées et les particules de carbone dont la granulométrie est trop élevée pour qu'elles s'enflamment instantanément à l'air et, d'autre part, à utiliser la phase gazeuse, débarassée de ces particules en la maintenant à une température supérieure à 300°C, comme combustible dans un four ou une chaudière.
  • Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, on alimente le gazéificateur en combustible en introduisant ce dernier à la base du lit fluidisé et à proximité de la ou des zones d'introduction de l'air d'appoint fourni audit lit fluidisé.
  • Suivant une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, le rapport pondéral combustible/air d'appoint est compris entre 1 et 1,5 pour un volume de lit fluidisé compris entre 0,5 et 1,5 m3 par tonne de combustible introduit par heure dans le gazéificateur pour obtenir une teneur en carbone comprise entre 75 et 250 kg/m3 de volume de lit, ayant observé que ce carbone est un intermédiaire indispensable aux réactions chimiques.
  • L'invention a également pour objet une installation simple et compacte pour la mise en oeuvre du procédé susdit.
  • Suivant l'invention, ladite installation comprend au moins un gazéificateur à lit fluidisé, une chaudière ou four, alimenté par la phase gazeuse débarassée de la partie susdite de la première phase solide précitée, associée au gazéificateur, un collecteur reliant le gazéificateur à la chaudière et à travers lequel circule successivement la phase gazeuse susdite chargée de la première phase solide susdite puis la phase gazeuse débarassée de ladite partie de la première phase solide, au moins un dispositif séparateur intercalé dans le collecteur pour séparer de la phase gazeuse les particules précitées, des moyens associés audit dispositif et agencés, d'une part, pour évacuer les particules inertes et, d'autre part, pour recycler dans le lit fluidisé les particules de carbone de granulométrie trop importante et séparées de la phase gazeuse dans le dispositif précité et des moyens prévus pour isoler thermiquement au moins le collecteur et le dispositif séparateur et agencés pour maintenir la phase gazeuse chargée de particules à une température supérieure à 300°C jusqu'à l'entrée de la chaudière ou four.
  • D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description des dessins annexés qui illustrent le procédé susdit et qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation particulière de l'installation suivant l'invention.
    • La figure 1 est une vue schématique, en élévation, partiellement en coupe et avec brisures partielles, d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé susdit.
    • La figure 2 est une vue partielle, analogue à la figure 1, montrant une variante de l'installation illustrée à ladite figure 1.
  • Dans les différentes figures, les mêmes notations de référence se rapportent à des éléments identiques ou analogues.
  • Le procédé suivant l'invention et illustré aux dessins est destiné au traitement et à l'utilisation des produits de pyrolyse et de combustion obtenus dans un réacteur 1 ou gazéificateur à lit fluidisé alimenté en air d'appoint et chargé en combustible biomassique ou analogue, constitué notamment par des résidus combustibles en provenance des ordures urbaines et/ou de déchets industriels similaires. Ces produits sont composés d'une phase gazeuse s'échappant au sommet du lit fluidisé 2 et de deux phases solides. La première de ces phases, qui est formée essentiellement de particules de carbone non gazéifiées et de particules ou poussières inertes provenant des charges de carton, papier et autres déchets combustibles, est, vu la faible densité desdites particules, dispersée dans la phase gazeuse susdite et entraînée par cette dernière dans son mouvement ascendant, tandis que la seconde phase, formée par les résidus lourds, tels que gravier, verre, etc..., se maintient à la base du lit fluidisé 2 d'où elle peut être évacuée par gravité.
  • Pour conférer un pouvoir calorifique aux produits susdits qui rend ceux-ci utilisable comme combustible unique ou comme combustible d'appoint dans des fours ou chaudières, ledit procédé consiste, d'une part, à séparer de la phase gazeuse chargée de la première phase solide susdite, à une température supérieure à laquelle tous les gaz de pyrolyse se présentent sous forme de vapeur, les particules inertes précitées et les particules de carbone dont la granulométrie est trop élevée pour qu'elles s'enflamment instantanément à l'air et, d'autre part, à utiliser la phase gazeuse, débarassée de ces particules en la maintenant à une température supérieure à 300°C, comme combustible unique ou d'appoint dans un four ou une chaudière.
