FR2501222A1 - Systeme de gazeification - Google Patents

Abstract

SYSTEME DE GAZEIFICATION. DANS CE SYSTEME POUR INJECTER DU CHARBON ET DES FLUIDES DE TRAITEMENT DANS UN REACTEUR DE GAZEIFICATION A LIT FLUIDIFIE, TROIS TUBES CONCENTRIQUES 22, 24 ET 26 SONT PLACES VERTICALEMENT ET PENETRENT DE BAS EN HAUT DANS LE LIT FLUIDIFIE. LES PARTICULES DE CHARBON MELANGEES AU GAZ DE TRANSPORT SONT INJECTEES PAR L'INTERMEDIAIRE DU TUBE INTERIEUR 22, TANDIS QU'UN MELANGE DE VAPEUR ET D'OXYGENE, RICHE EN OXYGENE, EST INJECTE A TRAVERS UN ESPACE ANNULAIRE INTERIEUR 30 QUI ENTOURE LE TUBE INTERIEUR 22. UN ELEMENT GAZEUX RELATIVEMENT PAUVRE EN OXYGENE, TEL QUE DE LA VAPEUR, EST INJECTE A TRAVERS UN DEUXIEME ESPACE ANNULAIRE 36 QUI ENTOURE L'ESPACE ANNULAIRE INTERIEUR 30. APPLICATIONS: NOTAMMENT A LA FABRICATION DE PRODUITS GAZEUX COMBUSTIBLES A PARTIR DU CHARBON ET D'AUTRES MATIERES HYDROCARBONEES.

Description

2. 1222

Système de gazéification.

La présente invention a pu être réalisée dans le cadre d'un contrat conclu avec le gouvernement des Etats-Unis d'Amérique, représenté par le ministère américain de l'Energie,

sous le n' de référence EF-77-C-01-1514.

La présente invention se rapporte à des réacteurs à lit fluidifié qui créent un produit gazeux combustible à

partir de matières charbonneuses, et elle concerne plus par-

ticulièrement des moyens et des dispositions d'alimentation

de ces réacteurs.

L'une des formes les plus prometteuses de la produc-

tion d'énergie utile est la création de produits gazeux com-

bustibles à partir du charbon et d'autres matières hydrocar-

bonées. Parmi- ces systèmes, on mentionnera ceux qui utilisent des lits fluidifiés dans le procédé de gazéification comme le décrivent, par exemple, les brevets américains n0 3 804 606

et 3 847 563. Un système d'alimentation utilisé dans ces pro-

cédés comprend une injection de bas en haut dans un lit flui-

difié qui se trouve dans une cuve verticale. Ce système d'in-

jection se compose d'un tube intérieur, dans lequel s'écoulent

les particules de charbon et un gaz de transport, et d'une zo-

ne annulaire qui entoure le tube intérieur et dans laquelle passe un gaz oxydant tel que l'air, ou un mélange d'oxygène

et de vapeur. Le charbon, le gaz de transport et le gaz oxy-

dant sont refoulés vers le haut dans la tuyère de combustion.

En outre, un gaz de fluidification et de refroidissement, tel que la vapeur, est refoulé radialement à un niveau bas, en dessous de la zone de fluidification effective, pour faciliter

la séparation charbon-cendres.

Bien que ce système fonctionne de manière satisfai-

sante, des améliorations peuvent être apportées. On a remarqué,

par exemple, que les particules de charbon ont tendance à s'ag-

glomérer à la pointe supérieure du système d'injection, du fait principalement des températures élevées, et à former une accumulation de cendres. Les blocs de cendres peuvent être

importants, de l'ordre de 15,24 cm de long sur plusieurs cen-

timètres de large, comparativement aux autres particules de

cendres dont les dimensions permettent le passage dans un ta-

mis de 40. Les cendres accumulées se détachent ensuite des tu-

bes d'injection, en particulier lorsqu'il se produit une va-

riation de la vitesse d'inject-ion du gaz oxydant et, à cause des dimensions relativement irxoantes des IOCs foorles, el- les ont tendance à compliquer]e svacution ïar le fond de la cuve qui les contient. Cet inconvSniet est partic-alirement grave dans le cas de la gazeificc ion à!'aide d'un imlange d'oxygène et de vapeur. dan laqe1e tem.prature de la zone de combustion est voisine Ce L1 t%.E-uraturs de rarollissement

du charbon.

