FR2503177A1 - Procede de production de gaz contenant h2 et co, notamment a partir de charbon ou de coke - Google Patents
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Abstract
PROCEDE DE GAZEIFICATION DE PARTICULES CARBONEES DANS UNE ZONE DE GAZEIFICATION (ZONE 9) AVEC CHAUFFAGE INDIRECT PAR UN ECHANGEUR DE CHALEUR 3B PARCOURU PAR UN FLUIDE CALOPORTEUR ENVOYE EN CIRCUIT FERME, LES PARTICULES CARBONEES SONT PARTIELLEMENT GAZEIFIEES, PUIS ENVOYEES DANS UNE ZONE DE COMBUSTION 10 ET ELLES SONT BRULEES AVEC DE L'AIR, LE FLUIDE CALOPORTEUR REFROIDI DANS LA ZONE DE GAZEIFICATION ETANT ENVOYE DANS UN ECHANGEUR DE CHALEUR 3A DANS LA ZONE DE COMBUSTION ET RENVOYE DANS L'ECHANGEUR DE CHALEUR DE LA ZONE DE GAZEIFICATION; LE FLUIDE CALOPORTEUR PARCOURT UN AUTRE ECHANGEUR DE CHALEUR D'UNE SOURCE D'ENERGIE SUPPLEMENTAIRE 21 ET L'ON ENVOIE DANS LA ZONE DE GAZEIFICATION ET DE COMBUSTION DES QUANTITES PREDETERMINEES DE PARTICULES CARBONEES ET DE GAZ DE REACTION.
Description
L'invention concerne un procédé de production de gaz contenant H2 et CO (gaz formé) par gazéification partielle de particules carbonées de faible granulométrie, telles que du charbon ou du coke, qui sont gazéifiées partiellement dans une zone de gazéification fonctionnant sous forme d'une couche fluidisée, avec par exemple de la vapeur comme agent de gazéification et avec un chauffage indirect à l'aide d'au moins un échangeur de chaleur plongé dans la couche fluidisée, parcouru par un fluide en circulation en tant que fluide caloporteur, dans lequel',
a) le résidu de particules provenant de la zone de gazéification apparaissant dans cette opération est envoyé dans une zone de combustion montée à la suite de celle-ci et est brulé dans celle-ci, dans une couche fluidisée engendrée par exemple par de l'air,et le gaz de combustion se formant est éliminé,
b) le fluide caloporteur refroidi dans la zone de gazéification est envoyé dans un échangeur de chaleur dans la zone de combustion,
c) le fluide caloporteur chauffé par la chaleur de combustion libérée est renvoyé à l'échangeur de chaleur de la zone de gazéification.
a) le résidu de particules provenant de la zone de gazéification apparaissant dans cette opération est envoyé dans une zone de combustion montée à la suite de celle-ci et est brulé dans celle-ci, dans une couche fluidisée engendrée par exemple par de l'air,et le gaz de combustion se formant est éliminé,
b) le fluide caloporteur refroidi dans la zone de gazéification est envoyé dans un échangeur de chaleur dans la zone de combustion,
c) le fluide caloporteur chauffé par la chaleur de combustion libérée est renvoyé à l'échangeur de chaleur de la zone de gazéification.
Un des problèmes principaux que pose la gazéification du charbon réside dans la fourniture de quantités suffisantes d'énergie thermique à un niveau de température d'environ 700 à 11000C. Diverses solutions ont été décrites dans la DOS nO 29 03 985. Il s'agit ici de procédés dans lesquels l'apport de chaleur de gazéification est essentiellement constant dans le temps ou peut être maintenu constant.
Il est également connu (D.W. Gregg et coll.,
Solar Energy, vol. 24, p. 313 à 321) de gazéifier le charbon à l'aide d 'énergie solaire. Dans ce cas, une technique sophistiquée est nécessaire et l'on doit résoudre le problème de la compensation des variations naturelles de puissance de l'énergie solaire par des sources d'énergie de remplacement.
Solar Energy, vol. 24, p. 313 à 321) de gazéifier le charbon à l'aide d 'énergie solaire. Dans ce cas, une technique sophistiquée est nécessaire et l'on doit résoudre le problème de la compensation des variations naturelles de puissance de l'énergie solaire par des sources d'énergie de remplacement.
Le couplage de sources d'énergie présentant de fortes variations de puissance dans un processus de gazéification classique a achoppé jusqu'à présent sur le fait que les réacteurs nécessaires pour les divers processus partiels ne peuvent pas être couplés entre eux avec la souplesse suffisante.
L'invention a donc pour but de permettre l'utilisation alternative dans un procédé du type indiqué c-dessus, de diverses sources d'énergie pour la gazéification du charbon et également de compenser rapidement les variations de puissance se produisant avec ces sources d'énergie; elle propose en outre un procédé de gazéification très souple dans l'ensemble, qui peut être commandé pour également pouvoir s'adapter à des pointes de demande en quantité de gaz formée dans le procédé ou d'énergie thermique libérée.
