FR2524976A1 - Dispositif et procede d'extinction ou de refroidissement d'un gaz de synthese renfermant des particules solides - Google Patents

Abstract

L'INVENTION SE RAPPORTE AU REFROIDISSEMENT D'UN GAZ CHAUD RENFERMANT DES PARTICULES QUI, LORS DU REFROIDISSEMENT, TRANSITENT INOPPORTUNEMENT PAR UNE PHASE VISQUEUSE ET COLLANTE. LE DISPOSITIF COMPREND UN MINCE TUBE IMMERGE 21 COMPORTANT UNE SURFACE CIRCONFERENTIELLE INTERNE ET UNE SURFACE CIRCONFERENTIELLE EXTERNE, UN AXE, UNE EXTREMITE D'ENTREE ET UNE EXTREMITE DE SORTIE; UNE BAGUE DE REFROIDISSEMENT 24, VOISINE DE LA SURFACE CIRCONFERENTIELLE INTERNE A L'EXTREMITE D'ENTREE DUDIT TUBE IMMERGE ET PRESENTANT UN CONDUIT 32, 33 D'ADMISSION DU FLUIDE; UN PREMIER RACCORD DE SORTIE DU FLUIDE, MENAGE SUR LADITE BAGUE DE REFROIDISSEMENT ET DESTINE A DIRIGER UNE NAPPE DE FLUIDE LE LONG DE LA SURFACE CIRCONFERENTIELLE INTERNE DUDIT TUBE IMMERGE ET EN DIRECTION DE L'EXTREMITE DE SORTIE DE CE TUBE.

Description

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La présente invention se rapporte à un dispositif

et à un procédé nouveaux de refroidissement Plus parti-

culièrement, l'invention concerne un procédé de refroi-

dissement d'un gaz chaud renfermant des particules qui, lors du refroidissement, transitent inopportunément par

une phase visqueuse et collante.

Comme le savent bien les spécialistes, il est difficile de refroidir de manière satisfaisante des gaz chauds, surtout à des températures atteignant 6490 C ou plus, et cela en particulier lorsque lesdits gaz renferment des particules constituées de cendres et de charbon Un exemple typique de tels gaz peut &tre un gaz synthétique obtenu, par exemple, par combustion incomplète d'une charge solide carbonée Les principaux composants de phase gazeuse souhaités d'un tel mélange peuvent être constitués d'oxvde de carbone et d'hydrogène; et ce mélange peut aussi renfermer d'autres gaz tels que de l'azote, du gaz carbonique et des gaz

inertes Le gaz de synthèse ainsi élaboré comporte habi-

tuellement des composants non gazeux comme de la cendre qui est essentiellement anorganique et du charbon qui est essentiellement organique par nature et renferme du carbone.

Ces composants non gazeux sont entraînés ou disper-

sés dans le gaz de synthèse sous la forme de particules solides ou quasiment solides dont la taille se situe

typiquement dans une plage de 1 micron à 10 millimètres.

Les quantités embarrassantes de cendre ont des particules mesurant typiquement moins de 10 microns à 50 microns A la température à laquelle le gaz de synthèse est engendré (habituellement entre 9820 C et 19260 C), de nombreux composants de la cendre se trouvent typiquement au-delà de leur point de fusion et la cendre peut être en fait

composée d'un mélange de fractions solides et fondues.

Le composant charbon est également caractérisé par son

état visqueux, quasiment liquide et semi-fondu.

La présence de ces particules qui transitent par une phase inopportune visqueuse et poisseuse lors du refroidissement,jusqu'à une température plus basse typi- quement comprise entre 1490 C et 2710 C, soulève des problèmes Lorsque ces particules empruntent les divers conduits et refroidisseurs, elles adhèrent aux surfaces avec lesquelles elles viennent en contact et, conime il faut s'y attendre, elles bloquent les passages qui parcourent le refroidisseur, rendant ce dernier inapte au fonctionnement L'obstruction des différents passages que le gaz est destiné à parcourir soulève de graves difficultés pouvant aller d'une chute de pression accrue à un blocage complet de l'appareil; dans ce dernier cas,

il existe un risque de détérioration de l'appareil résul-

tant de l'accroissement inopportun de température et de pression Même dans les conditions les plus favorables, il sera incommodément nécessaire de mettre l'appareil à

l'arrêt en vue d'éliminer les dépôts de matières visqueu-

ses et poisseuses.

La présente invention a pour objet de proposer un procédé et un dispositif nouveaux pour refroidir un gaz de synthèse chaud qui renferme des particules constituées de cendre et de charbon et transitant par une

phase inopportune visqueuse et collante lorsqu'elles pas-

sent par une plage intermédiaire de température lors du refroidissement.

Selon les caractéristiques essentielles du disposi-

tif de l'invention, ce dernier comprend un mince tube immergé comportant des surfaces circonferentielles interne et externes un axe, une extrémité d'entrée et une extrémité de sortie; une bague de refroidissement, voisine de la surface circonférentielle interne à l'extrémité d'entrée dudit tube immergé et munie d'un conduit d'admission du fluide; un premier raccord de sortie du fluide, ménagé sur ladite bague et destiné à diriger une nappe de fluide le long de la surface circonférentielle interne dudit tube immergé et en direction de l'extrémité de sortie de ce tube; des moyens de pulvérisation élaborés dans ledit tube immergé pour diriger un courant de fluide à l'écart de la surface circonférentielle interne de ce tube; ainsi qu'une chambre de refroidissement qui, entourant ledit tube immergé et formant une chambre fermée autour de ce dernier, présente un conduit d'évacuation du gaz refroidi proche de l'extrémité d'entrée dudit tube immergé, ainsi

qu'un raccord inférieur de sortie du liquide de refroidis-

sement voisin de l'extrémité de sortie dudit tube immergé La charge gazeuse admise par l'extrémité d'entrée de ce tube peut venir en contact avec du liquide provenant

du premier raccord de sortie et des moyens de pulvérisa-

tion lorsque cette charge gazeuse longe l'axe dudittube

immergé et pénètre ensuite dans un bain de liquide renfer-

mé par la chambre de refroidissement et atteignant une

certaine hauteur dans le tube immergé, cette charge gazeu-

se sortant dudit tube en empruntant le passage annulaire situé entre la face externe de la paroi de ce tube et la face interne de la paroi de la chambre de refroidissement,

pour gagner de là le raccord de la chambre de refroidis-

sement destiné à la sortie du gaz refroidi.