Afin de diminuer -Il'accaion de cendrez aqgglomé-

rées, on peut utiliser des débits Ljcr:ants de vupeur A vi-

tesse élevée, ce qui tendrait a ro'Tger les cendres agglomg-

rées. Cependant, une inject io eessçve de vapeur abaisse

d'une manière prâjudiciable le pouvoi7: calorifique et 3.l'éva-

cuation des cendres peut encore t:tre c-oliquée. Une injection excessive de vapeur a également des cosequences économiques au point de vue des frais d'investissement et d'exploitation

du système.

Pour augmenter le pouvoir ca!orifique du produit gazeux, il est souhaitable d'augmernter le rapport de l'oxygène à la vapeur pénétrant dans le génaLatent- de gaz. Cependant,

lorsque le pourcentage d'oxygène tgmen.te, le jet de combus-

tion a tendance à devenir plus chaud, ce qui conuit 3 une aug-

mentation de l'agglomération et, en conséquence, à une accu-

mulation indésirable de grosses particules de cendres.

L'objet principal de la présente invention est donc de fournir un système perfectionné de réacteur de gazéification qui permet d'utiliser des rapports plus élevés d'injection d'oxygène et des pouvoirs calorifiques accrus correspondants

du produit gazeux, tout en diminuant la possibillté d'accumu-

lation de grosses particules agglomérées de cendres et en as-

surant ainsi une plus grande souplesse d'évacuation des cen-

dres du réacteur.

Afin de réaliser cet objet, la présente invention consiste en un réacteur de gazéification à lit fluidifié, du type dans lequel des particules de matières charbonneuses sont

introduites dans une cuve verticale contenant un lit fluidi-

fié de combustion afin d'obtenir un produit gazeux combusti-

ble et des cendres. Le réacteur comprend un premier tube cy-

lindrique vertical qui se prolonge vers le haut dans la cuve, et un moyen pour injecter un mélange de particules de matières

charbonneuses et d'un gaz de transport, de bas en haut à tra-

vers ce premier tube et dans la cuve. Ce réacteur présente les

caractéristiques suivantes: un deuxième tube vertical con-

centrique au premier tubede manière à former avec celui-ci un espace annulaire intérieur; un moyen prévu pour injecter un mélange d'oxygène et de vapeur, riche en oxygène, de bas en haut à travers cet espace annulaire intérieur et à l'intérieur du lit fluidifié; un troisième tube vertical concentrique au deuxième tube,de manière à former un deuxième espace annulaire; et un moyen prévu pour injecter un mélange gazeux pauvre en oxygène, de bas en haut à travers ce deuxième espace annulaire

et à l'intérieur du lit fluidifié.

Les extrémités supérieures de ces tubes ont une con-

figuration telle que l'espace annulaire intérieur s'évase de

préférence suivant le profil d'un cône renversé, ce cône for-

mant un angle inférieur à 7 1/20 par rapport à la verticale.

On peut former la partie en profil de cône renversé de l'espa-

ce annulaire en effilant la paroi intérieure du deuxième tube jusqu'à obtenir une pointe presqu'en lame de couteau, et en

donnant à l'extrémité supérieure de la paroi extérieure du tu-

be intérieur, ou à une buse supérieure du tube intérieur, une

forme évasée généralement parallèle au cône du deuxième tube.

L'espace annulaire intérieur peut également se prolonger ver-

ticalement sur toute sa longueur sans évasement conique.

Un troisième tube entoure le deuxième tube et il est

espacé de clui-ci de manière à former un deuxième espace an-

nulaire. Le sommet de ce troisième tube atteint, de préféren-

ce, un niveau légèrement inférieur à ceux du tube intérieur et du deuxième tube. Il est préférable également que la paroi

du troisième tube soit effilée pour former une extrémité su-

périeure généralement en pointe. Le deuxième espace annulaire

peut recevoir des obturateurs contigus au deuxième et au troi-

sième tubes dans des sections choisies de l'espace annulaire, et qui impriment un régime d'écoulement pulsatoire au fluide

gazeux qui le traverse.

