FR2465776A1 - PROCESS AND INSTALLATION FOR GASIFYING SOLID CARBON SUBSTANCES - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN PROCEDE ET UNE INSTALLATION POUR LA GAZEIFICATION DE SUBSTANCES CARBONEES SOLIDES. LE PROCEDE CONSISTE A BRULER LE COKE RESIDUEL PROVENANT 38 DU REACTEUR DE GAZEIFICATION 14 DANS UN FOYER A COUCHE FLUIDISEE 40, DANS LAQUELLE SONT NOYES LES SURFACES DE CHAUFFAGE DU FOUR DE DECOMPOSITION 26 ET UN GENERATEUR DE VAPEUR 46 ALIMENTANT UNE TURBINE 58 DE SERVITUDE, LA COMBUSTION DANS LA COUCHE FLUIDISEE ETANT CONDUITE ENTRE ENVIRON 800 ET 950C. ON OBTIENT AINSI UNE QUASI-AUTOSUFFISANCE ENERGETIQUE DE L'INSTALLATION DE GAZEIFICATION DE LIGNITE, INDEPENDAMMENT DES VARIATIONS DE TENEUR EN CARBONE DU COKE RESIDUEL A LA SORTIE DU REACTEUR DE GAZEIFICATION.THE PRESENT INVENTION CONCERNS A PROCESS AND A PLANT FOR THE GASIFICATION OF SOLID CARBON SUBSTANCES. THE PROCESS CONSISTS OF BURNING THE RESIDUAL COKE COMING 38 FROM THE GASING REACTOR 14 IN A FLUIDIZED LAYER 40, IN WHICH ARE FLOODED THE HEATING SURFACES OF THE DECOMPOSITION OVEN 26 AND A STEAM GENERATOR 46 SUPPLYING A TURBINE, 58 OF THE HANDLER. COMBUSTION IN THE FLUIDIZED LAYER BEING CONDUCTED BETWEEN APPROXIMATELY 800 AND 950C. THUS A QUASI-SELF-ENERGY SUFFICIENCY OF THE LIGNITE GASING SYSTEM IS OBTAINED, INDEPENDENT OF VARIATIONS IN THE CARBON CONTENT OF THE RESIDUAL COKE AT THE OUTLET OF THE GAZEIFICATION REACTOR.
Description
L'invention concerne un procédé et une installation pour la gazéificationThe invention relates to a method and an installation for gasification
de substances carbonées solides, en particulier de lignite, avec utilisation d'un agent de gazéification contenant de l'hydrogène, dans lequel on décompose, dans un appareil de décomposition ou de craquage, une partie du méthane contenu dans le produit gazeux, avec addition de vapeur d'eau, pour obtenir 1' solid carbonaceous substances, in particular lignite, using a gasification agent containing hydrogen, in which a part of the methane contained in the gaseous product is decomposed in a decomposition or cracking apparatus, with addition of water vapor, to get 1 '
agent de gazéification contenant de l'hydrogène, l'appa- a gasification agent containing hydrogen, the
reil de décomposition étant chauffé au moins dans une mesure prépondérante par la chaleur de combustion du of decomposition being heated at least to a preponderant extent by the heat of combustion of the
coke résiduel formé lors de la gazéification. residual coke formed during gasification.
Par la demande de brevet allemand 1 796 050.8,il est connu, dans la gazéification du charbon, en particulier du lignite, de brûler le coke résiduel pour couvrir By German patent application 1,796,050.8, it is known in the gasification of coal, in particular of lignite, to burn residual coke to cover
les besoins en chaleur du procédé de gazéification. the heat requirements of the gasification process.
Dans une installation de gazéification-hydrogénation du charbon selon la demande de brevet allemand 2 704 465, In a coal gasification-hydrogenation plant according to German Patent Application 2,704,465,
on procède en utilisant le coke résiduel pour chauf- we proceed by using the residual coke to heat
fer le four de décomposition dans lequel on fabrique l'hydrogène nécessaire à la gazéification. Il faut que le four de décomposition puisse être chauffé soit directement par du coke résiduel soit encore par le gaz Iron the decomposition furnace in which hydrogen is produced for gasification. It is necessary that the decomposition furnace can be heated either directly by residual coke or by gas
formé par gazéification du coke résiduel. L'inconvé- formed by gasification of the residual coke. The disad-
nient de cette dernière solution est qu' elle nécessi- the latter solution is that it requires
te une installation supplémentaire pour la gazéifica- an additional installation for gasification
tion du coke résiduel. Toutefois, des difficultés peuvent se présenter lorsqu'on chauffe directement le four de décomposition par la chaleur de combustion du residual coke. However, difficulties can arise when directly heating the decomposition furnace by the heat of combustion of the
coke résiduel, par exemple, en particulier si la te- residual coke, for example, especially if the
neur en cendres est élevée, il faut s'attendre à des difficultés dans la chambre de combustion tenant à la fusion de la cendre. En outre, il existe un risque d'encrassement au niveau des surfaces de contact aval In ash is high, it is to be expected difficulties in the combustion chamber due to the melting of ash. In addition, there is a risk of fouling at the downstream contact surfaces
qui entraine une diminution correspondante de rende- which results in a corresponding decrease in
ment.is lying.
