FR2488527A1 - Procede de separation de particules riches en carbone a partir de particules produites par oxydation partielle d'un combustible charbonneux solide - Google Patents

Procede de separation de particules riches en carbone a partir de particules produites par oxydation partielle d'un combustible charbonneux solide Download PDF

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Charles George Sengenberger
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Abstract

L'INVENTION SE RAPPORTE A LA SEPARATION DE PARTICULES A HAUTE TENEUR EN CENDRES A PARTIR DE PARTICULES A HAUTE TENEUR EN MATIERE CHARBONNEUSE, CES PARTICULES AYANT ETE PRODUITES PAR OXYDATION PARTIELLE D'UN COMBUSTIBLE CHARBONNEUX SOLIDE. LE PROCEDE CONSISTE A BROYER LES PARTICULES POUR DIMINUER LEUR TAILLE ET A SOUMETTRE LA MATIERE BROYEE A UN TRAITEMENT DE FLOTTATION PAR MOUSSAGE POUR OBTENIR UNE FRACTION DE FLOTTATION DES PARTICULES RICHES EN CARBONE. SELON UN MODE DE REALISATION PREFERE DE L'INVENTION, CES PARTICULES D'UNE TAILLE SUPERIEURE A 0,84MM SONT ELIMINEES DE LA SUSPENSION ET LES PARTICULES RESTANTES SONT BROYEES PUIS SOUMISES A LA FLOTTATION PAR MOUSSAGE.

Description

La presente invention se rapporte à la séparation de matiÚres organiques à partir de matiÚre charbonneuse. De façon plus précise l'invention se rapporte. à la séparation de particules à haute teneur en cendres à partir de particules à haute teneur en matiÚre charbonneuse, ces particules ayant été produites par oxydation partielle d'un combustible charbonneux solide.
Habituellement lors de-la gazéification de combustible solide tel que du charbon ou du coke le combustible est soumis à une oxydation partielle au moyen d'un agent oxydant tel que l'air, l'air enrichi d'oxygÚne ou l'oxygÚne pratiquement pur à plus de 95 e dans une zone de gazéification comportant la production d'un gaz contenant du monoxyde de carbone et de l'hydrogÚne et habituellement également de petites quantités de C02, CH4, H2S et COS plus l'azote présent dans le qaz contenant de l'oxyqÚne. Comme habituellement on introduit de l'oxygÚne en quantité insuffisante dans la zone de gazéification pour une combustion complÚte du carbone dans le combustible solide, une partie du combustible solide passe dans la zone de gazéification sans etre transformé en un oxyde de carbone.Lorsqu'un hydrocarbure liquide est soumis à une oxydation partielle, le carbone non transformé se présente dans le produit gazeux sous forme de particules de suie, alors que lorsque le combustible solide est soumis à une oxydation partielle le carbone non transformé se présente dans le produit gazeux sous forme de fines particules de combustible solide. De plus, suivant le type de combustibles solides d'alimentation, les particules de cendre sont entraßnées en quantitésdifférentesdans le produit gazeux d'oxydation partielle.Lorsque l'on utilise la technique directe d'extinction pour obtenir le refroidissement des produits chauds quittant la zone de production de gaz habituellement à une température supérieure à environ 980"C et pour éliminer les particules de cendre et le combustible solide non transformé entraßné avec elles, le gaz chaud est introduit dans un milieu d'extinction1 de preférence de l'eau, dans une zone dgettinction, le gaz entant alors refroidi et les particules solides entraßnées étant dirigées vers le milieu dBetinction.
Les particules de cendre ou de scorie les plus grosses qui ont une faible teneur en carbone se dĂ©posent an fond de la zone d'extinction et en sont Ă©liminĂ©es mais les particules les plus fines du fait de l'agitation dans la zone d' extraction1 constituent une suspension dans le milieu d' extinction Pour surveiller la concentration de la matiĂšre solide dans le mileu d'extinction, on retire en continu ou pĂ©riodiquement une partie et on la remplace par un nouveau milieu d'extinction. La partie retirĂ©e est dirigĂ©e vers un dĂ©canteur oĂč les particules solides peuvent se dĂ©poser. Pour des raisons Ă©co- nomiques et Ă©cologiques il est souhaitable de rĂ©utiliser l'eau d'extinction et le combustible solide non transforme mais la cendre peut ĂȘtre Ă©liminĂ©e du systĂšme.
