FR2560207A1

FR2560207A1 - Appareil pour gazeifier une charge charbonneuse

Info

Publication number: FR2560207A1
Application number: FR8417785A
Authority: FR
Inventors: Hiroshi Miyadera; Shinji Tanaka; Tomohiko Miyamoto; Sadao Takahashi; Shuntaro Koyama; Atsushi Morihara
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-11-24
Filing date: 1984-11-22
Publication date: 1985-08-30
Also published as: DE3442824A1; JPH0423679B2; JPS60112890A

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL POUR GAZEIFICATION UNE CHARGE CHARBONNEUSE. CET APPAREIL COMPORTE UN REACTEUR DE GAZEIFICATION A LIT FLUIDISE 1 DONT LE DIAMETRE INTERIEUR AUGMENTE GRADUELLEMENT DE SA BASE VERS LE HAUT, UNE PREMIERE TUYERE RELIEE A DES CANALISATIONS 5, 6 POUR INTRODUIRE UN AGENT DE GAZEIFICATION CONTENANT DE L'OXYGENE, AU BAS DU REACTEUR, UNE PLAQUE DE DISTRIBUTION 8 SITUEE AU BAS DU REACTEUR ET SERVANT A INJECTER L'AGENT DE GAZEIFICATION, ET DES SECONDES TUYERES 9 RELIEES A DES CANALISATIONS 3, 10, 11 ET SERVANT A INJECTER LA CHARGE CHARBONNEE AINSI QUE L'AGENT DE GAZEIFICATION CONTENANT DE L'OXYGENE DANS LA PARTIE MEDIANE DU LIT FLUIDISE. APPLICATION NOTAMMENT AUX APPAREILS DE GAZEIFICATION DU CHARBON A LIT FLUIDISE.

Description

La présente invention concerne un appareil pour gazéifier une charge charbonneuse conformément à un système à lit fluidisé.

Une charge charbonneuse, par exemple du charbon ou de la houille, peut être gazéifiée principalement soit au moyen d'une oxydation partielle avec de l'air ou de l'oxygène ou de la vapeur, soit al'aide d'une gazéification avec hydrogénation, utilisant de l'hydrogène. L'hydrogène est produit par réaction du charbon avec la vapeur et par conséquent la gazéification avec hydrogénation peut être également considérée comme une modification de l'oxydation partielle. D'autre part la gazéification du charbon peut être classée en une gazéification du type à lit fixe, une gazéification du type à lit fluidisé, une gazéification avec un courant sous forme de jet, une gazéification à lit de fusion, etc du point de vue des modes de réaction.Entre autres, la gazéification a lit fluidisé présente les avantages consistant à utiliser du charbon, ce qui n'a pas été applicable a la gazéification à lit fixe, à établir une distribution uniforme de températures dans l'ensemble du réacteur de gazéification en raison du mélange du charbon sous l'effet d'un jet de gaz à l'intérieur du réacteur, ce qui supprime le développement de zones à basse température dans le réacteur, et à favoriser la décomposition du goudron, ce qui supprime la production de goudron. En outre les particules de charbon possèdent des tailles réduites et ure surface étendue et par conséquent il est possible d'obtenir une vitesse supérieure de réaction, c'est-à-dire que l'on peut obtenir une capacité supérieure de traitement dans le réacteur de gazéification à lit fluidisé.

Cependant, lorsque les cendres contenues dans le charbon sont fondues, elles s'agglomèrent ensemble par coagulation et se solidifient pour former des regroupements ou morceaux de cendres et entraînent ce qu'on appelle une perturbation par présence de scories ou de mâchefer dans le réacteur de gazéification à lit fluidisé. C'est-à-dire que l'on ne peut pas obtenir un fonctionnement stable d'un réacteur de gazéification à lit fluidisé.

D'une manière générale, on injecte dans le réacteur de gazéification à lit fluidisé un gaz contenant de l'oxygène en tant qu'agent de gazéification, par l'intermédiaire d'une plaque de distribution ou de répartition, comme par exemple uneplaque perforée, etc, et par conséquent la concentration en oxygène au niveau des buses ou tuyères d'injection est suffisamment élevée pour qu'il se produise une combustion des substances charbonneuses ou carbongJs associées à un intense dégagement de chialeur. Par conséquent des zones présentant une température supérieure sont susceptibles d'apparaître localement et les cendres présentes dans le charbon sont susceptibles d'être fondues.Afin de régler ou de commander la concentration en oxygène à un certain degré et d'empêcher l'échauffement excessif local, on envoie de la vapeur en excès en même temps que l'agent de gazéification. Ou bien on améliore la forme de la plaque de distribution de manière à activer les déplacements de particules de charbon directement au-dessus de la plaque de distribution et à faire diffuser rapidement la chaleur libérée par la réaction de combustion, ce qui réduit la formation de scories.