Les particules de charbon dans le gaz de transport, qui est de manière caractéristique un produit gazeux recyclé, sont injectées de bas en haut à travers le tube intérieur et dans le jet de combustion. Un mélange d'oxygène et de vapeur, qui peut contenir jusqu'à 80 % environ ou davantage d'oxygène en volume, est injecté dans l'espace annulaire intérieur et, du fait de la forme supérieure en c3ne renversé ou par suite de caractéristiques générales de dispersion, de bas en haut autour de la zone du jet de manière à former généralement une gaine autour du jet intérieur. La vapeur s'écoule à vitesse élevée dans le deuxième espace annulaire et elle est évacuée

de manière pulsatoire du fait de l'interaction des obturateurs.

La vapeur a tendance à balayer, en montant, l'extrémité supé-

rieure du deuxième tube, et ensuite à se disperser. Un autre

espace annulaire est formé autour du troisième tube et il per-

met d'évacuer le gaz de fluidification à un niveau beaucoup

plus bas afin d'augmenter la séparation charbon-cendres, com-

me on l'utilise dans l'art antérieur.

Les extrémités presqu'en lame de couteau diminuent les surfaces d'accumulation des cendres agglomérées, bien que le tube intérieur puisse fournir une surface supérieure accrue

ou une évacuation inclinée par rapport à la verticale est uti-

lisse. En outre, on a observé que, bien qu'on puisse introduire des pourcentages accrus d'oxygène dans le générateur de gaz,

ce qui tendrait à augmenter les températures dans la zone d'in-

jection du charbon et à provoquer une agglomération, le systè-

me décrit a tendance à former, autour du jet intérieur de com-

bustion, un jet de vapeur qui constitue, par rapport aux sys-

tèmes antérieurs, une enveloppe pauvre en oxygène. Les parti-

cules de charbon et de produits de carbonisation circulant

dans le lit fluidifié, pénètrent donc dans le jet de combus-

tion non pas à travers une couche de transition dont la teneur en oxygène passe d'une valeur faible à une valeur élevée, mais à travers une phase intermédiaire supplémentaire pauvre en oxygène. L'injection initiale des particules dans le jet a lieu

à vitesse élevée, de sorte que le temps de séjour des particu-

les est insuffisant pour que ces dernières puissent s'agglomé-

rer. L'agglomération, même dans le cas d'injections importan-

tes d'oxygène, est donc diminuée et le produit gazeux obtenu

présente un pouvoir calorifique plus élevé.

La présente invention sera bien comprise à la lectu-

re de la description suivante faite en relation avec les des-

sins ci-joints, dans lesquels: - la figure IA est une vue simplifiée, en coupe, de la cuve d'un réacteur de gazéification et d'un système d'injection suivant la présente invention; - la figure 1B est une vue en élévation, à grande

échelle et plus détaillée, des éléments inférieurs de la fi-

gure lA;

- la figure 2 est une vue en coupe, à grande échel-

le, de la partie supérieure du système d'injection représenté à la figure 1; - les figures 3 et 4 sont respectivement une vue en coupe et une vue en plan d'une partie du deuxième tube; - la figure 5 est une vue en coupe du troisième tube;

- la figure 6 est une vue en coupe d'une pièce rap-

portée à la partie supérieure du tube intérieur;

- la figure 7 est une vue en coupe d'un autre exem-

ple de réalisation, analogue à celui de la figure 2; - la figure 8 est une vue schématique en élévation

d'un jet de combustion, représentant les trajets caractéristi-

ques d'écoulement des particules dans un système de gazéifica-

tion; et - la figure 9 est une vue des régions traversées par

une particule suivant la présente invention.

On se reportera maintenant aux figures lA et 1B qui représentent un réacteur 10 à lit fluidifié sous pression pour former un produit gazeux combustible. Le lit fluidifié est

disposé à l'intérieur d'une cuve 12 comprenant une partie in-

férieure généralement cylindrique 14, une partie supérieure

généralement cylindrique 16 et de plus grand diamètre, un rac-

cordement 18 en forme de tronc de c8ne renversé, une grille 17 également en forme de tronc de cône renversé, et une partie cylindrique 19 pour l'évacuation des cendres. Les éléments

2 501222

nécessaires au procédé sont introduits dans le réacteur 10 par un système 20 d'injection qui comprend un tube intérieur 22, un deuxième tube 24, un troisième tube 26 et, à un niveau

inférieur, un tube extérieur 28 (figure 2). Un espace annulai-

re 30 est formé entre la surface extérieure 32 du tube inté- rieur 22 et la surface intérieure 34 du deuxième tube 24. Un deuxième espace annulaire 36 est forrmé entre le deuxième tube 24 et le troisième tube 26. Unr tisièmc espa.e annulaire 38

est formé entre le tube extérieur 28 et le tro sième tube 26.