Le mĂ©lange solides-milieu d'extinction peut Ă©galement ĂȘtre formĂ© par passage de gaz de synthĂšse c' est-Ă -dire du produit gazeux de combustion partielle contenant les particules solides entraĂźnĂ©es vers le bas et ensuite en changeant brutalement de direction pour les envoyer vers une installation de rĂ©cupĂ©ration de chaleur oĂč les particules solides entraĂźnĂ©es continuent leur descente dans le milieu d'extinction au repos oĂč la plupart des produits solides dĂ©cante en abandonnant rapidement une quantitĂ© infime de particules fines en suspens ion qui sont constituĂ©es de 100 % de matiĂšre minĂ©rale.
Comme -indiquĂ© ci-dessus lorsque le produit d'alimentation de la zone de production de gaz est un hydrocarbure liquide le carbone non transformĂ© se prĂ©sente sous forme de fines particules de suie qui ont une taille microscopique, alors que si le produit d'alimentation de la zone de formation de gaz est un combustible solide, le charbon non transformĂ© se prĂ©sente sous la forme d'infimes particules de combustible solide. La suie formĂ©e au cours de la gazeification d'un hydrocarbure liquide peut ĂȘtre rĂ©cupĂ©rĂ©e de la suspension dans l'eau d'extinction par mĂ©lange avec un hydrocarbure liquide comme cela est dĂ©crit dans les brevets des E.U.A 2 992 906 et 3 917 569.Malheureusement les particules non transformĂ©es de combustible solide n'ont pas la mĂȘme affinitĂ© vis-Ă -vis des hydrocarbures liquides que les particules de suie formĂ©es par combustion partielle d'un combustible liquide et la technique de sĂ©paration utilisĂ©e pour rĂ©cupĂ©rer la suie n'est pas satisfaisante pour rĂ©cupĂ©rer les particules de combustible solide non transformĂ© Ă  partir de l'eau d'extinction.
Comme indiquĂ© ci-dessus pour des raisons d'ordre Ă©conomique il peut ĂȘtre intĂ©ressant de remettre en circulation l'eau et le carbone non transformĂ© zone de production de gaz alors qu'il est en majeure partie InintĂ©ressant de mettre en circulation la cendre.
Toutefois comme les particules ont une composition en cendre essentiellement égale a 100 % de l'alimentation initiale il est souhaitable de séparer ces particules à haute teneur en cendres des particules à haute teneur en carbone.
La présente invention a pour conséquent pour but de separer la cendre du combustible solide non transformé. Un autre but consiste à obtenir une transformation élevée en gaz de carbone dans le combustible solide d'alimentation. Encore un autre but consiste à diminuer la quantité de déchets dont il faut se séparer. Ces buts ainsi que d'autres sont évidents aux spécialistes à la lecture de la description qui suit.
Conformément à l'invention on fournit un procédé de production de particules riches en carbone à partir d'un mélange de particules obtenues par oxydation partielle d'un combustible charbonneux solide, procé- dé qui consiste à broyer les particules pour diminuer leur taille et à soumettre la matiere broyée à un traitement de flottation par moussage pour obtenir une fraction de flottation des particules riches en carbone.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention ces particules d'une taille supérieure à 0,84 mm sont éli- minées de la suspension et les particules restantes sont broyées puis soumises à la flottation par moussage.