Selon d'autres caractéristiques du dispositif de l'invention, ce dernier comprend un mince tube immergé comportant des surfa es circonférentielles interne et externe, un axe, une extrémité d'entrée et une extrémité de sortie; une bague de refroidissement, voisine de la surface circonférentielle interne à l'extrémité d'entrée dudit tube immergé et munie d'un conduit d'admission du fluide de refroidissement; un premier raccord de sortie du fluide, ménagé sur ladite bague de refroidissement et destiné à diriger une nappe de fluide le long de la surface circonférentielle interne dudit tube et en direction de l'extrémité de sortie de ce tube; un second raccord de

sortie du fluide, ménagé sur ladite bague de refroidisse-

ment et destiné à diriger un courant de fluide à l'écart

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de la surface circonférentielle interne du tube immergé; ainsi qu'une chambre de refroidissement qui, entourant ledit tube immergé et formant une chambre fermée autour de ce dernier, présente un conduit d'évacuation du gaz refroidi proche de l'extrémité d'entrée dudit tube, ainsi

qu'un raccord inférieur de sortie du liquide de refroidis-

sement voisin de l'extrémité de sortie dudit tube immergé.

La charge gazeuse admise par l'extrémité d'entrée du

tube immergé peut venir en contact avec du liquide pro-

venant des premier et second raccords de sortie du fluide lorsque ladite charge gazeuse longe l'axe du tube immergé et pénètre ensuite dans un bain de liquide renfermé par

ladite chambre de refroidissement et atteignant une cer-

taine hauteur dans ledit tube immergé, ladite charge gazeu-

se sortant de ce tube en empruntant le passage situé entre la face externe de la paroi du tube et la face interne de la paroi de la chambre de refroidissement, pour gagner de là le raccord de cette chambre destiné à la sortie du

gaz refroidi.

La charge de gaz synthétique chaud pouvant être utilisée dans le procédé selon l'invention peut être constituée de gaz de synthèse préparé par la gazéification du charbon Dans le procédé typique de gazéification du char bon, la charge de charbon qui a été finement moulue

jusqu'à une taille typique moyenne de particule de 20 mi-

crons à 500 microns, de préférence de 30 microns à 300 microns et par exemple de 200 microns, peut être malaxée avec un fluide aqueux (typiquement de l'eau) pour former une pâte renfermant de 40 % à 80 % en poids, de préférence de 50 % à 75 % en poids et par exemple 60 % en poids de corps solides Cette pâte aqueuse peut ensuite être admise dans une chambre de combustion dans laquelle elle entre

en contact avec un gaz renfermant de l'oxygène (typique-

ment de l'air) pour subir une combustion incomplète Le rapport atomique entre l'oxygène et le carbone dans le système peut être de 0,7 à 1,2 pour 1, par exemple de 0,9 pour 1 La réaction a typiquement-lieu à une température de 9820 C à 19260 C, par exemple de 13710 C et sous une pression absolue mesurée au manomètre de 6,9 105 Pa à 103,5 105 Pa, de préférence comprise entre 34,5 105 Pa

et 82,8 105 Pa, et mesurant par exemple 62 105 Pa.

Dans ces conditions typiques, le gaz de synthèse renferme habituellement (en tant que base sèche) de 35 % à 55 % en volume (par exemple 50 % en volume) d'oxyde de carbone, de 30 % à 45 % en volume (par exemple 38 % en

volume) d'hydrogène; de 10 % à 20 % en volume (par exem-

ple 12 % en volume) de gaz carbonique; de 0,3 % à 0,8 % en volume d'hydrogène sulfure; de 0,4 % à 0,8 % en volume (par exemple 0,6 % en volume) d'azote; et du méthane dont la quantité est inférieure à environ 0,1 %

en volume.

En fonction de la qualité et de la composition de la charge de charbon, ce charbon peut renfermer de la cendre dont la quantité ne dépasse pas 0, 5 % en poids ou bien atteint 40 % en poids ou plus Cette cendre est présente dans le gaz de synthèse obtenu Généralement, les composants de cette cendre (typiquement des oxydes anorganiques, des silicates, etc) peuvent présenter un point de fusion à 9820 C ou au-delà; s'ils sont refroidis dans une plage intermédiaire de température, ils deviennent habituellement visqueux et collants Cette plage de température à l'état visqueux et collant peut être comprise entre en deçà du point de fusion théorique et au-delà de ce point de fusion Elle peut être comprise entre 5380 C et 10930 C, et de préférence entre 5930 C et 7600 C. Il peut aussi se produire que le gaz de synthèse

obtenu renferme un composant organique qualifié de charbon.

Ce composant, qui est constitué principalement de carbone et d'hydrocarbures à point d'ébullition élevé dont les exemples typiques sont les asphaltes et les goudrons, peut être visqueux et poisseux aux températures par lesquelles le

gaz de synthèse passe lorsqu'il est refroidi.