  • Etant donné qu'il est intéresant d'obtenir comme combustible un gaz riche en CO, H₂ et CH₄, il est préférable d'assurer dans le réacteur 1, dans un premier temps de réaction, une combustion partielle locale en présence d'air d'appoint qu'une pyrolyse locale en absence d'air, qui génère des goudrons et des hydrocarbures difficilement décomposables, le procédé suivant l'invention prévoit d'alimenter le gazéificateur 1 en combustible en introduisant celui-ci à la base du lit fluidisé 2 et à proximité des zones d'introduction 3 de l'air d'appoint qui est fourni à ce lit fluidisé. Dans un deuxième temps, les gaz CO₂ et H₂O localement produits par la combustion sont réduits par le carbone résiduel, produit également par cette combustion pour former à leur tour du CO, H₂ et CH₄ tout en réduisant ainsi les quantités de goudrons et d'hydrocarbures se dégageant au stade de la pyrolyse.
  • Comme la production de gaz combustible et comburant doit avantageusement être la plus constante possible, le procédé suivant l'invention prévoit, compte tenu du fait que le phénomène de réduction des CO₂, et H₂O en l'absence d'air est nettement plus lent que la production de CO₂ lors de la combustion partielle, un rapport pondéral combustible/air d'appoint qui est compris entre 0,4 et 0,75 pour un volume de lit fluidisé compris entre 0,5 et 1,5 m3 par tonne de combustible introduit par heure dans le gazéificateur.
    Cette façon de faire conduit, comme signalé ci-dessus, à un lit fluidisé 2 dont la teneur en carbone est telle que celle-ci compense la lenteur de réaction dans le deuxième temps susdit et de ce fait autorégularise la réaction totale pour produire finalement, à une température donnée, un gaz combustible de composition déterminée et sensiblement constante.
  • Pour enrichir au maximum le gaz combustible par des particules de carbone capables de s'enflammer instantanément à l'air, on soumet, avant la séparation susdite, la phase gazeuse, chargée de la première phase solide précitée, à au moins une accélération et une détente successives dans une zone où les particules susdites, et en particulier les particules de carbone, véhiculées par la phase gazeuse sont soumises à des impacts pour réduire leur granulométrie, de telle sorte que les dimensions d'au moins 80% des particules soient égales ou inférieures à 200 um, condition qui leur permet de d'enflammer au contact de l'air.
  • Les particules de carbone dont les dimensions n'ont pas pu étre réduites lors du traitement par impacts précités sont récoltées et recyclées dans le lit fluidisé 2, tandis que les particules inertes et de carbone provenant de la séparation précitée sont récoltées et soit évacuées, soit utilisées comme combustible dans un échangeur de chaleur 5 utilisé pour sécher au moins partiellement le combustible fourni au gazéificateur 1.
  • Pour éviter la formation de produits toxiques en cours de réaction, on transforme, d'une manière homogène, le combustible biomassique en phase gazeuse et en phases solides précitées à une température comprise entre 650° et 850°C.
  • Pour éviter d'entraîner dans la phase gazeuse une quantité de particules de dimensions trop importantes ce qui compliquerait le traitement par impact et la séparation précités, ainsi que pour conserver dans le lit fluidisé la teneur en carbone accumulée précitée, on maintient des vitesses ascensionnelles de l'air d'appoint et, de là, de la phase gazeuse, entre 0,25 et 1,5 m/sec.
  • A titre d'exemple non limitatif, le gazéificateur a fonctionné avec une vitesse ascentionnelle de 0,8 m/sec dans la zône 11 du lit fluidisé et de 0,4 m/sec dans la zône 12 des figures 1 et 2. Le rapport pondéral du combustible (sec et hors cendres) à l'air d'appoint était de 0,6 ce qui a permis de maintenir une teneur de 100 kg de carbone par m3 de lit fluidisé. Le volume du lit fluidisé était de 0,35 m3. Le poids des fines particules inertes, qui accompagnaient le gaz à la sortie du gazéificateur et retenues dans le cyclone, était égale à 20% du poids du combustible. L'appareil utilisateur 4 de la fig. 1 a pu ainsi être approvisionné à 400°C en gaz chargé de particules microscopiques de carbone et de vapeurs de goudrons, ce qui a porté le pouvoir calorifique inférieur du gaz à 10 mégajoules par Nm3 de gaz au lieu des 4 à 5 mégajoules/Nm3 normalement obtenus dans les gaz pauvres.