Au cours de la gazĂ©ification du combustible charbonneux solide contenant des ingrĂ©dients constituant la cendre tel que le charbon, le charbon sub-bitumineux, le lignite, le coke de pĂ©trole, les dĂ©chets organiques et analogues, le combustible solide sous forme finement divisĂ© broye en particules ayant une dimension en coupe maximale non supĂ©rieure a environ 5 mm et de prĂ©fĂ©rence broyĂ© d'une façon qu'au moins 95 % passent au travers d'un tamis de l,tl ma d'ouverture de mailles et de prĂ©fĂ©rence encore de telle sorte que 100 % passent dans un tamis de 0,84 mm d'ouverture de maille,est introduit dans une zone de production de gaz Ă  revĂȘtement rĂ©fractaire sans garniture Ă  Ă©coulement libre oĂč il rĂ©agit avec de la vapeur et de l'oxygĂšne. L'oxygĂšne peut se prĂ©senter sous la forme d'air, d'air enrichi d'oxygene ou d'oxygĂšne pratiquement pur. Le combustible finement divisĂ© peut ĂȘtre introduit dans la zone de production de gaz sous forme d'une boue dans l'eau ou l'huile sous forme d'une suspension dans un mĂ©lange de gaz ou de vapeur telle que de la vapeur d'eau, du CO2 et leur mĂ©lange. Dans la zone de production de gaz combustible solide est soumis Ă  une oxydation partielle Ă  une tempĂ©rature comprise entre environ 980 et 1930 C et de prĂ©fĂ©rence entre 1090 et 14300C. La pression dans la zone de production de gaz peut ĂȘtre comprise entre environ 100 kPa et 20700 kPa ou lui ĂȘtre supĂ©rieur, mais elle est de prĂ©fĂ©rence comprise entre 276 et 17250-kPa. L'oxygĂšne peut ĂȘtre introduit dans la zone de gazĂ©ification avec un rapport atomique oxygĂšne : carbone compris entre environ 0,7 et 1,1 et de prĂ©fĂ©rence entre 0,8 et 1,0.
Lorsque le combustible solide est introduit dans la zone de gazéification sous forme d'une boue aqueuse, la boue doit contenir avantageusement moins de 50 % en poids d'eau puisqu'une teneur en eau supérieure à cette valeur est néfaste au rendement thermique de la réaction. On obtient de bons résultats en utilisant un rapport pondéral d'eau en combustible compris entre 0,3 et 1 et de préférence entre 0,4 et 0,9.
Suivant un mode de réalisation le produit gazeux chaud contenant des particules de cendre entrainées et du combustible solide non transformé est dirigé vers le fond de la sortie de la chambre de gazéification puis vers la chambre d'extinction contenant de l'eau.
Les gaz chauds sont évacués par un dispositif de dispersion tel qu'un tube plongeur ayant une extrémité inférieure dentelée sous la surface de l'eau d'extinction et refroidie par ce moyen. Au cours du procédé les particules entrainées sont humidifiées par de l'eau et les plus grosses particules qui sont généralement des agglo mérats à haute teneur en cendres sont dirigées vers le fond de la chambre d'extinction alors que les particules restantes sont dirigées vers la suspension de l'eau d'extinction.Pour obtenir l'élimination des particules solides les plus denses qui ont une haute teneur en cendres et qui ne restent pas dans la suspension dans l'eau d'extinction malgré l'agitation fournie par l'introduction du produit gazeux sous la surface, une sortie est placée au fond de la chambre pour l'élimination de ces grosses particules les plus denses.On élimine de préférence ces particules périodiquement par une trémie vérouillable fixée à la sortie du fond de la chambre d'extinction de telle sorte qu'il ne se produit aucune chute de pression pendant leur élimination Les particules de cendre restante et le combustible non transformé reste en suspension dans le milieu d'extinction alors qu'une partie de la suspension est éliminée périodiquement ou en continu vers une zone de décantation au fond de laquelle se forme un mélange de particules riches en carbone et de particules riches en cendre.
Suivant un autre mode de réalisation les particules entraßnées sont projetées à la surface dwun milieu d'extinction au repos dans lequel la plus grande partie des particules se décante en laissant une suspension de particules extra fines qui sont constituées essen- tiellement de 100 % de matiÚre minérale.