En ce qui concerne le procédé selon la présente invention, on peut généralement considérer que ces

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composants de cendre et de charbon, lorsqu'ils sont conjugués, ont cette caractéristique indésirable que,

lorsque le gaz dans lequel ils sont renfermés est refroi-

di dans une plage de température comprise entre la température à laquelle le gaz de synthèse est élaboré et celle à laquelle il est refroidi avant son traitement

ultérieur, les composants de cendre et de charbon accu-

sent d'inopportunes propriétés visqueuses et collantes.

Cette plage de température peut varier en fonction de la charge de charbon et du traitement auquel elle est soumise avant sa gazéification En général cependant, il s'est

révélé que la limite supérieure de cette plage de tempé-

rature peut être comprise entre 760 e C et 1 C 930 C La limite inférieure de cette plage indésirable peut se situer entre 5380 C et 5930 C. Le produit résultant de la réaction par laquelle le charbon est gazéifié pour produire du gaz de synthèse peut présenter une température de 9820 C à 1226 C, de préférence de 10930 C à 15380 C (par exemple de 13710 C) sous une pression absolue, mesurée au Manomètre, de 6,9 105 Pa à 103 105 Pa, de préférence de 34,5 105

Pa à 82,8 105 Pa, et par exemple de 62 105 Pa.

Le dispositif pouvant être utilisé pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention peut consister en un générateur de gaz tel que décrit généralement, entre autres, dans les brevets US-2 818 326 (Eastman et al), US-2 896 927 (Nagle et al), US-3 998 609 (Crouch et al)

et US-4 218 423 (Robin et ai).

Conformément au mode opératoire de la présente invention, les gaz chauds de synthèse renfermant des cendres et du charbon traversent de haut en bas une première zone de mise en contact L'extrémité supérieure de cette première zone peut être délimitée par la région

inférieure de sortie de la chambre de réaction du géné-

rateur de gaz Cette première zone de mise en contact

peut être généralement délimitée par une paroi périphéri-

que de préférence verticale; et la section de la région formée par cette paroi est pratiquement cylindrique dans

la forme de réalisation préférée La sortie ou extrémi-

té inférieure de la première zone de mise en contact peut être formée par l'extrémité inférieure de la paroi, de préférence cylindrique, de ladite première zone. De préférence, la première zone de mise en contact est fermée par un tube immergé cylindrique s'étendant

verticalement et coaxial à la chambre de combustion.

A l'extrémité supérieure de la première zone de mise en contact ou du tube immergé, est installée une

bague de refroidissement par laquelle le liquide de re-

froidissement (habituellement de l'eau) passe pour gagner

ladite première zone A partir de cette bague de refroidisse-

ment, un premier courant de liquide de refroidissement est, dans la forme de réalisation préférée, dirigé vers la face interne de la paroi du tube immergé sur laquelle il forme un film descendant, de préférence ininterrompu, de liquide de refroidissement La température d'entrée du liquide de refroidissement peut être comprise entre 38 C et 2600 C, de préférence entre 1490 C et 2490 C et mesurer par exemple 2320 C Dans le film qui descend le long de la paroi du tube immergé, le liquide de refroidissement peut

être présent en quantité de 0,45 kg à 3,15 kg, de préféren-

ce de 1,35 kg à 2,25 kg (par exemple de 1,8 kg) par heure et par unité de 28 m 3 de gaz admis dans la première zone

de mise en contact.

Lorsque le film descendant de liquide de refroidissemen

entre en contact avec le gaz chaud de synthèse qui s'écou-

le de haut en bas, la température de ce dernier peut descendre entre 930 C et 260 C, de préférence entre 1490 C et 2040 C, par exemple à 1770 C, du fait qu'il est seulement en contact avec le film descendant lors de son

passage à travers la première zone de mise en contact.

Conformément au mode opératoire selon la présente invention, on introduit aussi dans la première zone de mise en contact, de préférence à l'extrémité supérieure de

cette dernière, un liquide de refroidissement pulvérisé.

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Ce liquide pulvérisé est admis de préférence dans une direction perpendiculaire à la face interne de la paroi du tube immergé (c'est-àdire en direction de l'axe de ce tube) Le contact intime entre le liquide pulvérisé et le gaz de synthèse descendant, lorsque ce dernier passe dans la première zone de mise en contact, assure un

transfert élevé de chaleur et de masse et un refroidisse-

ment subséquent du gaz de synthèse qui est plus grand que dans le cas o la même quantité totale de liquide de refroidissement s'écoule de haut en bas sous la forme

d'un film sur la paroi.

Cependant, il est particulièrement inespéré que,

par l'utilisation de ce liquide de refroidissement pul-

vérisé, il soit possible de refroidir le gaz descendant

de telle sorte que les composants de cendre et de char-

bon transitent par la plage de température (d'environ 5380 C à 10930 C) à l'état visqueux et collant en une période qui soit inférieure à environ 10 secondes et habituellement de 1 seconde à 5 secondes, par exemple de 3 secondes Ainsi, la cendre et le charbon renfermés par le gaz de synthèse qui sort de la première zone de mise en contact se trouvent à une température, d'environ 538 VC, inférieure à celle à laquelle les propriétés

visqueuses et poisseuses se manifestent; et l'obstruc-

tion des zones situées en aval est diminuée.

La quantité de liquide pulvérisé dans la première zone de mise en contact est d'environ 20 % à 50 % en

poids, de préférence de 25 % à 40 % en poids et par exem-

ple de 30 % en poids de la quantité totale admise dans cette zone Du fait du haut degré de contact entre le gaz

et le liquide, la température dudit gaz peut être des-

cendu entre 3160 C et 7040 C, de préférence entre 4270 C et 6490 C, par exemple à 593 C pendant son passage par

la zone On fera observer que cette température est nota-

blement plus élevée que dans le cas o le film descendant

est utilisé seul sans le liquide pulvérisé.