L'invention a pour but de perfectionner un procédé du type défini plus haut de sorte que le four de décomposition ou de craquage soit chauffé de façon particulièrement avantageuse, appropriée à la nature du coke résiduel. Les moyens techniques et l'appareillage The object of the invention is to improve a process of the type defined above so that the decomposition or cracking furnace is heated particularly advantageously, appropriate to the nature of the residual coke. Technical means and equipment
mis en oeuvre demeurant réduits. Il faut que celà res- implemented remaining reduced. It must be
te possible, même si le coke résiduel a de mauvaises you can, even if the residual coke has bad
qualités de combustion.combustion qualities.
Pour résoudre ce problème, l'invention propose d' To solve this problem, the invention proposes to
effectuer la gazéification en couche fluidisée, de brû- gasification in a fluidized layer, burning
ler le coke résiduel dans un foyer à couche fluidisée, et de dissiper la chaleur directement dans la couche fluidisée de combustion, en la transmettant au moins à des régions partielles des surfaces de chauffage ler the residual coke in a fluidized bed furnace, and dissipate the heat directly into the fluidized combustion bed, transmitting it at least to partial regions of the heating surfaces
de l'appareil de décomposition.of the decomposition apparatus.
La gazéification, d'une part, et la combustion du coke résiduel, d'autre part, sont harmonisées entre elles. Etant donné que le coke résiduel provient d'un réacteur à couche fluidisée, il assure, a priori, les The gasification, on the one hand, and the combustion of the residual coke, on the other hand, are harmonized with each other. Since the residual coke comes from a fluidized bed reactor, it ensures, a priori, the
conditions nécessaires à l'entretien d'un foyer à cou- conditions necessary for the maintenance of a fireplace
che fluidisée, par exemple la granulométrie et la dis- fluidized, for example granulometry and
tribution granulométrique. Le foyer à couche fluidisée permet une construction extrêmement ramassée qui, en granulometric scale. The fluidized bed hearth allows an extremely compact construction which, in
comparaison d'autres foyers, conduit à des investisse- comparison of other households, leads to investment
ments et à des pertes de chaleur moindres. La construc- less heat loss. The construction
tion ramassée résulte en particulier du fait que les tubes du four decraquage tubulaire plongent directemnt dans la couche fluidisée et qu'on obtient ainsi, en comparaison des foyers usuels à gaz de combustion,de très grands In particular, the collection of the tubes from the tubular decalcifying furnace directly plunges into the fluidized bed and thus, in comparison with the usual flue gas combustion fires, very large
coefficients de transmission thermique. Il est possi- heat transfer coefficients. It is possible
ble de conduire sans inconvénient la combustion dans la couche fluidisée à des températures comprises entre 800 à 950'C, de préférence entre 850 et 9500C. Ces températures sont particulièrement avantageuses pour le processus de reformage ("reforming") à la vapeur d' eau qui se déroule dans le four de décomposition. La bonne transmission thermique au sein de la couche It is advantageous to conduct combustion in the fluidized bed at temperatures between 800 and 950.degree. C., preferably between 850 and 9500.degree. These temperatures are particularly advantageous for the process of steam reforming ("reforming") which takes place in the decomposition furnace. The good thermal transmission within the layer
fluidisée a aussi pour effet qu'il règne dans la tota- fluidized also has the effect that it reigns
lité de la couche fluidisée des températures fluidized bed temperature
pratiquement uniformes, de sorte qu'on n'a pas à re- practically uniform, so we do not have to
douter de surchauffes en des régions partielles du four tubulaire de décomposition. Un autre avantage réside dans le fait que le foyer à couche fluïdisée n' exige pas de grandes qualités de combustion du coke résiduel. C'est en particulier également le cas pour to doubt overheating in partial regions of the tubular decomposition furnace. Another advantage lies in the fact that the fluidized layer hearth does not require high combustion qualities of the residual coke. This is particularly the case for
la teneur en cendres du coke résiduel, qui peut présen- the ash content of the residual coke, which may
ter des différences notables par suite de variations du taux de gazéification du charbon introduit. En vertu de la construction ramassée, l'installation exige enfin des investissements moindres qu'un appareillage de significant differences as a result of changes in the rate of gasification of the coal introduced. Under the construction collected, the installation finally requires less investment than an apparatus of
type classique.classic type.