Pour rĂ©cupĂ©rer la matiĂšre charbonneuse ou le pro duit de carbonisation Ă  partir du mĂ©lange des-particules dĂ©cantĂ©es, celui-ci peut d'abord ĂȘtre traitĂ© pour Ă©limi- ner les particules de dimension supĂ©rieure Ă  0,84 mm qui tendent Ă  ĂȘtre de pures particules de scories plutĂŽt qu' au moyen par exemple d'un tami ou d'un sĂ©parateur en spirale pour produire un mĂ©lange contenant des particules pas plus grandes que 0,84 mm. Ces particules sont alors soumises Ă  un traitement de broyage pour rĂ©duire leur taille. Les particules sont broyĂ©es de prĂ©fĂ©rence Ă  une taille infĂ©rieure Ă  0,25 mm et de prĂ©fĂ©rence encore Ă  une taille infĂ©rieure Ă  0,149 mm. On peut utiliser n'importe quel moyen convenable qui produit un Ă©crasement, un dĂ©chirement ou une abrasion des particules.Comme exemple de tels dispositifs on peut citer les broyeurs Ă  bille ou Ă  rouleaux ou des dispositifs qui fournissent une agitation Ă  grande vitesse auquel cas les particules sont soumises Ă  une rĂ©duction de taille par contact mutuel.
La séparation des matiÚres charboneuses des scories est effectuée par flotation par moussage avec addition d'un agent de moussage et envoi de bulles d'air
vers le haut au travers de la suspension de particules.
Le rĂŽle de l'agent de moussage est de produire une mousse
ayant une stabilité appropriée. On peut utiliser plu
sieurs agents de mous sage tels que les alcools aliphatiques
en C5-C8, les acides crésyliques, les huiles de pin, les
polyéters hydroxyles tels que les polypropylÚne glycols,
le méthoxy tripropylÚne glycol et les paraffines alcoxy
substituees telles que le triéthoxy butane et leurs
mélanges. La flottation par moussage est bien connue dans
la technique et n'a pas besoin d'ĂȘtre dĂ©crite ici en
détails.
L'exemple suivant est donné à titre illustratif
sans - caractĂšre limitatif.
La matiÚre de départ utilise dans cet exemple était une suspension de particules solides finement divisées dans l'eau qui a été formée par extinction d'une vapeur de gaz de synthÚse obtenue par oxydation partielle de charbon finement divisé moulu pour que 50 % passe au travers d'un tami de-0,044 mm d'ouverture de maille. La suspension contenait environ 15 % en poids de produit solide dont 41,63 % en poids était supérieur à 0,250 mm 24,94 % en poids était comprise entre 0,250 et 0,800 mm et 33,43 % en poids était inférieure à 0,800 mm. On a fait passer un échantillon de la suspension au travers d'un tamis en utilisant un tamis de 0,250 mm d'ouverture de mailles et une partie de la suspension contenait les particules de dimension inférieure à 0,250 mm auquelles.
on avait ajouté 0,25 % envolume de méthyl isobutyl carbinol, cet échantillon a été traité dans un appareil de flottation de laboratoire de modÚle D-1 de la Denver
Equipment Company. AprÚs mélange de quelques secondes on a rendu possible l'aspiration de l'air par l'hélice de la chambre d'essai. I1 s'est formé une mousse qui s 'écou- lait sous le dessous du bord de la chambre dans un récepteur. La mousse a d'abord entraßné- un grand nombre de particules qui sont rapidement devenues des particules libres.
Les résultats obtenus ont été consignés dans le tableau 1, essai 1.
On a agitĂ© deux Ă©chantillons sĂ©pares de la suspension tamisĂ©e dans un melangeur de cuisine Ă  grande vitesse, l'un pendant 10 secondes et l'autre pendant une minute On a alors traitĂ© les Ă©chantillons dans la mĂȘme flottation de moussage pour faire l'essai 1. On a consigne les rĂ©sultats des essais 2 et 3 dans le tableau 1, dans l'essai 2 on a soumis la suspension pendant 10 secondes dans le mĂ©langeur et dans l'essai 3 on a soumis la suspension pendant une minute dans le mĂ©langeur
Les essais 4 et 5 consignĂ©s dans le tableau I sont pratiquement identiques.Dans chacun de ces essais on a soumis un Ă©chantillon de la suspension tamisĂ©e, et broyĂ© dans un broyeur Ă  billes jusqu'a ce que toutes les particules soient infĂ©rieures Ă  o, 149 mm Ă  un mĂȘme traitement de flottation par mous sage que dans les essais 1, 2 et 3.