Une caractéristique particulière de l'invention réside dans le fait que, lorsque la même quantité totale de liquide de refroidissement est-ajoutée à un film et

par pulvérisation dans la première zone de mise en con-

tact, la baisse de température dans cette zone est supé-

rieure de 4270 C à 6490 C, par exemple de 5930 C, à la température qui règne lorsque la totalité du liquide de refroidissement est seulement admise sous la forme d'un film. L'extrémité inférieure de la première zone de mise en contact est immergée dans un bain de liquide formé par

le liquide de refroidissement qui a été collecté.

Lorsque ce bain est un bain tranquille, le niveau du li-

quide peut être typiquement maintenu à une hauteur telle que de 10 % à 80 % (par exemple 50 %) de la première zone soient immergés Il apparaîtra à l'homme de l'art que, en présence de la forte température et des grandes vitesses de gaz rencontrées dans la pratique, il ne peut naturellement pas être question d'un niveau de liquide repérable en fonctionnement, mais plutôt d'un bain de

liquide fortement agité.

Les gaz chauds et la cendre et le charbon refroidis quittent le fond de la première zone de mise en contact à une température typiquement comprise entre 4820 C et 5380 C et ils passent à travers le bain de liquide de

refroidissement et au-dessous du bord inférieur typique-

ment denté, du tube immergé La cendre et le charbon

traversent de haut en bas le bain de liquide de refroi-

dissement o ils sont retenus et recueillis, puis ils peuvent être évacués à partir d'une région inférieure de

ce bain de liquide de refroidissement.

De préférence, les gaz qui sortent du fond de la première zone de mise en contact ou du tube immergé passent de bas en haut, conjointement au liquide de refroidissement,

par un passage annulaire en direction du conduit d'éva-

cuation du gaz hors de la chambre de refroidissement.

Dans l'une des formes de réalisation préférées, ce passa-

ge annulaire est délimité par la face externe de la paroi

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du tube immergé formant la première zone de mise en con-

tact et par la face interne de la paroi d'un tube de circulation qui enveloppe ou entoure le tube immergé et est caractérisé par un diamètre supérieur à celui de ce tube De préférence, le tube de circulation s'étend de haut en bas à l'intérieur de la chambre de refroidissement, jusqu'à un niveau situé au-dessous de celui auquel

s'achève l'extrémité inférieure du tube immergé.

Lorsque le mélange de liquide de refroidissement et de gaz synthétique passe de bas en haut par la seconde zone annulaire de refroidissement ou de mise en

contact, les deux flux présents dans cette zone provo-

quent un transfert efficace de chaleur du gaz chaud au liquide de refroidissement: la forte agitation dans cette seconde zone diminue le dépôt de particules sur l'une quelconque des surfaces de contact Typiquement, le gaz refroidi sort de cette seconde zone annulaire de refroidissement à une température comprise entre 1490 C et 2710 C, de préférence entre 1770 C et 260 ' C et pur exemple de 2320 C. Selon une caractéristique essentielle de la présente invention, le gaz refroidi qui s'échappe et le liquide de refroidissement entrent, par suite de la hauteur dynamique du flux, en contact avec une partie (typiquement la face inférieure) de la bague de refroidissement par l'intermes diaire de laquelle le liquide de refroidissement qui

pénètre est admis dans le système.

Lorsque le gaz refroidi sort de la seconde zone de refroidissement, sa vitesse est de préférence ralentie et

il emprunte un trajet en zigzag ou en chicane pour contri-

buer à la séparation du liquide de refroidissement entraî-

né qui est renvoyé vers le bain de liquide de refroidisse-

ment dans la région inférieure de la chambre de refroi-

dissement Le gaz refroidi peut être extrait, de préféren-

ce dé la région supérieure de la chambre de refroidissement, à une température de 1490 C à 271 C, de préférence de 1770 C à 2600 C, par exemple de 2320 C. il 2524976 Le liquide de refroidissement peut être extrait par

le fond de la région inférieure de la chambre de refroidis-

sement et ce liquide de refroidissement extrait renferme la cendre et le charbon solidifiés sous la forme de petites particules Si on le souhaite, une quantité supplé- mentaire de liquide de refroidissement peut être admise

dans le bain situé dans la partie inférieure de la cham-

bre de refroidissement.

Il est évident que le refroidissement qui est effec-

tué à l'intérieur des limites de la chambre de refroidis-

sement est efficace du fait: (i) qu'il provoque un refroidissement du gaz dans des conditions telles que la cendre et le charbon traversent rapidement la plage de température de l'état visqueux et poisseux; (ii) qu'il permet de débarrasser le gaz de ces matières solides; (iii) qu'il assure une haute efficacité du refroidissement du gaz; et (iv) qu'il permet un refroidissement interne efficace de l'appareil en dirigeant les divers courants

qui le traversent.

L'invention va à présent être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale schématique

représentant un générateur auquel est associé un disposi-

tif comprenant une chambre de refroidissement et un tube immergé; la figure 2 est une coupe longitudinale schématique et fragmentaire représentant les détails de l'une des formes de réalisation de la bague de refroidissement selon la figure l; la figure 3 est une coupe longitudinale schématique et fragmentaire représentant une variante de réalisation

d'un générateur auquel est associé un dispositif compre-

nant une chambre de refroidissement et un tube immergé; la figure 4 est une vue schématique en élévation d'un tube immergé supportant plusieurs chicanes sur la face externe de sa paroi; et

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la figure 5 est une vue schématique représentant un tube immergé supportant un dispositif de pulvérisation

destiné à introduire du liquide de refroidissement pulvé-

risé à l'intérieur dudit tube immergé.