Comme le représentent les figure5s.iA eC- ID, le tube intérieur 22, le deuxième tube 24 et le troiz- zme tube 2 se terminent

au voisinage du niveau de la grille i7.

Les parties supérieures du deuxième tube 24 et du troisième tube 26 sont représentées en détail aux figures 3,

4 et 5. Le deuxième tube 24 est effile à son exiri]iité supé-

rieure de manière à former une pointe supérieure effilée 40.

En réalité, la pointe 40 peut prendre das formes variêes, y

compris celle d'une surface arrondie. L'angle rc est, de pré-

férence, inférieur à 7 1/20 et, dans l'exemple caractéristi-

que de réalisation, il est égal a 5". Le deuxième tube 24 est pourvu également de moyens, tels que des obturateurs 42, pour imprimer un régime d'écoulement pulsatotre au fluide dans le

deuxième espace annulaire 35. D'autres types dc moyens d'é-

coulement pulsatoire peuvent être pr-rzus égale-ment dans le deuxième espace annulaire 36 ou dans l'appareil de pompage (non représenté) qui envoie le fluide dans le deuxième espace

annulaire 36. Le troisième tube 26 présente également une ex-

trémité pointue ou effilée 44. Dans l'exemple caractéristique de réalisation, les angles 9 et sont égaux respectivement à 100 et à 50. Une ouverture cylindrique 46, d'environ 13 ms de haut, est prévue à la partie supérieure du troisième tube

26. Lorsque le deuxième tube 24 est emmanché dans le troisie-

me tube 26, l'espace libre annulaire à la partie supérieure est de 0,69 mm, plus ou moins les tolérances. Les obturateurs 42 remplissent sensiblement le deuxième espace annulaire 36 aux endroits o ils sont placés, ne laissant qu'une tolérance d'environ 0,069 mm. Le troisième tube 26 se termini à environ 6,35 mm en dessous du deuxième tube 24, comme on le décrira ic501222

plus en détail avec référence à la figure 9.

La figure 6 représente un détail supplémentaire d'u-

ne tuyère intérieure 48 qui est fixée sur le tube intérieur

22 dont elle constitue l'extrémité supérieure. La tuyère in-

térieure 48 a une structure annulaire constituée d'un tronc

de c8ne renversé. L'angle à est égal à 5 . La figure 6 re-

présente également l'une des trois ailettes 50 d'espacement placées autour de la tuyère intérieure 48 pour mieux répartir l'écoulement dans l'espace annulaire intérieur 30. Le tube

intérieur 22, y compris la tuyère intérieure 48, étant dispo-

sé concentriquement dans le deuxième tube 24, la surface ex-

térieure 32 du tube intérieur 22 est généralement parallèle

à la surface intérieure 34 de la partie supérieure du deuxiè-

me tube 24, ces deux surfaces étant inclinées d'un angle in-

férieur à 7 1/20, et de préférence étal à 5 , par rapport à

la verticale. L'espace annulaire intérieur 30 se prolonge ain-

si verticalement vers le haut depuis le bas de la cuve 12 et il est incliné radialement vers l'extérieur et vers le haut à sa partie supérieure. D'autres configurations peuvent être utilisées pour réaliser une injection vers l'extérieur et vers

le haut.

Les dimensions recommandées pour l'exemple caracté-

ristique de réalisation décrit, qui ont été utilisées avec succès dans une unité de gazéification de 13,6 tonnes par jour pour la mise au point du procédé, sont résumées au tableau I.