Ce but est atteint grace à un procédé du type défini ci-dessus qui est caractérisé en ce que des quantités déterminées à 1'avance de particules carbonées et de gaz de réaction sont envoyées à chaque fois dans la zone de gazéification et dans la zone de combustion.
Dans ce procédé, c1 est l'hélium qui convient le mieux comme fluide caloporteur introduit dans le cycle.
Comme source d'énergie supplémentaire, on peut envisager des réacteurs nucléaires à haute température, des capteurs solaires ("héliostats"), des accumulateurs géothermiques ou encore des réacteurs thermonucléaires utilisant la chaleur perdue au cours des procédés à haute température, ainsi que d'autres sources d'énergie, principalement celles qui présentent des variations de puissance, comme l'énergie éolienne ou l'énergie marémotrice. Un avantage important du procédé de l'invention consiste en sa capacité élevée d'adaptation à l'apport d'énergie de la source d'énergie supplémentaire. De cette manière, on peut aussi utiliser des sources d'énergie moins facilement exploitables jusqu'à présent, ou changer de type d'énergie suivant l'offre sur le marché de l'énergie.Il est étonnant qu'une adaptation aussi souple du processus de gazéification à l'énergie thermique disponible dans chaque cas pour la gazéification et aux besoins en gaz formé soit rendue possible par la combinaison de dispositions conforme à l'invention.
Les quantités de particules carbonées envoyées à chaque fois dans la zone de gazéification et dans la zone de combustion se déterminent d'après les besoins en gaz formé et l'apport de chaleur de la source d'énergie supplémentaire. En règle générale, on stef- force, pour la conduite de la zone de gazéification, d'obtenir une production de gaz aussi constante que possible dans le temps, même dans le cas d'un apport variable d'énergie supplémentaire, et en même temps de faire réagir le charbon mis en jeu dans l'ensemble du procédé d'une manière aussi complète que possible.
En conséquence, la quantité et le temps de séjour des particules de charbon dans la zone de gazéification doivent être réglés selon des critères connus en soi, les particules carbonées partiellement gazéifiées arrivant dans la zone de combustion étant fournies en quantité telle que les besoins de chaleur pour la réaction de gazéification soient couverts par la source d'énergie supplémentaire.
Dans le cas d'une diminution de l'apport de chaleur de la source d'énergie supplémentaire, l'énergie thermique qui doit alors être apportée en remplacement pour la gazéification est fournie par une augmentation conforme à l'invention de la quantité de particules carbonées envoyée dans la zone de combustion et de la quantité de gaz de combustion. La production de chaleur dans la zone de combustion est proportionnelle à la quantité de carbone qui est introduite et, étant donné que la vitesse de réaction est très élevée et que l'alimentation en air est modifiée proportionnellement à celle-ci, il ne se produit pratiquement pas de retards ou de temps morts dans la mise à disposition de l'énergie de gazéification.De cette manière, on peut par exemple compenser même des formations de nuages inattendues ét rapides, et la diminution concomittante de l'apport d'énergie des héliostats, sans qu'il soit nécessaire pour cela de disposer de réservoirs d'énergie spéciaux.
Une manière de procéder préférée consiste à produire une quantité de gaz constante, indépendamment de la puissance de la source d'énergie supplémentaire.
On doit en outre,conformément à l'invention, gazéifier toujours la même quantité de charbon et, en fonction de la puissance de la source d'énergie supplémentaire, envoyer dans la zone de combustion une quantité déterminée de résidu cokéfié et l'y brûler. Ceci entraîne également une variation simultanée du courant de particules carbonées dans la zone de gazéification et la zone de combustion.
Mais, il est également possible, ce qui est surprenant, de faire fonctionner la zone de combustion dans des conditions de fonctionnement très constantes (courant massique de particules carbonées envoyé dans celle-ci et quantité de gaz de combustion) et d'amortir ainsi les variations de puissance de la source d'énergie supplémentaire, c'est-à-dire d'utiliser constamment à plein l'apport total d'énergie et de garantir une gazéi
fication avec la quantité correcte d'énergie de gazéi
fication, à la température voulue. On y parvient conformément à l'invention en faisant varier le courant de particules contenant du charbon entrant dans la zone de gazéification et la quantité de gaz de gazéification.De cette manière, on fait varier, en modifiant le temps de séjour des particules carbonées, la quantité de gaz produite et on l'adapte ainsi à l'apport d'énergie de la source d'énergie supplémentaire. Mais, la combustion dans la zone de combustion reste ici exactement aussi complète qu'auparavant, de sorte que le rendement de l'installation globale reste constant malgré la variation de l'apport d'énergie.
fication avec la quantité correcte d'énergie de gazéi
fication, à la température voulue. On y parvient conformément à l'invention en faisant varier le courant de particules contenant du charbon entrant dans la zone de gazéification et la quantité de gaz de gazéification.De cette manière, on fait varier, en modifiant le temps de séjour des particules carbonées, la quantité de gaz produite et on l'adapte ainsi à l'apport d'énergie de la source d'énergie supplémentaire. Mais, la combustion dans la zone de combustion reste ici exactement aussi complète qu'auparavant, de sorte que le rendement de l'installation globale reste constant malgré la variation de l'apport d'énergie.