Des possibilités de mise en pratique de la présente invention apparaîtront à l'homme de l'art à l'appui des

exemples suivants.

EXEMPL? I

Dans cet exemple qui représente le meilleur mode de mise en oeuvre de l'invention connu jusqu'à présent, une cuve de réaction 11 comporte un chemisage réfractaire 12 et un raccord d'entrée 13 La zone de sortie 14 d'une chambre de réaction 15 possède une région rétrécie 16 et une ouverture élargie 17 Cette ouverture 17 est reliée à une première zone 18 de mise en contact à l'intérieur d'un tube immergé 21 L'extrémité inférieure de ce tube 21, qui comporte des dentures 23, est plongée dans un bain 22

de liquide de refroidissement Une chambre 19 d'extinc-

tion ou de refroidissement comporte un conduit 20 d'évacuation du gaz, situé de préférence dans sa partie supérieure. Selon une caractéristique de l'invention, une bague 24 d'extinction ou de refroidissement est placée sous un fond 25 de la partie supérieure de la cuve de réaction 11 Cette bague de refroidissement, illustrée plus en détail sur la figure 2, peut présenter une face supérieure 26 qui est de préférence appliquée contre la face inférieure du fond 25 Une face inférieure 27 de cette bague de refroidissement est de préférence en appui sur l'extrémité supérieure du tube immergé 21 Une paroi interne 28 de ladite bague de refroidissement peut

s'achever en même temps que le bord de l'ouverture 17.

Dans la forme de réalisation préférée, la bague de refroidissement 24 peut être subdivisée par une cloison interne 29 en une chambre 30 de formation d'un film et en une chambre de pulvérisation 31 auxquelles sont

respectivement associés des conduits d'admission 32 et 33.

13 2524976

La chambre 30 comporte un orifice de sortie 34 qui peut se présenter sous la forme d'une série de trous ou d'ajutages bordant la périphérie de la bague 24 située immédiatement au voisinage de la face interne de la paroi du tube immergé 21 Le liquide projeté par ce passage ou orifice 34 est dirigé dans un sens généralement parallèle à l'axe du tube immergé 21 et il forme un mince film de liquide de refroidissement qui s'écoule vers le bas en

longeant la face interne de la paroi de ce tube 21.

La chambre 31 possède un orifice 35 de sortie ou de pulvérisation qui peut se présenter sous la forme

d'une série de trous ou d'ajutages ménagés à la péri-

phérie de la bague de refroidissement 24, mais plus près de l'axe du tube immergé 21 que le sont les orifices

34 de sortie du film Le liquide projeté par les orifi-

ces de pulvérisation 35 représentés schématiquement est orienté dans une direction qui, de préférence, est tournée pour l'essentiel vers l'axe du tube immergé 21; dans une forme de réalisation préférée, les orifices de pulvérisation peuvent être situés sur une circonférence de la bague de refroidissement, autour de l'axe du tube

immergé vers lequel ils sont orientés.

Lorsqu'on met en oeuvre le procédé de l'invention en utilisant le dispositif selon les figures 1 et 2, une pâte renfermant 100 parties en poids de charbon (par

unité de temps) et 60 parties en poids d'eau est intro-

duite par le raccord d'entrée 13 Le charbon a été moulu

jusqu'à une taille moyenne de particule de 200 microns.

Par le raccord d'entrée 13, sont également admises 90 parties en poids d'oxygène La combustion effectuée dans la chambre de réaction 15 fait monter la température jusqu'à 13710 C Le gaz de synthèse obtenu, empruntant la zone de sortie 14 de la chambre 15, la région rétrécie 16 et l'ouverture élargie 17, peut renfermer les composants gazeux suivants: Base humide en Base sèche en Composant % du volume % du volume Co 38,6 48, 5

H 2 30,5 38

Co 2 9,6 12

H 20 20 -

H 2 S 0,8 1

N 2 0,4 0,5

CH 4 < 0,08 0,1

Ce gaz synthétique peut aussi renfermer environ 2,25 kg de matière solide (charbon et cendre) par unité

de 28 m 3 de gaz sec.

Le gaz de synthèse produit qui sort de l'ouverture élargie 17 en quantité de 235 parties en poids est admis dans la première zone 18 de mise en contact Dans cette zone, il entre au contact du liquide de refroidissement constitué typiquement d'eau Une première partie de ce liquide de refroidissement est introduite dans la chambre 30 en empruntant le conduit 32 et, de là elle parvient à la face interne de la paroi du tube immergé

21 en passant par l'orifice de sortie 34 Sur cette face in-

terne, elle forme un film descendant de liquide de ref roi-

dissement qui recouvre ladite face interne.

Par l'intermédiaire du conduit 33 et de la chambre de pulvérisation 31, une seconde partie du liquide de refroidissement est également introduitedans la bague de refroidissement 24 Cette partie du liquide est admise dans la première zone 18 de mise en contact par l'orifice de sortie ou de pulvérisation Cet orifice 35 est dirigé vers le bas et, de préférence, vers l'axe principal

du tube immergé.

Le liquide de refroidissement admis par l'orifice de sortie 34 représente 60 % en poids de la quantité

totale de liquide de refroidissement introduite et le li-

quide de refroidissement admis par l'orifice de pulvérisation

représente 40 % en poids de cette quantité totale.