D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- Other features and advantages of the invention
tion ressortiront de la description suivante faite en will emerge from the following description made in
relation avec le dessin annexe qui représente, à titre d'exemple d'exécution, le diagramme schématique sous relation with the annex drawing which represents, as an example of execution, the schematic diagram under
forme de blocs d'une installation de gazéification- block form of a gasification plant-
hydrogénation du lignite.hydrogenation of lignite.
Le lignite 11 est séché dans un séchoir 12 et intro- The lignite 11 is dried in a dryer 12 and introduced
duit dans le réacteur à couche fluidisée 14. L'agent de gazéification, principalement formé de H2 et amené par le tuyau 16, sert aussi à entretenir la couche in the fluidized bed reactor 14. The gasification agent, mainly formed of H2 and supplied by the pipe 16, also serves to maintain the layer
fluidisée. La réaction s'effectue exothermiquement se- fluidized. The reaction is carried out exothermically
lon l'équation:In the equation:
C + 22 -2>CH4C + 22 -2> CH4
Le mélange gazeux qui provient du réacteur 14, et qui contient encore en particulier de l'hydrogène en The gaseous mixture that comes from the reactor 14, and which still contains in particular hydrogen in
excès, arrive par un tuyau 17 et après refroidisse- excess, arrives by a pipe 17 and after cooling
ment dans un échangeur thermique 18, à un appareil 20 in a heat exchanger 18, to a device 20
dans lequel il est débarrassé de particules solides. in which it is freed of solid particles.
Dans un autre appareil 22 s'effectue la séparation des In another apparatus 22 the separation of
constituants gazeux indésirables, par exemple CO2. undesirable gaseous constituents, for example CO2.
En aval de celui-ci un appareil 23 sert à séparer CH4 et H2, et éventuellement CO. Une partie du méthane Downstream thereof an apparatus 23 serves to separate CH4 and H2, and optionally CO. Part of the methane
(CH4) arrive par un tuyau 24, à un four de décomposi- (CH4) arrives via a pipe 24, to a decomposition furnace
tion ou de craquage 26, après avoir subi en 28 une additon de vapeur provenant d'un tuyau 29, de sorte qu'il se déroule, dans le four de décomposition 26, la réaction endothermique: or cracking 26, after having undergone at 28 a steam additon from a pipe 29, so that the endothermic reaction takes place in the decomposition furnace 26:
CH4 + H2O- 3 H2 + COCH4 + H2O- 3 H2 + CO
Le mélange gazeux obtenu, essentiellement formé de H2, CO, CH4, H20 et Co2, arrive, par un tuyau 30 The gaseous mixture obtained, consisting essentially of H 2, CO, CH 4, H 2 O and Co 2, arrives via a pipe 30
et un échangeur- thermique 32, dans lequel il se refroi- and a heat exchanger 32, in which it is cooled
dit en cédant de la chaleur au mélange méthane-vapeur qui arrive au four de décomposition 26 par le tuyau 27, - a un appareil 33 dans lequel, avec addition de vapeur d'eau, la fraction CO du mélange gazeux est convertie said by yielding heat to the methane-steam mixture which arrives at the decomposition furnace 26 through the pipe 27, to an apparatus 33 in which, with the addition of water vapor, the CO fraction of the gaseous mixture is converted
en-Co2, qui est ensuite éliminé par lavage, de la fa- en-Co2, which is then removed by washing, from the
çon usuelle dans un appareil 34 disposé en aval. De l'appareil 33, le mélange, principalement formé de H2, arrive par le tuyau 16 en tant que réactif et agent de usual in a device 34 arranged downstream. From the apparatus 33, the mixture, mainly formed of H2, arrives through the pipe 16 as a reagent and agent of
fluidisation, au réacteur à couche fluidisëe 14. fluidization at the fluidized bed reactor 14.
Le coke résiduel formé dans le réacteur 14 et qui, avec un taux de gazéification de 50 ou 60% par exemple, The residual coke formed in the reactor 14 and which, with a gasification rate of 50 or 60%, for example,
contient encore des quantités notables de C, est chas- still contains significant amounts of C, is chas-
sé du réacteur 14 fonctionnant sous une surpression; en cas de besoin, on le refroidit à une température permettant sa manipulation, dans un refroidisseur 36 reactor 14 operating under an overpressure; if necessary, it is cooled to a temperature allowing its handling, in a cooler 36
faisant suite au réacteur 14. Il arrive, comme indi- following the reactor 14. It arrives, as indicated
qué par la ligne en pointillés 38, à un foyer 40 dans lequel il est brûlé au sein d'une couche fltidisée by the dashed line 38, to a focus 40 in which it is burned within a fluidized layer
dont la limite supérieure est située à peu près en 42. whose upper limit is approximately 42.