D'autre part du point de vue de l'obtention d'un accroissement de la capacité du traitement ou du rendement de gazéification ou de l'utilisation potentielle du produit gazeux, il est avantageux de faire fonctionner un réacteur de gazéification du charbon sous une pression d'une valeur aussi élevée que plusieurs dizaines de fois la pression atmosphérique. Cependant un dispositif particulier est nécessaire pour amener les particules de charbon solides dans le réacteur sous pression et on utilise habituellement à cet effet un système de trémie à obturateur, dans lequel le charbon doit être stocké dans une trémie maintenue sous une pression égale au moins à celle du réacteur de gazéification.Conformément au système de trémie à obturateur, on charge le charbon dans la trémie à la pression atmosphérique et on le met sous pression en lui envoyant un gaz comprimé et on le transfert dans une autre trémie afin de charger le charbon dans le réacteur de gazéification.

Ensuite, on supprime l'état sous pression dans la première trémie afin de la remplir à nouveau de charbon. Ces opérations sont en soi simples, mais en raison de leurs répEti- tions cycliques, on se trouve encore en présence d'inconvénients liés à la puissance élevée de pressurisation des trémieset d'une usure considérable apparaissant sur les val-- vers de commutation, ce qui entraîne comme résultat une fiabilité réduite.

Lorsque le charbon est mis sous -la forme d'une boue, il est possible d'entraîner la boue d'une manière stable par pompage et la manipulation du charbon peut en être de beaucoup facilitée en particulier en ce qui concerne son transport et son amenée.

Les auteurs à la base de la présente invention ont effectué jusqu'à présent des études étendues sur un procédé de mélange de charbon avec une fraction lourde de pétrole pour réaliser une boue ou une pâte de charbon, et d'envoi de la boue à un réacteur pressurisé de gazéification à lit fluidisé, en réalisant ainsi la gazéification de la boue, et ils ont présenté différentes propositions concernant des réacteurs de gazéification et des techniques qui leurs sont associées. Lorsque l'on mélange le charbon à une fraction importante de pétrole, en lui appliquant un chauffage, il est possible d'obtenir une boue ou une pâte de charbon pouvant être pompée et qui peut être également gazéifiée.On a également trouvé que, même si le charbon est constitué par des espèces de charbon à coke, il est possible de supprimer dans la boue la formation des masses coagulées de particules de charbon obtenues sous l'effet d'une adhérence mutuelle, et que par conséquent une telle boue est non seulement avantageuse du point de vue de l'acheminement de matières premières, mais également du point de vue des types de charbon utilisables.

Le pétrole peut être couteux ou bien la fraction lour & u pétrole peut être transformée en fractions légères plutôt que d'être gazéifiée , en fonction des situations existantes dans le domaine des matières premières. Dans ce cas, on peut utiliser de l'eau comme milieu de formation de la boue. Une concentration du charbon dans la boue à l'eau est de 60 à 75 % en poids de la boue et par conséquent 25 à 40 % en poids d'eau doivent être envoyés au réacteur de gazéification. En tant que milieu de formation de la boue, l'eau est évaporée dans le réacteur-de gazéification et absorbe ainsi beaucoup de chaleur et abaisse la tempera- ture du réacteur.C'est pourquoi il faut apporter au réacteur de gazéification un excès d'oxygène servant d'agent de gazéification, par rapport au système utilisant des trémies à obturateur, au moyen duquel on introduit du charbon sec. En outre il est possible que des scories se forment sauf si le taux ou la proportion de vapeur servant d'agent diluant est accru, conformément au taux ou à la proportion d'oxygène envoyé.

C'est pourquoi, lorsque le charbon est amené ou délivre sous a forme d'une boue à l'eau, il taut accroître les taux d'alimentation ou d'amenée de l'oxygène et de la vapeur par rapport au cas de l'utilisation de charbon sec, et le rendement de gazéification (c'est-à-dire le rapport du pouvoir calorifique du gaz résultant de la gazéification du pouvoir calorifique du charbon) est fortement réduit.Afin de résoudre ces inconvénients, il a été proposé d'entraîner par pompage une boue formée à l'eau jusqu'a un système pressurisé de manière à évaporer l'eau et ensuite d'envoyer la boue à un réacteur de gazéification, ou bien d'introduire du charbon à l'état de suspension dans une fraction plus légère de pétrole possédant une chaleur latente de vaporisation inférieure à celle de l'eau, comme par exemple du benzène, du tolène et du xylène. Cependant ceci complique le procédé et entraînerait des difficultés pour la réalisation d'une gazéification efficace dans le cadre d'une bonne commande de fonctionnement.

Dans un réacteur à lit fluidisé, une solution usuelle consiste à introduire un gaz de fluidisation (un agent gazéifiant dans le cas d'un réacteur de gazéification du charbon) par l'intermédiaire d'une plaque de distribution prévue à la partie inférieure du réacteur de gazéification.