Le fort degré de turbulence dans la première zone

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de mise en contact et la combinaison d'un refroidissement

par évaporation de film et par pulvérisation sont suffi-

sants pour provoquer un refroidissement du gaz de synthèse s'écoulant vers le bas, de sa température initiale de 13710 C jusqu'à une température qui, à la

sortie du tube immergé ou de la première zone de refroi-

dissement, est inférieure à environ 7600 C et se situe typiquement dans une plage de 4820 C à 5380 C Par suite du refroidissement intime qui a lieu dans la première zone de refroidissement, une caractéristique particulière du procédé de l'invention réside dans le fait que les composants cendre et charbon du gaz de synthèse sont refroidis de manière suffisamment rapide pour qu'ils franchissent la plage (de 5930 à 7600 C) de l'état collant et visqueux en moins de 3 secondes et que, par conséquent, ils soient à l'état solide à l'instant o ils atteignent

l'extrémité inférieure du tube immergé.

Un système de contrôle utilisant la même quantité totale de liquide de refroidissement (dans des conditions

comparables, mais sans utiliser les orifices de pulvé-

risation 35),empruntant l'orifice 34 et se présentant sous la forme d'un film, ne refroidit pas la cendre et

le charbon aussi rapidement ou jusqu'à une bateérature aus-

si basse et, par conséquent, la cendre et le charbon se trouvent à l'état collant et visqueux au fond du tube immergé Cela s'est avéré indésirable du fait que ces particules adhèrent à des surfaces métalliques et forment un dépôt qui obture l'appareil jusqu'à un point tel qu'une

mise à l'arrêt fréquente est nécessaire.

Le gaz synthétique qui sort de la partie inférieure de la première zone de mise en contact traverse le bain de liquide 22 Il est évident que ce bain ne sera pas un bain au repos présentant un niveau de liquide bien déterminé (ce qui est une représentation statique), mais se trouvera dans un état d'agitation Lorsque le gaz de synthèse traverse le bain de liquide de refroidissement, une partie notable (pouvant atteindre typiquement jusqu'à 95 %) des

16 2524976

particules de cendre et de charbon est évacuée du gaz à l'extrémité inférieure de la première zone de mise en

contact ou à proximité de cette extrémité.

Le gaz de synthèse, à présent à une température de 5380 C et sous une pression de 55,5 10 Pa passe de bas en haut, conjointement à l'eau de refroidissement, par une seconde zone annulaire 36 de refroidissement ou de mise en contact Lorsque le gaz de synthèse traverse

cette zone 36 de bas en haut sous la forme d'un flux mix-

te de vapeur et de liquide, l'eau de refroidissement est

évaporée et le gaz est refroidi Typiquement, la tempéra-

ture régnant à la sortie de la seconde zone de mise en contact est comprise entre 2040 C et 2600 C.

Lorsque le mélange de gaz et-d'eau en cours d'évapo-

ration s'écoule de bas en haut et sort de la seconde zone

de mise en contact, il est dirigé par la hauteur dynami-

que contre une partie de la bague de refroidissement; il en résulte un effet de refroidissement qui permet de maintenir ladite bague à la basse température souhaitée

mesurée dans sa zone inférieure.

Des particules solides de cendre et de charbon peu-

vent être entraînées par le raccord 37 et une quantité additionnelle de liquide de refroidissement peut être,

le cas échéant, admise dans le bain de liquide de refroi-

dissement par un conduit non représenté.

Dans le raccord de sortie 37, la température du gaz de synthèse refroidi est typiquement d'environ 2320 C et la part que représentent les corps solides indésirables est typiquement inférieure à 5 % de la quantité totale de matières solides renfermées par le gaz qui quitte la

chambre de combustion.

*EXEMPLE Il

La figure 3 représente une variante de réalisation du dispositif de la figure 1, seule la région inférieure de refroidissement étant illustrée en détail On préférera la forme de réalisation selon la figure 3 lorsque la quantité ou la nature du gaz ou des particules renfermées

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par ce gaz sont telles qu'un refroidissement supplémen-

taire ou plus intense de ce gaz est nécessaire.

Sur la figure 3, le dispositif de refroidissement comporte un tube de circulation 38 qui, dans cette forme de réalisation, renferme intérieurement la seconde zone de refroidissement ou de mise en contact Du fait de la faculté de réaliser une seconde zone de refroidissement avec une section plus large ou plus étroite (ainsi que de la faculté d'assurer un contact plus ou moins grand

avec le liquide de refroidissement en ajustant la hau-

teur restante de la surface supérieure du bain de liqui-

de de refroidissement), il est possible d'obtenir des

durées de refroidissement de longueur souhaitée.

Dans la forme de réalisation de la figure 3, le flux tourbillonnant qui sort de l'extrémité supérieure de la seconde zone de refroidissement 36 est amené au

contact de la face inférieure de la bague de refroidis-

sement 24 et, de là, il est acheminé vers le haut et vers le bas en direction du raccord d'évacuation 20 Lorsqu' elle passe sous une chicane 39, l'eau peut être extraite

par centrifugation du flux gazeux de sortie.

EXEMPLE III

Dans le type de réalisation selon la figure 4, on a prévu, dans le tiers supérieur de la zone ou passage annulaire 36 de la figure 3, plusieurs chicanes 49 qui, montées sur le tube immergé 21, confèrent au courant

ascendant de gaz et de liquide, une composante circonfé-

rentielle de vitesse qui fait que le liquide et les substances solides qu'il renferme sont soumis à l'action de la force centrifuge Bien évidemment, ces chicanes peuvent être montées dans la partie correspondante de la face interne de la paroi du tube immergé; de plus, ces

chicanes peuvent s'étendre à travers le passage annulai-

re d'une longueur suffisante pour permettre à la force centrifuge d'exercer son effet souhaité Ces chicanes ont pour objet de contribuer au transfert de chaleur et d'utiliser la force centrifuge pour provoquer la

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coalescence du liquide, si bien que le gaz sortant de la région supérieure de la seconde zone de refroidissement est débarrassé dans une plus grande mesure du liquide et

des corps solides.