La souplesse du procédé est augmentée de manière avantageuse en envoyant conformément à l'invention dans la zone de combustion du charbon pauvre d'une origine quelconque. De cette façon, des produits carbonés de qualité inférieure peuvent être soumis, dans des périodes d'apport d'énergie faible ou nul par la source d'énergie supplémentaire, à une exploitation aussi complète que possible de leur teneur en carbone, ce qui influe favorablement sur l'exploitation des gisements de charbon existants.Le courant de particules carbonées partiellement gazéifiées (résidu de coke) provenant de la zone de gazéification, qui entre dans la zone de combustion, ou le courant de charbon pauvre additionnel, par exemple, qui entre dans la zone de combustion sont determines par les besoins en énergie de la zone de gazéification, ainsi que par l'apport d'énergie thermique disponible grâce à la source d'énergie supplémentaire.
Un montage en série conforme à l'invention du courant de fluide caloporteur permet l'utilisation de sources d'énergie supplémentaires, pour lesquelles les températures de sortie sont insuffisantes pour l'utilisation dans un procédé de gazéification. On a constaté par exemple qu'il serait plus simple, dans le cas d'un réacteur nucléaire à haute température pour la fourniture d'énergie pour la gazéification du charbon, que le fluide caloporteur chauffé par celui-ci puisse avoir une température de sortie un peu plus faible qu'il n'est nécessaire pour l'utilisation directe dans une unité de gazéification du charbon. En pareil cas, il peut se produire une surchauffe momentanée du fluide caloporteur par une combustion des particules carbonées partiellement gazéifiées régulée en fonction des besoins en chaleur.Cette manière de procéder est particulièrement intéressante lorsque l'apport de chaleur de la source d'énergie supplémentaire est non seulement trop faible en ce qui concerne la température, mais encore varie quantitativement en fonction du temps.
On choisira toujours le montage en parallèle conforme à l'invention de la zone de combustion et de la source d'énergie supplémentaire lorsque la température de la chaleur fournie par la source d'énergie supplémentaire est suffisamment élevée et que l'on doit simplement compenser des variations de puissance.
Dans ce cas, dans l'hypothèse d'un apport de chaleur suffisant par la source d'énergie supplémentaire, la production de chaleur de la zone de combustion peut être réduite pratiquement à zéro, en évacuant par exemple les particules carbonées, partiellement gazéifiées quittant la zone de gazéification et en les envoyant dans un accumulateur intermédiaire pour une utilisation ultérieure dans la zone de combustion.
Mais un montage en parallèle est également possible dans le cas d'un apport d'énergie réduit, de façon constante ou temporaire, de la source d'énergie supplémentaire; le chauffage final du fluide caloporteur est alors obtenu par le fait que le fluide caloporteur chauffé dans la zone de combustion présente une température corrélativement plus élevée, c'est-à-dire que la combustion régulée de manière appropriée et le mélange en fluide caloporteur des sources d'énergie supplémentaires sont adaptés aux besoins résiduels de cette dernière en ce qui concerne la température et la quantité d'énergie.
Grâce à l'utilisation conforme à l'invention d'une source d'énergie supplémentaire présentant des variations de puissance spécifiques, qui ont été expliquées plus haut, la souplesse de l'adaptation aux besoins en énergie de gazéification que permet d'obtenir le procédé de l'invention peut être mise à profit et l'on utilise en même temps au mieux le carbone récupérable dans les particules carbonées.Les avantages les plus importants sont obtenus dans le cas d'une association avec une source d'énergie solaire, car d'une part ces sources d'énergie permettent de fournir un niveau de température suffisamment élevé, mais d'autre part les variations de puissance sont particulièrement élevées, ce qui conduit normalement à l'obligation de mesures techniques très importantes pour compenser dans une certaine mesure les variations de puissance de cette énergie sous forme d'accumulation de chaleur, etc.
Outre une adaptation à l'énergie thermique disponible pour l'opération de gazéification, le procédé peut conformément à un autre mode de réalisation, être appliqué de façon telle que les courants massiques de particules carbonées et de gaz réactionnels envoyés dans la zone de gazéification et dans la zone de combustion soient adaptés aux besoins en gaz formé et à la puissance thermique de la source d'énergie supplémentaire. En particulier, il est possible de cette façon, en évitant des variations, de produire une quantité de gaz utile constante ou souhaitée ou de répondre à des besoins de pointe en gaz utile.