TABLEAU I

DESIGNATION mm Diamètre intérieur du tube intérieur 25,4 Diamètre extérieur du tube intérieur 32,4 Diamètre extérieur de la tuyère intérieure 50,8 Diamètre intérieur de la tuyère intérieure 32,5 Diamètre extérieur du deuxième tube 60,3 Diamètre intérieur du deuxième tube 53,6 Diamètre extérieur du cercle d'obturateurs 61,6 Diamètre extérieur du troisième tube 88,9 Diamètre intérieur du troisième tube 78 Diamètre intérieur du sommet du troisième tube 61,7 Un deuxième exemple de réalisation est représenté

à la figure 7. Il diffère de l'exemple de réalisation repré-

senté à la figure 2 par le fait que l'espace annulaire inté-

rieur 30 ne se termine pas par une forme inclinée vers l'ex-

térieur, mais se prolonge verticalement sur toute sa hauteur. En conséquence, le tube intérieur 22 et le deuxième tube 24

sont cylindriques sur toute leur hauteur. Des pointes effi-

lées peuvent également être utiliees-. Le troisième tube 26 est, de préférence, conique et il se termine à 13 mm environ en dessous du tube intérieur 22 e& du deuxième tube 24. Huit obturateurs 42 sont espacés autour de la partie supérieure du deuxième tube 24. Une tuyère cylindrique 71, emmanche sur le tube intérieur 22, est également pré7ue. Cette tuyère 70 est fixée au deuxième tube 24 par trois ailettes 68. Ainsi, lors de la dilatation thermique des divers tubes, le tube intérieur

22 est libre de se dilater et de glisser axialement par rap-

port à la tuyère 70. Cependant, la tuyère 70 fournit un posi-

tionnement et un support latéral permettant de maintenir un

espace libre concentrique entre les tubes.

Si on le désire, l'espace annulaire intérieur 30

peut être pourvu de moyens pour couper une flamme qui pour-

rait inopportunément se former dans l'espace annulaire.

En fonctionnement, le réacteur transforme des parti-

cules de matière hydrocarbonée, telle que le charbon, en un produit gazeux combustible évacué par la tuyère extérieure 58 (figure 1A), et en cendres évacuées par une goulotte 60

montée au bas du réacteur (figure 1B). Dans le système carac-

téristique, les particules de charbon et le gaz de transport, qui est de préférence un produit gazeux combustible recyclé, sont injectés de bas en haut à travers le tube intérieur 22

et directement au centre d'un jet 62 de combustion (figure 8).

Un mélange d'oxygène et de vapeur est injecté de bas en haut

à travers l'espace annulaire intérieur 30 et, du fait de l'é-

vacuation inclinée par rapport à la verticale, suivant l'exem-

ple de réalisation de la figure 2, forme une enveloppe pauvre en oxygène autour du jet intérieur. Il est bien connu que, en l'absence d'une évacuation dirigée vers l'extérieur, un jet libre s'évasera vers l'extérieur suivant un angle d'environ 7 1/20 par rapport à la verticale. On a observé actuellement

qu'un jet de combustion dans le système de fluidification dé-

crit, a tendance également à s'évaser suivant un angle de

7 1/20 par rapport à la verticale. En réglant l'angle d'éva-

cuation, on élargit la zone de diffusion parmi les courants d'évacuation. La vapeur est injectée à vitesse élevée, de bas en haut, à travers le deuxième espace annulaire 36 et dans le lit

fluidifié. La vapeur tend à former une gaine de refroidisse-

ment autour du jet intérieur de combustion. Cette gaine de va-

peur joue le r8le d'une phase pauvre en oxygène autour du jet.

Par conséquent, les particules de charbon ou de produits de carbonisation circulant dans le lit fluidifié et qui pénètrent dans la zone de combustion depuis les régions extérieures, n'entrent dans le jet qu'après avoir traversé la gaine pauvre en oxygène. Cet effet de gaine est réalisé dans l'exemple de

réalisation représenté aux figures 2 et 7.

L'écoulement général des particules charbonneuses se fait de bas en haut par le tube intérieur 22 et rapidement à travers la région centrale du jet de combustion. Ce passage initial par la région centrale du jet est suffisamment rapide pour empêcher une agglomération sensible. Les particules sont maintenues ensuite dans la partie supérieure et la partie de

raccordement de la cuve, dans le lit fluidifié, et elles péné-

trent dans le jet de combustion et le traversent comme le re-

présente la figure 8. Ce processus se poursuit jusqu'à ce que la densité des particules soit telle que la tendance à la fluidification soit diminuée et que les particules résultantes de cendres s'écoulent vers le bas afin d'être évacuées de la

cuve.