  • L'installation suivant l'invention, illustrée aux dessins, comprend, pour la mise en oeuvre du procédé susdit, un gazéificateur 1 à lit fluidisé 2 et une chaudière ou four 4 qui est associé audit gazéificateur et alimenté par la phase gazeuse précitée après que celle-ci a été débarassée des particules inertes et des particules de carbone de dimensions trop importantes pour pouvoir s'enflammer directement au contact de l'air. Le gazéificateur 1 et la chaudière 4 sont reliés par un collecteur 6 à travers lequel circule successivement, en 6′ la phase gazeuse chargée de la première phase solide puis, en 6˝, la phase gazeuse débarassée des particules inertes et de carbones précitées. Pour débarasser la phase gazeuse de ces dernières particules, au moins un dispositif séparateur 7 est intercalé dans le col lecteur 6 et des moyens 8, 9 y sont associés pour respectivement évacuer, par gravité, les particules inertes et pour recycler, par gravité et dans le lit fluidisé, les particules de carbone dont les dimensions sont trop importantes pour s'enflammer directement au contact de l'air. Des moyens 10 sont prévus pour isoler thermiquement le col lecteur 6 et le dispositif séparateur 7 et maintenir, jusqu'à l'entrée de la chaudière 4, la phase gazeuse à une température supérieure à 300°C. Enfin, des moyens 11 sont agencés, à la base du gazéificateur 1, pour récolter et évacuer la seconde phase solide précitée, qui est constituée des résidus lourds, tels que gravier, verre, etc..., et qui, de par son poids, se maintient à la base du lit fluidisé 2.
  • Comme montré aux dessins, l'installation comprend avantageusement un gazéificateur 1 du type réacteur unique à lit fluidisé 2 qui est essentiellement constitué, pour assurer une combustion et une pyrolyse du combustible biomassique, par deux chambres coaxiales 11 et 12 d'axe vertical, ces chambres 11 et 12 communiquant entre elles par le bas, en 13. L'alimentation 14 en combustible s'effectue soit par un conduit non figuré s'étendant suivant l'axe des chambres et débouchant au-dessus de la chambre centrale qui sert, dans ce cas, de chambre de pyrolyse, la combustion d'effectuant dans la chambre périphérique, soit, comme montré aux dessins, par un conduit 15 s'étendant suivant l'axe des chambres et débouchant à la base de la chambre centrale 12 qui sert de chambre de combustion (voir figure 2) ou encore par au moins deux conduits diamétralement opposés débouchant à la base de la chambre prériphérique 11 qui sert de chambre de combustion (voir figure 1). Le combustible est entraîné dans ces conduits 15 de manière régulière et homogène par une vis sans fin agencée dans le conduit, coaxialement à ce dernier. Une adduction d'air d'appoint 16, 17, éventuellement combinée à une adduction de vapeur d'eau ou de gaz combustible, est prévue à la base de chacune des chambres 11 et 12 et commandée par des vannes 16′ et 17′. Les moyens 18 pour l'évacuation de la seconde phase solide susdite comprennent un bac de récolte 19 disposé à la base des chambres 11 et 12 et qui communique avec ces dernières.
  • Le dispositif séparateur 7 précité comprend, comme montré à la figure 1, un cyclone 20 agencé pour, d'une part, retenir essentiellement les particules inertes entraînées par la phase gazeuse produite par le gazéificateur 1 et provenant des charges de carton, papier et autres déchets combustibles et les particules de carbone résiduel du combustible non gazéifié qui ont des dimensions trop importantes pour être inflammables instantanément à l'air et, d'autre part, laisser subsister dans la phase gazeuse, pour accroître son pouvoir calorifique, les particules de carbone résiduel dont les dimensions sont telles qu'elles sont inflammables instantanément au contact de l'air. Ledit dispositif séparateur 7 comprend, en amont du cyclone 20 en considérant le sens d'écoulement de la phase gazeuse schématisé par la flèche 21, un appareil 22 constitué par exemple par un séparateur à impacts ou un filtre à lamelles et qui a pour but de réduire la granulométrie des particules entraînées par la phase gazeuse, en particulier les particules de carbone non gazéifiées, avant qu'elles ne soient entraînées dans le cyclone 20. Cet appareil 22 est agencé pour que la phase gazeuse chargée de la première phase solide susdite, constituée des particules inertes et des particules de carbone, soit successivement accélérée et détendue pour que lesdites particules soient soumises à des impacts de manière à ce que la majeure partie de ces particules, qui seront entraînées par la phase gazeuse dans le cyclone 20, aient des dimensions qui sont tout' au plus égales à 200 um. Les particules plus volumineuses sont récoltées, par gravité, dans une zone de détente prévue dans l'appareil 22 et recyclées, par gravité dans le lit fluidisé 2 du gazéificateur 1 à l'aide d'une pompe 23 constituant les moyens 9 précités.