Une manière préférée d'appliquer le procédé de l'invention consiste à faire varier la quantité de gaz de gazéification, pour une puissance constante de la source d'énergie supplémentaire. Dans la mesure où une augmentation de la quantité de gaz produite doit être réalisée, on doit gazéifier davantage de particules carbonées et par conséquent fournir davantage d'énergie dans la zone de gazéification; ceci signifie que l'on doit augmenter à la fois la quantité de particules carbonées introduite dans la zone de gazéification en la quantité de particules partiellement gazéifiées envoyées dans la zone de combustion. Si par contre on se propose de réduire la quantité de gaz formé, on doit gazéifier moins de particules carbonées.On se trouve ici devant une alternative: ou bien on réduit la puissance de la source d'énergie supplémentaire et on réduit simultanément le courant de particules carbonées envoyé dans la zone de gazéification, tandis que la quantité de particules transférées dans la zone de combustion reste constante. Cette manière de procéder a également pour conséquence une réduction du courant produit accessoirement. Ou bien on garde constante la puissance de la source d'énergie supplémentaire, et on diminue le courant de -particules carbonées entrant dans la zone de gazéification. En fonction du degré de gazéification qui s'établit, on doit faire passer dans la zone de combustion une quantité définie de particules carbonées partiellement gazéifiées. Il en résulte une production de courant accrue.
D'autre buts, caractéristiques, avantages et possibilités d'application de la présente invention ressortiront de la description ci-après des exemples d'exécution sur la base des dessins annexés. Toutes les caractéristiques décrites et/ou.représentées par lesfigures,en soi ou dans toute combinaison judicieuse, font l'objet de l'invention.
La Fig. 1 représente un schéma de principe de montage en parallèle;
la Fig. 2 est une représentation conforme à la
Fig. 1 avec un montage en série.
la Fig. 2 est une représentation conforme à la
Fig. 1 avec un montage en série.
Dans les figures un générateur de gaz 1 se compose d'un récipient horizontal, de préférence cylindrique, connu en soi, dans la partie inférieure duquel deux couches sont maintenues à l'état fluidisé, dans une cuve 2 faisant office de fond de fluidisation.
Dans les couches fluidisées, sont plongés des échangeurs de chaleur 3a et 3b parcourus par un fluide de transfert thermique et fonctionnant en circuit caloporteur fermé. Une canalisation 4 issue de l'échangeur de chaleur 3b transporte le fluide caloporteur refroidi jusqu'à un ventilateur 5, puis le ramène, en passant par une source d'énergie supplémentaire 21 qui sera décrite ci-après, vers autre échangeur de chaleur 3a prélevant une quantité de chaleur supplémentaire et de là à l'échangeur de chaleur 3b où de la chaleur est cédée (conformément à la variante de la Fig. 2), soit envoie ce fluide par deux canalisations 4a et 4b montées en parallèle, directement à l'échangeur de chaleur 3a,puis à l'échangeur de chaleur 3b, soit envoie ce fluide, en passant par la source d'énergie supplémentaire 21, directement à l'échangeur de chaleur 3b (conformément à la variante de la Fig. 1).
Le générateur de gaz 1 possède, dans la zone de la première couche fluidisée, dans laquelle l'échangeur de chaleur 3b est plongé, un orifice d'introduction 6 pour du charbon ou du cocke pulvérisé, à gazéifier partiellement, qui peuvent avoir une granulométrie généralement connue pour les procédés en couche fluidisée. Par un autre orifice d'admission 7 éventuellement présent, dans la zone de l'autre couche fluidisée dans laquelle plonge l'échangeur de chaleur 3a, on peut en cas de besoin introduire du charbon, par exemple un charbon pauvre bon marché, pour entretenir la combustion réalisée dans cette couche fluidisée.
Le charbon à gazéifier partiellement introduit par l'orifice d'introduction 6 quitte par l'orifice de sortie 8 la zone de gazéification 9 qui revêt la forme d'une couche fluidisée. L'orifice de sortie 8 se trouve de préférence à l'extrémité de la zone de gazéification 9 à l'intérieur du générateur de gaz 1 opposée par rapport à l'orifice d'admission 6, de préférence au voisinage du fond. Comme les couches fluidisées se comportent comme des liquides, il se produit automatiquement, par chargement de la zone de gazéification avec du charbon à gazéifier par l'orifice d'admission 6 et extraction de charbon partiellement gazéifié par l'orifice de sortie 8, dans le sens de la longueur de la zone de gazéification, un transport des particules carbonées.La deuxième couche fluidisée dans le générateur de gaz 1, la couche de combustion 10, est principalement alimentée à sa première extrémité par la quantité de coke résiduel 11 quittant la zone de gazéi
fication par l'orifice de sortie 8, tandis qu'à son extrémité opposée dans le sens longitudinal, on a prévu un orifice d'extraction de la cendre 8a à travers lequel sont extraites les cendres non préférentiellement évacuées avec le courant de gaz de combustion sur lequel des explications seront fournies plus loin. Dans cette seconde couche fluidisée (zone de combustion 10), on ne cherche pas à réaliser un transport de matière solide d'une extrémité à l'autre; il n'apparait donc pas de gradient de concentration dans le sens longitudinal.
fication par l'orifice de sortie 8, tandis qu'à son extrémité opposée dans le sens longitudinal, on a prévu un orifice d'extraction de la cendre 8a à travers lequel sont extraites les cendres non préférentiellement évacuées avec le courant de gaz de combustion sur lequel des explications seront fournies plus loin. Dans cette seconde couche fluidisée (zone de combustion 10), on ne cherche pas à réaliser un transport de matière solide d'une extrémité à l'autre; il n'apparait donc pas de gradient de concentration dans le sens longitudinal.