L'air comburant, servant en même temps d'agent de flui- Combustion air, serving at the same time as a fluid
disation, est amené par un tuyau 44. Le four de décom- disation, is brought by a pipe 44. The decomposition furnace
position 26, qui se présente généralement sous forme d'un four tubulaire, se trouve à l'intérieur même de position 26, which is generally in the form of a tubular furnace, is located within
la couche fluidisée. Dans celle-ci est en outre dis- the fluidized layer. In this one is furthermore
posé le générateur de vapeur 46 précédé d'un préchauf- placed the steam generator 46 preceded by a preheat
feur 48 chauffé par les gaz de sortie du foyer à couche 48 heated by the exit gases of the diaper
fluidisée 40, l'amenée d'eau étant désignée par 50. fluidized 40, the water supply being designated 50.
En aval du générateur de vapeur 46 est prévu un sur- Downstream of the steam generator 46 is provided a sur-
chauffeur 52 chauffé par les gaz de combustion du foyer à couche fluidisée. La vapeur, qui a par exemple une driver 52 heated by the combustion gases of the fluidized bed furnace. Steam, which for example has a
Z465176Z465176
pression de 110 bar et une température de 5350C, arri- pressure of 110 bar and a temperature of 5350C,
ve par un tuyau 54 à une turbine 58 entrainant une géné- by a pipe 54 to a turbine 58 causing a general
ratrice 56. Par le tuyau de soutirage 29 de la turbine, de la vapeur, ayant par exemple une pression d'environ 40 à 50 bar et une température d'environ 4000C, est By means of the extraction pipe 29 of the turbine, steam, for example having a pressure of about 40 to 50 bar and a temperature of about 4000.degree.
amenée à l'appareil 28 dans lequel s'effectue le mélan- brought to the apparatus 28 in which the mixing is carried out.
ge avec le méthane, avant l'introduction du mélange ge with methane, before the introduction of the mixture
ainsi formé dans le four tubulaire de décomposition 26. thus formed in the tubular decomposition furnace 26.
En outre, on a prévu au niveau de la sortie turbine un tuyau de prélèvement 60, par lequel de la In addition, there is provided at the turbine outlet a sampling pipe 60, through which the
vapeur à une pression d'environ 5 bar et à une tempé- steam at a pressure of about 5 bar and at a temperature of
rature de 1700C est amenée au séchoir 12 oL le lignite of 1700C is brought to dryer 12 where lignite
est initialement séché.is initially dried.
L'hydrogène séparé dans l'appareil 23 peut être ramené par un tuyau 61 directement au tuyau 16, et de The hydrogen separated in the apparatus 23 can be brought back by a pipe 61 directly to the pipe 16, and
là au réacteur à couche fluidisée 14. there to the fluidized bed reactor 14.
Le gaz de sortie du foyer à couche fluidisée 40 arrive par un tuyau 62 à un nettoyeur de séparation 63 pour être ensuite, après séparation des matières The outlet gas of the fluidized bed furnace 40 arrives via a pipe 62 to a separation cleaner 63, and after separation of the materials
résiduelles, éventuellement rejeté dans l'atmosphère. residuals, possibly released into the atmosphere.
De la turbine 58 peuvent partir d'autres tuyaux de From the turbine 58 can from other pipes of
prélèvement. La vapeur engendrée dans le foyer à cou- sample. Steam generated in the combustion chamber
che fluidisée 40 et l'énergie électrique engendrée dans fluidized 40 and the electrical energy generated in
le générateur 56 suffisent, si l'installation est con- generator 56 are sufficient, if the installation is con-
venablement conçue, à couvrir tout le besoin d'énergie venably designed, to cover all the energy needs
de celle-ci.of it.
Bien entendu, on peut encore imaginer d'autres appareils qui complètent l'installation. Ainsi,le CO séparé dans le séparateur 23 pourrait être converti avec addition de vapeur d'eau, en CO2, et l'hydrogène ainsi libéré pourrait également être acheminé comme Of course, we can still imagine other devices that complete the installation. Thus, the CO separated in the separator 23 could be converted with addition of water vapor to CO2, and the hydrogen thus released could also be conveyed as
agent de gazéification au réacteur 14. gasification agent in the reactor 14.
Si la quantité de coke résiduel n'est pas tout à fait suffisante pour couvrir les besoins en chaleur If the amount of residual coke is not quite enough to cover the heat requirements
du foyer à couche fluidisée, il est possible de cou- fluidized bed, it is possible to
vrir sans difficultés le reste de ces besoins par d' autres combustibles amenés à la couche fluidisée, without difficulty, the rest of these needs by other fuels fed to the fluidized bed,
par exemple du lignite brut-for example raw lignite
Quoique la présente invention ait été décrite en re- Although the present invention has been described in
lation avec un type d'installation particulier, elle ne with a particular type of installation, it does not
s'en trouve pas limitée.is not limited.
Claims (7)
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