  • Comme montré à la figure 1, le cyclone 20 comprend, à sa base, d'une part, des moyens de récolte 24 des particules inertes et des particules de carbone, séparées de la phase gazeuse dans ledit cyclone, qui sont constitués par un bac de récolte 26 et, d'autre part, des moyens d'évacuation 25 desdites particules qui sont constitués par un conduit 27, relié au bac 26 précité, dans lequel les particules s'écoulent par gravité, leur débit étant réglé par une vanne 28.
  • L'installation susdite comprend avantageusement, comme montré à la figure 1, un échangeur de chaleur 5 dans lequel le combustible à introduire dans le gazéificateur 1 est préalablement et au moins partiellement séché. Cet échangeur 5 comprend, pour son alimentation en combustible, des moyens 29 constitués par une grille se présentant sous la forme d'une bande sans fin, animée d'un mouvement continu suivant la flèche 30, sur le brin supérieur duquel sont uniformément réparties par le conduit 27, soit comme combustible, soit comme combustible d'appoint, les particules récoltées dans le bac de récolte 26 prévu à la base du cyclone 20.
  • Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et que bien des modifications peuvent être apportées à ces dernières sans sortir du cadre du présent brevet.

Claims (14)

1. Procédé de traitement et d'utilisation des produits de pyrolyse et de combustion obtenus dans un réacteur ou gazéificateur (1) à lit fluidisé (2) alimenté en air d'appoint et chargé en combustible biomassique ou analogue, constitué notamment par des résidus combustibles en provenance des ordures urbaines et/ou déchets industriels similaires, et composés d'une phase gazeuse s'échappant au sommet du lit fluidisé (2) et de deux phases solides dont la première, qui est formée essentiellement de particules de carbone non gazéifiées et de particules ou poussières inertes provenant des charges de carton, papier et autres déchets combustibles, est, vu la faible densité desdites particules, dispersée dans la phase gazeuse susdite et entraînée par cette dernière dans son mouvement ascendant, tandis que la seconde phase solide, formée par les résidus lourds, tels que gravier, verre, etc..., se maintient à la base du lit fluidisé (2) d'où elle peut être évacuée par gravité, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste, d'une part, à séparer de la phase gazeuse chargée de la première phase solide susdite, à une température supérieure à laquelle tous les gaz de pyrolyse se présentent sous forme de vapeur, les particules inertes précitées et les particules de carbone dont la granulométrie est trop élevée pour qu'elles s'enflamment instantanément à l'air et, d'autre part, à utiliser la phase gazeuse débarrassée de ces particules, en la maintenant à une température supérieure à 300°C, comme combustible dans un four ou une chaudière (4).
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on alimente le gazéificateur en combustible en introduisant ce dernier à la base du lit fluidisé et à proximité de la ou des zones d'introduction (3) de l'air d'appoint fourni audit lit fluidisé.
3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le rapport pondéral combustible/air d'appoint est compris entre 0,45 et 0,75 pour un volume de lit fluidisé compris entre 0,5 et 1,5 m3 par tonne de combustible introduit par heure dans le gazéificateur pour obtenir une teneur en carbone comprise entre 75 et 250 kg/m3 de volume de lit.
4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on soumet, avant la séparation susdite, la phase gazeuse, chargée de la première phase solide précitée, à au moins une accélération et une détente successive dans une zone où les particules susdites, et en particulier les particules de carbone, véhiculées par la phase gazeuse sont soumises à des impacts pour réduire leur granulométrie, de telle sorte que les dimensions d'au moins 80% des particules soient égales ou inférieures à 200 um.
5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 4, caractérisé en ce que, lors de la séparation susdite, on dissocie les particules inertes précitées, que l'on évacue par gravité des particules de carbone de granulométrie élevée qui sont dirigées dans le lit fluidisé.
6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu on transforme, d'une manière homogène, le combustible biomassique en phase gazeuse et en phases solides précitées à une température comprise entre 600°C et 900°C.
7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on maintient les vitesses ascensionnelles de la phase gazeuse précitée et de l'air d'appoint fourni au lit fluidisé entre 0,25 et 1,5 m/sec.
8. Installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un gazéificateur (1) à lit fluidisé, une chaudière ou four(4), alimenté par la phase gazeuse débarrassée de la partie susdite de la première phase solide précitée, associé au gazéificateur, un collecteur (6) reliant le gazéificateur (1) à la chaudière (4) et à travers lequel circule successivement la phase gazeuse susdite chargée de la première phase solide susdite puis la phase gazeuse débarassée de ladite partie de la première phase solide, au moins un dispositif séparateur (7) intercalé dans le col lecteur (6) pour séparer de la phase gazeuse les particules précitées, des moyens (8, 9) associés audit dispositif (7) et agencés respectivement pour évacuer les particules inertes et pour recycler, dans le lit fluidisé, les particules de carbone de granulométrie trop important et séparées de la phase gazeuse dans le dispositif précité, des moyens (10) prévus pour isoler thermiquement au moins le col lecteur et le dispositif séparateur et agencés pour maintenir la phase gazeuse chargée de particules à une température supérieure à 300°C jusqu'à l'entrée de la chaudière ou four (4) et des moyens (18) agencés à la base du gazéificateur pour évacuer par gravité la seconde phase solide précitée.
9. Installation suivant la revendicatlon 8, caractérisée en ce que le gazéificateur (1) susdit est du type réacteur unique à lit fluidisé (2) qui, pour assurer une pyrolyse et une combustion du combustible biomassique, est constitué essentiellement par deux chambres coaxiales (11, 12), d'axe vertical, communiquant par le bas, une alimentation en combustible (14) étant prévue pour déboucher au-dessus de la chambre centrale où s'effectue la pyrolyse, la combustion s'effectuant dans la chambre périphérique, ledit gazéificateur (1) comprenant, à la base de chacune des chambres, une adduction d'air d'appoint (16, 17) éventuellement combinée à une adduction de vapeur d'eau ou de gaz combustible.
10. Installation suivant la revendication 8, caractérisée en ce que le gazéificateur (1) susdit est du type réacteur unique à lit fluidisé (2) qui, pour assurer une combustion et une pyrolyse du combustible biomassique, est constitué essentiellement par deux chambres coaxiales (11, 12), d'axe vertical, communiquant par le bas, au moins une alimentation (14) en combustible étant prévue pour déboucher à la base d'une desdites chambres tandis qu'une adduction d'air d'appoint (16, 17), éventuellement combinée à une adduction de vapeur d'eau ou de gaz combustible, est prévue à la base de chacune des chambres.
11. Installation suivant l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisée en ce que le dispositif séparateur (7) précité comprend un cyclone (20) agencé pour, d'une part, retenir essentiellement les particules inertes entraînées par la phase gazeuse et provenant des charges de carton, papier et autres déchets combustibles et les particules de carbone résiduel du combustible non gazéifié qui ont des dimensions trop importantes pour être inflammables instantanément à l'air et, d'autre part, laisser subsister dans la phase gazeuse les particules de carbone résiduel dont les dimensions sont telles qu'elles sont inflammables instantanément au contact de l'air.
12. Installation suivant la revendicatlon 11, caractérisée en ce qu'elle comprend, en amont du cyclone en considérant le sens d'écoulement de la phase gazeuse, un appareil (22), tel que séparateur à impact, filtre à lamelles, agencé pour que la phase gazeuse chargée de la première phase solide soit successivement accélérée et détendue pour que les particules soient soumises à des impacts afin que la majeure partie desdites particules, qui seront entraînées par la phase gazeuse dans le cyclone (20), aient des dimensions tout au plus égales à 200 um, les particules plus volumineuses étant récoltées, par gravité, dans une zone de détente prévue dans l'appareil et qui est reliée au gazéificateur (l) pour permettre le recyclage de ces particules dans le lit fluidisé (2).
13. Installation suivant l'une ou l'autre des revendications 11 et 12, caractérisée en ce que le cyclone (20) susdit comprend, à sa base, des moyens de récolte (24) et d'évacuation (25) des particules inertes et des particules de carbone qui sont séparées de la phase gazeuse chargée en particules lors du passage de cette dernière dans ledit cyclone.
14. Installation suivant la revendicatlon 13, caractérisée en ce qu'elle comprend un échangeur de chaleur (5) dans lequel est, au moins partiellement, séché le combustible avant son introduction dans le gazéificateur (1) et des moyens (29) agencés pour alimenter cet échangeur (5) soit en combustible, soit en combustible d'appoint, à partir des moyens de récolte et d'évacuation (24, 25) des particules précitées prévus à la base du cyclone (20).
EP90870061A 1989-04-25 1990-04-24 Procédé de traitement et d'utilisation de produits de pyrolyse et de combustion provenant d'un gazéificateur et installation pour la mise en oeuvre de ce procédé Withdrawn EP0395619A1 (fr)

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