La zone de gazéification 9 est alimentée par un orifice d'admission des gaz 12, situé de préférence au-dessous du fond de fluidisation 2, en agents de gazéification (gaz de réaction), tels que de la vapeur d'eau. L'agent de gazéification est envoyé, avant son introduction dans la zone de gazéification, dans un échangeur de chaleur 13, par exemple un surchauffeur de vapeur qui est parcouru dans son circuit par le fluide caloporteur quittant la zone de gazéification par la canalisation 4. Il est avantageux d'intercaler avant l'échangeur de chaleur 13 un autre échangeur de chaleur 14, par exemple un générateur de vapeur, lequel, sur le plan thermique, est intercalé après l'échangeur de chaleur 13 sur la canalisation 4.
Il est possible par exemple de produire dans l'échangeur 14 une quantité de vapeur suffisante pour que l'on puisse entraîner d'abord avec celle-ci une turbine à vapeur 15 reliée à sa sortie. Le fluide caloporteur s'écoulant dans la canalisation 4 peut ainsi être refroidi à une température aussi régulière que possible d'entrée dans la source d'énergie supplémentaire 21 et le cas échéant dans la zone de combustion 10. Avec une température d'entrée du fluide caloporteur constante et faible, il est possible de réguler le fonctionnement de la source d'énergie supplémentaire. En outre, le ventilateur 5 peut de ce fait être un ventilateur de circulation classique.
Mais comme l'opération de gazéification n'a que des besoins fixes et généralement connus en agent de gazéification, en particulier en vapeur d'eau, il est possible, à l'aide de la turbine à vapeur 15, d'utiliser la vapeur d'eau additionnelle produite et d'influer ainsi d'une manière favorable sur le rendement du procédé global. Par exemple, l'arbre de la turbine à vapeur 15, peut être couplé directement à un générateur 15a pour la production de courant électrique.
Un condenseur 15b représenté et un compresseur 15c complètent le circuit d'alimentation en eau de production de vapeur.
Les gaz bruts formés dans la zone de gazéification 9 quittent cette zone par l'orifice de sortie 9a et peuvent être refroidis par un échangeur de chaleur 16, par exemple un générateur de vapeur, qui fonctionne en parallèle avec l'échangeur de chaleur 14. Les gaz bruts de gazéification ainsi refroidis peuvent être transformés d'une manière connue en soi, dans un étage de transformation 17, en le gaz utile désiré 17a. Dans l'étage de transformation 17, il peut s'agir d'une conversion pour la préparation d'un gaz de synthèse ayant un rapport de CO à H2 désiré ou d'une méthanation pour la préparation de méthane.
Les gaz de combustion formés dans la zone de combustion 10 sont envoyés par l'orifice de sortie 10a à un étage de dépoussiérage 18 connu en soi et de là par exemple à une turbine à gaz 19 dont l'arbre est couplé à un compresseur d'air 20, par lequel de l'air (gaz de réaction) est envoyé par l'orifice d'entrée 20a, de préférence dans la région du fond, à la zone de combustion 10.
L'énergie thermique de la source d'énergie supplémentaire 21 associée à l'opération de gazéification est transportée par un seul et même fluide caloporteur, qui est également chauffé dans la zone de combustion 10. La source d'énergie supplémentaire 21 ne nécessite donc qu'un seul échangeur de chaleur, qui peut par exemple être parcouru par de l'hélium, et n'a pas besoin d'un accumulateur intermédiaire de l'énergie thermique libérée en 21, dont on sait qu'il entraîne des pertes, comme cela est nécessaire par exemple avec les héliostats, pour obtenir une répartition régulière de l'énergie sur une période prolongée.
La Fig. 2 ne se distingue de la Fig. 1 que par le fait que l'ensemble du fluide caloporteur traverse successivement la source d'énergie supplémentaire 21 et l'échangeur de chaleur 3a.