EXEIMPLE IV

La figure 5 montre une variante de réalisation d'une partie du dispositif selon la figure 3 Sur cette représentation schématique, le tube immergé 21 supporte

plusieurs anneaux ou orifices de pulvérisation supplé-

mentaires 40 Ces anneaux peuvent être associés aux orifices de pulvérisation illustrés en détail sur les figures l et 2, ou bien remplacer ces orifices Sur la figure 5, chacun de ces anneaux est plaeé a la face

externe de la paroi du tube 21 et il pulvérise du liqui-

de par plusieurs ajutages 41 qui traversent la paroi du tube 21 L'alimentation en liquide de refroidissement

est assurée par des conduits 42, 43 et 44.

Bien que la présente invention ait été illustrée en se référant à des formes de réalisation particulisrcs,

il apparaîtra à l'homme de l'art que de nombreuses modi-

fications peuvent être apportées au dispositif et au

procédé concernés, sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1 Dispositif équipé d'une chambre d'extinction ou de refroidissement et d'un tube immergé, caractérisé par

le fait qu'il comprend un mince tube immergé ( 21) compor-

tant une surface circonférentielle interne et une surface circonférentielle externe, un axe, une extrémité d'entrée et une extrémité de sortie; une bague de refroidissement ( 24), voisine de la surface circonférentielle interne à l'extrémité d'entrée dudit tube immergé et présentant un conduit ( 32; 33) d'admission du fluide; un premier

raccord ( 34) de sortie du fluide, ménagé sur ladite ba-

gue de refroidissement et destiné à diriger une nappe de fluide le long de la surface circonférentielle interne dudit tube immergé et en direction de l'extrémité de sortie de ce tube; des moyens de pulvérisation ( 35; 40) élaborés sur ledit tube pour diriger un courant de fluide à l'écart de la surface circonférentielle interne de ce tube; ainsi qu'une chambre de refroidissement ( 19) qui, entourant ledit tube immergé et formant une chambre fermée autour de ce dernier, présente un conduit ( 20) d'évacuation du gaz refroidi proche de l'extrémité d'entrée du tube immergé, ainsi qu'un raccord inférieur ( 37) de sortie du liquide de refroidissement voisin de l'extrémité de sortie dudit tube immergé; et par le fait que la charge gazeuse admise par l'extrémité d'entrée du tube immergé peut être mise en contact avec du liquide provenant du premier raccord de sortie du fluide et des moyens de pulvérisation lorsque cette charge gazeuse longe l'axe du tube immergé et pénètre ensuite dans un bain de liquide renfermé par ladite chambre de refroidissement et atteignant une certaine hauteur dans ledit tube immergé,

cette charge gazeuse sortant du tube immergé en emprun-

tant le passage annulaire situé entre la face externe de la paroi du tube immergé et la face interne de la paroi de la chambre de refroidissement nniir nrnmr rn N l lm

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raccord de cette chambre de refroidissement destiné à

la sortie du gaz refroidi.

2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de pulvérisation consistent en un second orifice de sortie ( 35) ménagé sur la bague de refroidissement et destiné à diriger un courant de fluide à l'écart de la face interne de la paroi du

tube immergé.

3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le second orifice ( 35) de sortie du fluide oriente le courant de fluide sous la forme d'un

jet pulvérisé en direction de l'axe du tube immergé.

4 Dispositif selon l'une quelconue des revendications 2 et

3, caractérisé par le fait que le tube immergé présente au moins un orifice supplémentaire de pulvérisation ( 40) entre son extrémité d'entrée et son extrémité de sortie, le fluide de refroidissement pouvant être introduit dans

la charge gazeuse lorsqu'il traverse ledit tube immergé.

Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il présente un

tube de circulation ( 38) comportant des surfaces circon-

férentielles interne et externe, entourant le tube immergé et muni d'une extrémité de sortie à proximité de l'extrémité d'entrée dudit tube immergé, ainsi qu'une extrémité d'entrée proche de l'extrémité de sortie de ce tube immergé, l'extrémité d'entrée dudit tube immergé

s'achevant à une distance qui est plus éloignée de l'ex-

trémité d'entrée du tube immergé que l'est l'extrémité de sortie de ce tube; ainsi qu'un passage annulaire ( 36) intercalé entre la face externe de la paroi du tube

immergé et la face interne de la paroi dudit tube de cir-

culation; et par le fait que la chambre de refroidisse-

ment ( 19) entoure ledit tube immergé en formant une chambre fermée autour de ce dernier, la charge gazeuse admise par l'extrémité d'entrée du tube immergé pouvant être mise en contact avec du liquide provenant du premier raccord de sortie du fluide et des moyens de pulvérisation lorsque cette charge gazeuse longe l'axe dudit tube immergé et pénètre ensuite dans un bain de liquide renfermé par ladite chambre de refroidissement et atteignant une certaine hauteur dans ledit tube immergé et dans ledit tube de circulation, ladite charge gazeuse sortant dudit tube Immergé en empruntant le passage annulaire situé entre la face externe de la paroi du tube immergé et la face interne de la paroi du tube de circulation, pour gagner de là le raccord de la chambre de refroidissement

destiné à la sortie du gaz refroidi.

6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comporte plusieurs chicanes ( 49) disposées dans le passage annulaire ( 36) entre la face externe de la paroi du tube immergé ( 21) et la face

interne de la paroi du tube de circulation ( 38).