TABLEAU I
Fraction de Fraction Récupération du produit
Essai flottation résiduaire de cafoenisation dans la
N cendres % cendres % flottation %
1 43,5 62,3 58,4
2 45,0 73,7 85,0
3 35,6 89,4 93,9
4 30,4 100,0 100,0
5 28,0 96,8 97,3
Ces résultats d'essai montrent clairement l'ef- fet intéressant du broyage des particules en suspension avant la flottation par moussage à la fois en ce qui concerne la récupération et la qualité du produit de carbonisation.
Non seulement le produit conforme Ă  l'invention peut ĂȘtre utilisĂ© dans des traitements de type courant d'un gazĂ©ifieur de charbon mais il peut Ă©galement permettre des quantites d'oxygĂšne faibles sans qu'il en rĂ©sulte de perte dans la transformation gĂ©nĂ©rale. Dans le cas d'une entrĂ©e d'oxygĂšne rĂ©duite, le gazĂ©ifieur fonctionne Ă  basse tempĂ©rature ce qui endommage moins le revĂȘtement rĂ©fractaire mais avec la remise en circulation du produit de carbonisation non transformĂ© la transformation gĂ©nĂ©rale s'effectue sans perte. L'invention permet Ă©galement de diminuer la concentration en cendres de la matiĂšre remise en circulation.
De nombreuses modifications et variations pourront ĂȘtre apportĂ©es aux diffĂ©rents modes de rĂ©alisation dĂ©crits, par les spĂ©cialistes, sans se dĂ©partir pour autant ni du cadre ni de l'esprit de l'invention.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Procédé de production de particules riches en carbone à partir d'un mélange de particules obtenues par oxydation partielle d'un combustible charbonneux so- lide caractérisé essentiellement en ce qu'il consiste à broyer les particules pour réduire leur taille et à soumettre ensuite la matiÚre broyée à un traitement de flottation par moussage pour obtenir une fraction de flottation contenant des particules riches en carbone.
2. Procédé selon-la revendication 1 caracteria sée en ce que l'on élimine de la suspension avant le broyage les particules ayant une dimension supérieure à 0,84 mm.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les particules sont broyées à une dimension inférieure à 0,25 mm.
4. Procédé selon lune quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les particules sont broyées à une dimension inférieure a 0,149 mm.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que la fraction de flottation est renvoyée dans la zone d'oxydation partielle.
6. ProcĂ©dĂ© de gazĂ©ification d'un combustible solide, caractĂ©risĂ© en ce qu' il consiste Ă  soumettre un combustible solide finement divisĂ© broyĂ© de façon qu' au moins 95 % en poids passe au travers d'un tamis de 1,41 mm d'ouverture de maille avant d'ĂȘtre soumis Ă  une oxydation partielle en vue de produire un gaz contenant du monoxyde de carbone et de l'hydrogĂšne et contenant des particules entraĂźnĂ©es, Ă  assembler lesdites particules entraĂźnĂ©es dans l'eau, Ă  broyer les particules assemblĂ©es pour rĂ©duire leur dimension, Ă  soumettre les particules broyĂ©es a une flottation par mous sage pour obtenir une fraction de flottation et une fraction rĂ©s i- duaire et Ă  renvoyer la fraction de flottation vers la zone d'oxydation partielle.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que 100 % du combustible solide finement divisé passe au travers d'un tamis de 0,85 mm d'ouverture de maille.
8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que on élimine des particules recueillies avant le broyage les particules de dimension supérieure à 0,84 mm.
9. Procédé selon la revendication & caractérisé en ce que les particules rassemblées restantes sont broyées à une dimension inférieure à 0,25 mm.
10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les particules rassemblées restantes sont broyées à une dimension inférieure à O, 149 mm.
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