La quantité de particules carbonées envoyées dans le générateur de gaz peut être déterminée de ma nièrestrès diverses, par exemple par pesée du charbon envoyé, dans le cas du dosage par un dispositif d'alimentation rotatif, en déterminant le nombre de tours de la roue du dispositif ou, dans le cas d'un dosage pneumatique, par pesée de l'alimentation en charbon, et par la perte de charge de la canalisation de transport pneumatique ou par transport pulsé à une vitesse de transport constante. Les gaz s'échappant dans les couches fluidisées (gaz formé et gaz de combustion) sont contrôlés par des diaphragmes ou des compteurs à gaz. Dans la mesure où ces quantités doivent rester constantes, ceci peut être obtenu par une régulation appropriée de l'alimentation en particules carbonées du générateur de gaz.
Exemples de réalisation
Dans un générateur de gaz connu en soi, horizontal, suivant la Fig. 1, on utilise un charbon contenant jusqu'à 40 % en poids de constituants volatils et jusqu'à 30 % en poids de cendres contenant 10 % en poids au maximum d'humidité et ayant une granulométrie moyenne d'environ 0,2 à 0,5 mm. Le générateur de gaz se compose d'une cuve de fluidisation de 48,5 m de long, la zone de gazéification occupant 27,7 m et la zone de combustion 20,8 m. On obtient ainsi un spectre de temps de séjour des particules de carbone relativement régulier, c'est-à-dire qu'il ne s'agit pas tout à fait d'un écoulement en bouchons, mais le mélange en retour (backmixing) des particules se maintient dans des limites supportables.
Dans un générateur de gaz connu en soi, horizontal, suivant la Fig. 1, on utilise un charbon contenant jusqu'à 40 % en poids de constituants volatils et jusqu'à 30 % en poids de cendres contenant 10 % en poids au maximum d'humidité et ayant une granulométrie moyenne d'environ 0,2 à 0,5 mm. Le générateur de gaz se compose d'une cuve de fluidisation de 48,5 m de long, la zone de gazéification occupant 27,7 m et la zone de combustion 20,8 m. On obtient ainsi un spectre de temps de séjour des particules de carbone relativement régulier, c'est-à-dire qu'il ne s'agit pas tout à fait d'un écoulement en bouchons, mais le mélange en retour (backmixing) des particules se maintient dans des limites supportables.
Le lit fluidisé présent à l'intérieur du générateur de gaz a une largeur de 5,4 m et une hauteur de 2,8 m. La surface d'échange de chaleur dans la partie gazéification est de 3.420 m2, elle est de 3.700 m2 dans la partie combustion.Le générateur de gaz est divisé par une paroi transversale (écran) en deux zones, la zone de gazéification et la zone de combustion. Le circuit fermé du fluide caloporteur fonctionnant à l'hélium est monté comme dans les Fig.
1 ou 2. Comme source d'énergie supplémentaire, on utilise une centrale solaire, telle que celle présentée par D.W. Gregg dans Solar Energy, vol. 24, p. 313 à 321. Dans cet article, la situation extrême prise en considération est que la centrale solaire fonctionne à 100 % de sa puissance et fournit presque toute l'énergie thermique pour la gazéification, de sorte que seule une partie peu importante est brûlée (exemple 1), et aussi une situation dans laquelle la puissance de la centrale solaire est 0, c'est-à-dire que dans la zone de combustion la totalité de l'énergie thermique doit être fournie pour la gazéification (exemple 3).
Les résultats reproduits dans le tableau, qui ont été obtenus avec un seul et même générateur d e g a z , p a r 1 e n t d'e u x - ê é m e s et montrent avec quelle extraordinaire souplesse un générateur de gaz muni des dispositifs conformes à l'invention peut être adapté à des apports variables d'énergie thermique par la source d'énergie supplémentaire.