7 Dispositif équipé d'une chambre d'extinction ou

de refroidissement et d'un tube de circulation, caracté-

risé par le fait qu'il comprend un mince tube immergé

( 21) placé verticalement, présentant une surface circon-

férentielle interne et une surface circonférentielle externe, un axe vertical, une extrémité supérieure d'entrée et une extrémité inférieure de sortie; une bague de refroidissement ( 24), voisine de la surface

circonférentielle interne à l'extrémité supérieure d'en-

trée du tube immergé et munie d'un conduit ( 32; 33) d'admission du fluide; un premier raccord ( 34) de sortie du fluide, ménagé sur ladite bague de refroidissement et destiné à diriger une nappe de fluide de haut en bas le long de la surface circonférentielle interne du tube immergé et en direction de l'extrémité inférieure de sortie de ce tube, un second raccord ( 35) de sortie du fluide, pratiqué sur ladite bague de refroidissement et destiné à diriger un courant de fluide à l'écart de la surface circonférentielle interne et en direction de l'axe dudit tube immergé; un mince tube de circulation

( 38) placé verticalement, présentant des surfaces cir-

conférentielles interne et externe, entourant ledit tube immergé et comportant une extrémité supérieure de sortie à proximité de l'extrémité d'entrée dudit tube immergé, ainsi qu'une extrémité inférieure d'entrée proche de

l'extrémité de sortie dudit tube immergé, ladite extré-

mité inférieure d'entrée du tube de circulation s'ache- vant à une distance qui est plus éloignée de l'extrémité d'entrée du tube immergé que l'est l'extrémité de sortie de ce tube immergé; un passage annulaire ( 36) situé entre la face externe de la paroi du tube immergé et la face interne de la paroi du tube de circulation; ainsi qu'une chambre de refroidissement ( 19) qui, entourant ledit tube de circulation et formant une chambre fermée autour de ce dernier, présente un conduit d'évacuation du gaz refroidi proche de l'extrémité d'entre du tube immergé, ainsi qu'un raccord inférieur de sortie du liquide de refroidissement voisin de l'extrémi de sortie dudit tube immergé; et par le fait que la charge gazeuse admise par l'extrémité supérieure d'entrée dudit tube

immergé peut être mise en contact avec du liquide prove-

nant des premier et second raccords de sortie du fluide lorsque cette charge longe de haut en bas l'axe du tube immergé et pénètre ensuite dans un bain de liquide renfermé par la chambre de refroidissement et atteignant une certaine hauteur dans ledit tube immergé et dans ledit tube de circulation, cette charge gazeuse sortant dudit

tube immergé en empruntant de bas enhaut le passage annu-

laire situé entre la face externe de la paroi du tube

immergé et la face interne de la paroi du tube de circu-

lation, pour gagner ensuite le raccord de ladite chambre

de refroidissement destiné à la sortie du gaz refroidi.

8 Procédé de refroidissement, d'une température initiale élevée à une température finale basse, d'un gaz chaud synthétique renfermant des particules qui consistent en de la cendre et du charbon et qui transitent par une inopportune phase visqueuse et collante,lors de leur refroidissement,en passant par une plage intermédiaire de température à l'état visqueux et collant comprise entre 4820 C et 10930 C, procédé caractérisé par le fait qu'il consiste à faire passer de haut en bas, à travers une première zone de mise en contact, le gaz de synthèse chaud renfermant de la cendre et du charbon à sa haute température initiale; à faire descendre du liquide de refroidissement sous la forme d'un film le long des parois de ladite première zone de mise en contact et à le mettre au contact dudit gaz synthétique descendant,de façon à

refroidir ce dernier; à pulvériser du liquide de refroi-

dissement dans ledit gaz synthétique descendant renfer-

mant des particules, de façon à refroidir lesdites parti-

cules jusqu'à une température inférieure à celles de ladite plage intermédiaire lorsque ledit gaz synthétique est refroidi; à séparer dudit gaz au moins une partie desdites particules refroidies à l'extrémité inférieure de ladite première zone de mise en contact; à recueillir au moins une partie dudit liquide de refroidissement dans un bain situé à l'extrémité inférieure de ladite première zone de mise en contact ou de refroidissement; à extraire, dudit bain de liquide de refroidissement, une partie de ce bain renfermant des particules refroidies; à mettre ledit gaz de synthèse, lorsqu'il sort de ladite première zone de mise en contact, au contact dudit bain de liquide ou eau de refroidissement, en évaporant au moins une partie de ce liquide de refroidissement et en formant un mélange de liquide de refroidissement en cours d'évaporation et de gaz synthétique; à faire passer ledit

mélange de liquide de refroidissement en cours d'évapora-

tion et de gaz synthétique à travers une seconde zone de refroidissement dans laquelle ledit gaz de synthèse est refroidi à la température de sortie souhaitée; à séparer

ledit gaz de synthèse refroidi dudit liquide de refroidis-

sement; et à recueillir ledit gaz de synthèse refroidi.

9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la température intermédiaire se situe dans une plage de 5380 C à 10930 C. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la plage de température intermédiaire se trouve entre 5930 C et 760 ' C.

11 Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 8 à 10, caractérisé par le fait que le gaz chaud de synthèse présente une température initiale élevée comprise entre 9820 C et 19260 C.

12 Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 8 à 11, caractérisé par le fait que, dans la première zone de refroidissement, le gaz de synthèse est refroidi jusqu'à environ 4270 C à 760 e C.

13 Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 8 à 12, caractérisé par le fait que le gaz de -synthèse passe par la plage de température à l'état

visqueux et collant en moins de 10 secondes environ.

14 Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 8 à 13, caractérisé par le fait que le gaz de

synthèse passe par la plage de température à l'état vis-

queux et collant en une période de 1 seconde à 5 secondes.

Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 8 à 14, caractérisé par le fait que la température de sortie souhaitée se situe dans une plage d'environ

149 C à 2710 C.