Du fait des configurations décrites, deux effets se

combinent donc pour diminuer les précédentes possibilités d'ag-

glomération. Tout d'abord, comme le jet de combustion est re-

lativement comprimé dans la région locale rétrécie d'injection du charbon, ce jet se déplace à une plus grande vitesse de sorte que les particules de charbon le traversent rapidement et, en conséquence, ne restent pas dans une région de haute température locale pendant un temps suffisant pour réunir les conditions d'agglomération. L'agglomération est donc diminuée,

même si des quantités accrues d'oxygène scit utilisées avanta-

geusement pour donner un produit gazeux à pouvoir calorifique plus élevé. Ensuite, les particules de charbon et de produits

de carbonisation circulant dans le lit fluidifié depuis l'ex-

térieur et traversant le jet de combustion, pênàtrent dans ce

jet en passant par une phase formant une enveloppe interri-

diaire, à plus faible teneur en c gèrne, qui tend à réaliser la gazéification en plusieurs st4.àes à la dfiffrence d'un

état d'appauvrissement rapide e carbone qui est caractéris-

tique de l'agglon;ération.

Les régions de la gazëification en plusieurs stades, sont représentées à la figure 9. Uïn-e particule 72= qui pénètre dans le jet à partir de son enveloppe extérieure, traverse d'abord une région extérieure 74 conrtenant de la vapeur. Cette

vapeur vient du deuxième espace annulaire 36 et elle se dé-

tend vers le haut et vers l'extérieur, formant d'une manière

générale un angle de 7 1/20. La région 74 contenant de la va-

peur représente ane zone gnéirale pasvze en oxygène. rComme le représente la figure, du fait que Ilextrémité supérieure du

troisième tube 26 est située légèrement en dessous de l'extré-

mité supérieure du deuxième tube 24, la partie intérieure du courant de vapeur balaie, en montante la surface extérieure 76

du deuxième tube 24 et passe ensuite sur son extrémité supé-

rieure. Cette action de balayage facilite la diminution d'une accumulation sensible 78 de cendres formres par agglomération du charbon. Les dimensions et la forme relatives des supports des divers tubes doivent assurer icart de niveau représenté, aux températures normales de fonctionnement, compte tenu des

dilatations thermiques relatives.

La particule 72 continuant à se déplacer vers l'in-

térieur, pénètre dans une région intermédiaire 80 qui est for-

mée de manière prédominante par l'écoulement de vapeur riche en oxygène provenant de l'espace annulaire intérieur 30. Selon

que cet écoulement est dirigé intentionnellement vers l'exté-

rieur en formant un certain angle ou qu'il est vertical, il

s'évase et la vapeur se mélange avec celle de la région ex-

térieure 74, formant ainsi deux zones générales 80' et 80", la zone 80" ayant une concentration en oxygène plus élevée que il la zone 80'. La droite 82 en traits interrompus représente la limite du charbon et du gaz de transport qui sortent du tube

intérieur 22 et qui traversent rapidement le jet de combustion.

La particule 72 traverse donc une série de régions 74, 80' et 80' dont la teneur en oxygène augmente progressi- vement. De cette manière, on évite un appauvrissement rapide

indésirable en carbone et on diminue le phénomène d'aggloméra-

tion.

On se reportera de nouveau à la figure 2. Un gaz sup-

plémentaire de refroidissement et de fluidification, tel que de la vapeur ou un produit gazeux recyclé, est injecté de bas en haut dans le troisième espace annulaire 38 et il s'écoule radialement et de préférence vers le bas dans le réacteur, à

un niveau inférieur à celui des éléments décrits ci-dessus.

Cet élément facilite en particulier la séparation charbon-

cendres et l'évacuation de ces dernières.

La vitesse d'injection du charbon et du gaz de trans-

port doit être supérieure à la vitesse critique d'engorgement

par les particules. Dans l'unité de gazéification de 13,6 ton-

nes par jour, citée en exemple, on a effectué avec succès des

essais de transport de particules solides, dont la concentra-

tion variait de 0 à 70 % en poids, dans un produit gazeux re-

cyclé et à des vitesses locales de pointe comprises entre 9

et 22 m/sec. Le système permet d'obtenir dans le mélange oxy-

* gène-vapeur une concentration élevée en oxygène, jusqu'à 70 à % en volume et même davantage. L'utilisation d'un mélange

oxygène-vapeur a permis de démontrer le succès du fonctionne-

ment dans le cas de mélanges contenant jusqu'à 80 % d'oxygène

en volume et à des vitesses de 15 à 50 m/sec, pour le traite-

ment de divers charbons tels que Pittsburgh Steam, Ohio no 9,

Indiana, Wyoming Sub-C, Western Kentucky no 9 et Texax Lignite.