Montage <SEP> de <SEP> la <SEP> centrale <SEP> solaire <SEP> et <SEP> du
<tb> chauffage <SEP> de <SEP> la <SEP> couche <SEP> fluidisée
<tb> Tableau <SEP> Parallèle <SEP> Série
<tb> Variante <SEP> de <SEP> conception <SEP> Exemples <SEP> :<SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4
<tb> Puissance <SEP> de <SEP> la <SEP> centrale <SEP> solaire <SEP> MW <SEP> 210 <SEP> 63 <SEP> 0 <SEP> 138
<tb> <SEP> % <SEP> 100 <SEP> 30 <SEP> 0 <SEP> 66
<tb> Partie <SEP> gazéificateur
<tb> courant <SEP> massique <SEP> d'hélium <SEP> kg/s <SEP> 146 <SEP> 146 <SEP> 146 <SEP> 146
<tb> température <SEP> d'entrée <SEP> de <SEP> l'hélium <SEP> C <SEP> 900 <SEP> 900 <SEP> 900 <SEP> 900
<tb> surface <SEP> de <SEP> l'échangeur <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> m2 <SEP> 3420 <SEP> 3420 <SEP> 3420 <SEP> 3420
<tb> quantité <SEP> de <SEP> charbon <SEP> introduite <SEP> kg/s <SEP> 11,6 <SEP> 19,3 <SEP> 21,9 <SEP> 15,4
<tb> quantité <SEP> de <SEP> coke <SEP> résiduel <SEP> extraite <SEP> kg/s <SEP> 1,08 <SEP> 7,74 <SEP> 10,08 <SEP> 4,05
<tb> vapeur <SEP> d'eau <SEP> utilisée <SEP> kg/s <SEP> 57,1 <SEP> 57,1 <SEP> 57,1 <SEP> 57,1
<tb> degré <SEP> de <SEP> conversion <SEP> de <SEP> la <SEP> vapeur <SEP> d'eau <SEP> % <SEP> 40,3 <SEP> 41,3 <SEP> 40,9 <SEP> 41,5
<tb> quantité <SEP> de <SEP> gaz <SEP> formée+ <SEP> Nm3/s <SEP> 38,0 <SEP> 39,7 <SEP> 39,3 <SEP> 39,8
<tb> degré <SEP> de <SEP> gazéification <SEP> % <SEP> 95 <SEP> 59,8 <SEP> 52,2 <SEP> 75,2
<tb> Partie <SEP> combustion
<tb> courant <SEP> massique <SEP> d'hélium <SEP> kg/s <SEP> 6,935 <SEP> 104,28 <SEP> 146 <SEP> 146
<tb> quantité <SEP> de <SEP> coke <SEP> résiduel <SEP> introduite <SEP> kg/s <SEP> 1,08 <SEP> 7,74 <SEP> 10,08 <SEP> 4,05
<tb> quantité <SEP> de <SEP> cendre <SEP> extraite <SEP> kg/s <SEP> 0,605 <SEP> 1,295 <SEP> 1,547 <SEP> 0,932
<tb> quantité <SEP> d'air <SEP> de <SEP> combustion <SEP> Nm3/s <SEP> 13,8 <SEP> 184 <SEP> 248,5 <SEP> 91,0
<tb> surface <SEP> de <SEP> l'échangeur <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> m2 <SEP> 3700 <SEP> 3700 <SEP> 3700 <SEP> 3700
<tb> (205)++ <SEP> (2740)++ <SEP> (3700)++ <SEP> (1360)++
<tb> Bilan <SEP> du <SEP> carbone
<tb> C <SEP> - <SEP> utilisé <SEP> kg/s <SEP> 10,00 <SEP> 16,57 <SEP> 18,81 <SEP> 13,24
<tb> C <SEP> - <SEP> gazéifié <SEP> kg/s <SEP> 9,50 <SEP> 9,92 <SEP> 9,82 <SEP> 9,96
<tb> C <SEP> - <SEP> brûlé <SEP> kg/s <SEP> 0,475 <SEP> 6,32 <SEP> 8,54 <SEP> 3,12
<tb> C <SEP> - <SEP> perte <SEP> kg/s <SEP> 0,025 <SEP> 0,33 <SEP> 0,45 <SEP> 0,16
<tb> + surface efficace de l'échangeur de chaleur H2 : 52,9 % CO : 13,0 % CO2 : 24,5 % ++ composition du gaz formé (sec) en vol. % CH4 : 9,2 % H2S : 0,1 % N2 : 0,3 %
<tb> chauffage <SEP> de <SEP> la <SEP> couche <SEP> fluidisée
<tb> Tableau <SEP> Parallèle <SEP> Série
<tb> Variante <SEP> de <SEP> conception <SEP> Exemples <SEP> :<SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4
<tb> Puissance <SEP> de <SEP> la <SEP> centrale <SEP> solaire <SEP> MW <SEP> 210 <SEP> 63 <SEP> 0 <SEP> 138
<tb> <SEP> % <SEP> 100 <SEP> 30 <SEP> 0 <SEP> 66
<tb> Partie <SEP> gazéificateur
<tb> courant <SEP> massique <SEP> d'hélium <SEP> kg/s <SEP> 146 <SEP> 146 <SEP> 146 <SEP> 146
<tb> température <SEP> d'entrée <SEP> de <SEP> l'hélium <SEP> C <SEP> 900 <SEP> 900 <SEP> 900 <SEP> 900
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<tb> quantité <SEP> de <SEP> charbon <SEP> introduite <SEP> kg/s <SEP> 11,6 <SEP> 19,3 <SEP> 21,9 <SEP> 15,4
<tb> quantité <SEP> de <SEP> coke <SEP> résiduel <SEP> extraite <SEP> kg/s <SEP> 1,08 <SEP> 7,74 <SEP> 10,08 <SEP> 4,05
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<tb> degré <SEP> de <SEP> conversion <SEP> de <SEP> la <SEP> vapeur <SEP> d'eau <SEP> % <SEP> 40,3 <SEP> 41,3 <SEP> 40,9 <SEP> 41,5
<tb> quantité <SEP> de <SEP> gaz <SEP> formée+ <SEP> Nm3/s <SEP> 38,0 <SEP> 39,7 <SEP> 39,3 <SEP> 39,8
<tb> degré <SEP> de <SEP> gazéification <SEP> % <SEP> 95 <SEP> 59,8 <SEP> 52,2 <SEP> 75,2
<tb> Partie <SEP> combustion
<tb> courant <SEP> massique <SEP> d'hélium <SEP> kg/s <SEP> 6,935 <SEP> 104,28 <SEP> 146 <SEP> 146
<tb> quantité <SEP> de <SEP> coke <SEP> résiduel <SEP> introduite <SEP> kg/s <SEP> 1,08 <SEP> 7,74 <SEP> 10,08 <SEP> 4,05
<tb> quantité <SEP> de <SEP> cendre <SEP> extraite <SEP> kg/s <SEP> 0,605 <SEP> 1,295 <SEP> 1,547 <SEP> 0,932
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<tb> Bilan <SEP> du <SEP> carbone
<tb> C <SEP> - <SEP> utilisé <SEP> kg/s <SEP> 10,00 <SEP> 16,57 <SEP> 18,81 <SEP> 13,24