La température du gaz de transport est, de préférence, voisi-

ne de 2600C. Il est probable que le succès du fonctionnement peut être obtenu pour des concentrations en oxygène atteignant 100 %. Les mêmes charbons ont été traités avec succès à l'aide

d'un mélange d'air et de vapeur injecté depuis l'espace annu-

laire intérieur 30, avec une concentration en oxygène d'envi-

ron 21 % en volume et des vitesses comprises entre 15 et 91 m/sec. On peut donc régler, comme on le désire, le pourcentage

effectif d'oxygène entre 21 % et 100 % environ, selon le pou-

voir calorifique souhaité du produit gazeux et les caractéris-

tiques des particules de matière alimentant le réacteur. La vapeur supplémentaire formant vaine est injectée de preféren- ce à une vitesse élevée, supérieure à 30,5 m/sec; des essais jusqu'à 46 m/sec ont été réussis. D'autres l.mernts gazeux

peuvent être utilisés également dens le deuxivme espace annu-

laire 36, pour autant qu'une teneur rlativement faible en o-

xygène soit maintenue par rapport à l'espace annulaire inté-

rieur. Par exemple, on a utilis6 avec succès le gaz carboni-

que. Ce dernier est particulièrement approprié dans la phase de démarrage, lorsque les températures de fonctionne.ent n'ont

pas encore été atteintes.

Les vitesses relatives des trois éléments injectés

doivent être réglées de telle manière que l'injection intérieu-

re des particules se fasse au-dessus de la vitesse critique

d'engorgement et suffisamment rapidement pour éviter l'agglo-

mération pendant le passage initial des particules à travers la partie centrale du jet. En outre, l'écoulement dans le

deuxième espace annulaire 36 doit se faire à une vitesse infé-

rieure ou égale à la vitesse d'écoulement dans l'espace annu-

laire intérieur 30. Cette dernière relation est maintenue, de préférence, afin de permettre un évasement relativement libre des parties supérieures des régions pauvres en oxygène. Une réduction de cet évasement, par suite d'un écolement excessif de vapeur, aurait tendance à resserrer le jet vers l'intérieur et à diminuer le volume des zones pauvres en oxygène. D'autre

part, si la vitesse d'injection de la vapeur dans l'espace an-

nulaire extérieur est trop faible par rapport à la vitesse d'injection de la vapeur et de l'oxygène dans l'espace annu-

laire intérieur, le jet aura tendance à se disperser trop ra-

pidement et il en résultera une perte du bénéfice attaché aux

régions multiples. Dans ces conditions, le réacteur fonction-

nerait comme s'il n'existait aucunes zones distinctes et, en conséquence, ii se produirait une agglomération. Il est donc préférable que le rapport de la vitesse d'injection dans le deuxième espace annulaire à la vitesse d'injection dans l'espace annulaire intérieur, soit compris entre 70 % et 85 % environ,

et de préférence égal à 80 % environ.

Pour l'appréciation de certaines des valeurs de me-

sure indiquées ci-dessus, on doit tenir compte du fait qu'el-

les proviennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en

unités métriques.

La présente invention n'est pas limitée aux exemples

de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contrai-

re-susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront

à l'homme de l'art.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Réacteur de gazéification a lit fluidifié, du ty-

pe dans lequel des particules de matières charbonneuses sont introduites dans une cuve verticale contenant un lit fluidifié de combustion afin d'obtenir un produit gazeux combustible et des cendres, comprenant un premier tube cylindrique vertical qui se prolonge vers le haut dans la cuve et un moyen pour injecter un mélange de particules de matières charborneuses et d'un gaz de transport, de bas e, halat à traysrs ce premier tube et dans la cuve, ce réacteur et-ant caractérisé en ce qu'un deuxième tube vertical (24) est concentrique au premier

tube (22) de manière à former avec celui-ci un espace annulai-

re intérieur (30); en ce qu'un moyen est prévu pour injecter un mélange d'oxygène et de vapeur, riche en oxygène, de bas

en haut à travers l'espace annulaire intérieur (30) et à l'in-

térieur du lit fluidifié; en ce qu'un troisième tube vertical

(26) est concentrique au deuxième tube (24) de manière à for-

mer un deuxième espace annulaire (36), et en ce qu'un moyen est prévu pour injecter un mélange gazeux pauvre en oxygène, de bas en haut à travers ce deuxième espace annulaire (36)

et à l'intérieur du lit fluidifié.

2. Réacteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième et le troisième tubes sont effilés de

manière à former des extrémités supérieures pointues.

3. Réacteur suivant l'une des re.:endtcations 1 ou 2, caractérisé en ce que les parties supérieures du tube intérieur

(22) et du deuxième tube (24) ont une forme telle que la par-

tie supérieure de l'espace annulaire intérieur (30) s'écarte vers l'extérieur en formant un angle inférieur à 7 1/20 par

rapport a la verticale.

4. Réacteur suivant la revendication 3, caractérisé

en ce que cet angle est égal à 5" environ.

5. Réacteur suivant l'une des revendications 3 ou 4,

caractérisé en ce que la partie supérieure du tube intérieur

(22) a la forme d'un tronc de cône annulaire renversé.

6. Réacteur suivant l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 5, caractérisé en ce que le sommet du troisième tu-

be est situé à 13 mm environ en dessous du sommet du deuxième tube.

7. Procédé de fonctionnement d'un réacteur de gazéi-

fication dans lequel des particules de matière charbonneuse sont introduites dans une cuve verticale contenant un lit fluidifié de combustion afin d'obtenir un produit gazeux com-

bustible et des cendres, et dans lequel un mélange de ces par-

ticules de matière charbonneuse et d'un gaz de transport est introduit verticalement de bas en haut dans le lit fluidifié, ce procédé étant caractérisé en ce qu'un mélange d'oxygène et

de vapeur est introduit de bas en haut dans le lit afin d'en-

tourer le mélange de particules et de gaz de transport; et en ce qu'un élément gazeux pauvre en oxygène est injecté de bas en haut dans le lit afin d'envelopper le mélange d'oxygène

et de vapeur.

8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le mélange de particules et de gaz de transport et le mélange d'oxygène et de vapeur sont injectés dans le lit

fluidifié approximativement au même niveau; et en ce que l'é-

lément gazeux pauvre en oxygène est injecté dans le lit fluidi-

fié à un niveau légèrement inférieur.

9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément gazeux pauvre en oxygène est injecté à un niveau qui se situe à 13 mm environ en dessous du niveau des injections du mélange de particules et de gaz de transport,

et du mélange d'oxygène et de vapeur.

10. Procédé suivant l'une des revendications 8 ou 9,

caractérisé en ce que le mélange d'oxygène et de vapeur est injecté de bas en haut dans le lit suivant un angle d'évasement vers l'extérieur qui est inférieur à 7 1/20 par rapport à la

verticale.

11. Procédé suivant l'une des revendications 8, 9

ou 10, caractérisé en ce que la vapeur est injectée dans le

lit selon un régime pulsatoire.

12. Procédé suivant l'une quelconque des revendica-

tions 8 à 11, caractérisé en ce que le mélange de particules et de gaz de transport est injecté à une vitesse supérieure à la vitesse critique d'engorgement par les particules; en ce que le mélange d'oxygène et de vapeur est injecté à une vitesse supérieure à la vitesse d'injection du mélange de particules et de gaz de transport; et en ce que l'élément gazeux pauvre en oxygène est injecté à une vitesse comprise entre 70 % et

% de la vitesse d'injection du mélange d'oxygène et de va-

peur.

13. Procédé suivant l'une quelconque des revendica-

tions 8 à 12, caractérisé en ce que la vitesse d'injection du

mélange de particules et de gaz de transport est comprise en-

tre 12 et 19 m/sec; et en ce que la vitesse d'injection du

mélange d'oxygène et de vapeur est supérieure 2 21 m/sec.

14. Procédé suivant l'une quelconque des revendica-

tions 11 à 13, caractérisé en ce que le mélange dtoxygène et

de vapeur est injecté avec une concentration en oxygène supé-

rieure à 70 % en volume.