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<tb> + surface efficace de l'échangeur de chaleur H2 : 52,9 % CO : 13,0 % CO2 : 24,5 % ++ composition du gaz formé (sec) en vol. % CH4 : 9,2 % H2S : 0,1 % N2 : 0,3 %
Claims (9)
1. Procédé de production de gaz contenant H2 et
CO (gaz formé) par gazéification partielle de particules carbonées de faible granulométrie, telles que du charbon ou du coke, qui sont gazéifiées partiellement dans une zone de gazéification fonctionnant sous forme d'une couche fluidisée, avec par exemple de la vapeur comme agent de gazéification et avec un chauffage indirect à l'aide d'au moins un échangeur de chaleur plongé dans la couche fluidisée, parcouru par un fluide en circulation en tant que fluide caloporteur, dans lequel
a) le résidu de particules provenant de la zone de gazéification apparaissant dans cette opération est envoyé dans une zone de combustion montée à la suite de celle-ci et est brûlé dans celle-ci, dans une couche fluidisée engendrée par exemple par de l'air et le gaz de combustion se formant est éliminé,
b) le fluide caloporteur refroidi dans la zone de gazéification est envoyé dans un échangeur de chaleur dans la zone de combustion,
c) le fluide de caloporteur chauffé par la chaleur de combustion libérée est renvoyé à l'échangeur de chaleur de la zone de gazéification, caractérisé en ce que
d) le fuide caloporteur refroidi dans la zone de gazéification est chauffé en partie dans un autre échangeur de chaleur par une source d'énergie supplémentaire, et
e) des quantités déterminées à l'avance de particules carbonées et de gaz de réaction sont envoyées à chaque fois dans la zone de gazéification et dans la zone de combustion.
2. Procédé suivant la revendication l, caractérisé en ce que l'on fait varier le courant massique de particules carbonées envoyé dans la zone de combustion et la quantité de gaz de combustion.
3. Procédé suivant la revendication l, caracté risé en que, dans le cas d'un courant massique pratique ment constant de particules envoyées dans la zone de combustion on fait varier le courant d'alimentation en particules carbonées dans la zone de gazéification et la quantité de gaz de gazéification.
4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications l à 3, caractérisé en ce que l'on envoie dans la zone de combustion du charbon pauvre d'origine quelconque en fines particules.
5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications l à 4, caractérisé en ce que le fluide caloporteur refroidi dans la zone de gazéification traverse successivement les échangeurs de chaleur de la source d'énergie supplémentaire et la zone de combustion.
6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications l à 4, caractérisé en ce que le fluide de caloporteur refroidi dans la zone de combustion traverse dans une proportion variable, en parallèle, les échangeurs de chaleur de la source d'énergie supplémentaire et de la zone de combustion.
7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications l à 6, caractérisé en ce que la source d'énergie supplémentaire présente des variations de puissance particulieres à sa nature.
8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'on utilise une source d'énergie solaire.
9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications l à 8, caractérisé en ce que les courants massiques de particules carbonées envoyées dans la zone de gazéification et dans la zone de combustion sont adaptés aux besoins en gaz formé et à la puissance thermique de la source d'énergie supplémentaire.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3112708A DE3112708C2 (de) | 1981-03-31 | 1981-03-31 | Verfahren zur Erzeugung von H↓2↓- und CO-haltigen Gasen aus feinkörnigem Brennstoff in der Wirbelschicht mit in diese eingetauchten Wärmetauschern |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2503177A1 true FR2503177A1 (fr) | 1982-10-08 |
| FR2503177B1 FR2503177B1 (fr) | 1985-07-19 |
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ID=6128805
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8205520A Expired FR2503177B1 (fr) | 1981-03-31 | 1982-03-31 | Procede de production de gaz contenant h2 et co, notamment a partir de charbon ou de coke |
Country Status (5)
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|---|---|
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| DE (1) | DE3112708C2 (fr) |
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| IT (1) | IT1147835B (fr) |
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