Cependant il est -également connu d'introduire le gaz de fluidisation par l'intermédiaire d'une buse ou d'unetuybe comme cela est décrit dans la demande de brevet japonais
Kokai (publiée) n" 54-97605. Lorsque le système d'alimentation de la tuyère est appliqué au réacteur de gazéification du charbon, il se forme des bulles de gaz qui sont d'une taille supérieure à celle des bulles obtenues conformément au système d'injection à perforations fines de la plaque de distribution, et le déplacement des particules autour des bulles de gaz de taille plus importante est altéré, ou bien la réaction de combustion à l'intérieur des bulles de gaz devient si intense qu'une plus grande quantité de scories est susceptible de se former que dans le cas de l'utilisation de la plaque de distribution.C'est pourquoi il existe le risque important d'une amenée d'une vapeur de dilution à un taux d'alimentation supérieur. Lorsque l'on introduit un agent de gazéification à proximité de la tuyère d'injection de la matière première constituée par le charbon, les gaz formés par les compositions thermiques de la matière première brûlent plutôt qu'ils ne provoquent la gazéification du charbon, et la quantité de charbon non brûlé sera accrue même pour un taux ou une proportion identique d'alimentation en oxygène, avec comme résultat un risque possible d'une réduction du rendement de gazéi fication.

Comme décrit ci-dessus, un réacteur de gazéification du charbon à lit fluidisé utilisant une plaque de distribution requiert l'introduction d'un excès de vapeur formant un agent diluant afin d'empêcher la formation de scories. Dans une boue de charbon réalisée avec de l'eau comme milieu lui permettant de simplifier un système d'alimentation, on consomme une grande quantité de chaleur pour réaliser l'évaporation de chauffage de l'eau dans le réacteur de gazéification, ce qui entraîne une réduction de la température du réacteur et une réduction-du rendement de gazéification. Si le taux d'introduction de vapeur servant d'agent diluant, dans le cas de l'envoi de la boue formée de charbon et d'eau au réacteur de gazéification, on peut s'attendre à un accroissement du rendement de gazéification.Si l'on peut réduire le taux de vapeur servant de diluant sans aucune formation de scories même dans le cas de l'amenée de charbon sec ou d'une boue de charbon dans une fraction lourde de pétrole ou analogue, au lieu d'utiliser de la boue à l'eau, on peut s'attendre également à un accroissement du rendement de gazéification.

Un but de la présente invention est de résoudre les différents inconvénients propres aux réacteurs pressurisés de gazéification du charbon à lit fluidisé et de fournir un appareil permettant de réaliser la gazéification à lit fluidisé, avec un rendement élevé de gazéification.

Conformément à la présente invention il est prévu un appareil servant à réaliser la gazéification d'une charge d'alimentation charbonnée, qui comporte un réacteur de gazéification à lit fluidisé dont le diamètre intérieur augmente graduellement de la base vers le haut, et une première tuyère- servant à injecter un agent de gazéification contenant de l'oxygène dans le réacteur au niveau d'une partie inférieure du réacteur de gazéification, une plaque de distribution servant à réaliser l'injection de l'agent de gazéification injecté par l'intermédiaire de la première tuyère dans un lit fluidisé est prévue au niveau d'une partie inférieure du réacteur de gazéification et au-dessus de la première tuyère, et des secondes -tuyères servant à l'injection de la charge charbonnée ainsi que de l'agent de gazéification contenant de l'oxygène, dans le lit fluidisé, et qui est prévue à un niveau moyen dans le lit fluidisé.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels
- la figure 1 est un schéma montrant les influences de la température de réaction et du mode d'injection d'un agent de gazéification sur le taux de production de gaz dlhydrocarbur lorsqu'une boue de charbon à l'eau est gazéifiée dans un lit fluidisé
- la figure 2 est un schéma semblable à celui de la figure 1 dans le cas où une boue de charbon formée avec une fraction lourde de pétrole est gazéifiée sous la forme d'un lit fluidisé
- la figure 3 représente une forme de réalisation de l'agencement d'une tuyère dans le cas où l'agent de gazéification est injecté par l'intermédiaire de tuyères
- la figure 4 est une vue en coupe transversale prise suivant la iigne A-A de la figure 3
- la figure 5 est une vue schématique d'un réacteur de gazéification classique, auquel un agent de gazéification est amenée uniquement par l'intermédiaire d'une plaque de distribution
- la figure 6 est une vue schématique d'un réacteur de gazéification classique comportant un réacteur dont la forme est semblable à celle de la figure 5 et dans lequel un agent de gazéification est injecté par l'intermédiaire de tuyères autres que les tuyères utilisées pour l'introduction de la matière première ; et
- la figure 7 est une vue schématique d'un réacteur de gazéification du charbon, selon une autre forme de réalisation de la présente invention.

Les auteurs à la base de la présente invention ont effectué des études étendues des influences que présentent les débits ou taux d'alimentation d'oxygène et de vapeur en tant qu'agent de gazéification et le niveau d'injection sur la température dans un réacteur de gazéification à lit fluidisé, sur le débit du gaz produit lors de la gazéification, sur le rendement de gazéification et sur la formation de scories, et ils ont obtenu loerésultatssuivan (1) Lorsque l'oxygène est injecté uniquement par l'intermédiaire d'une plaque de distribution et lorsque la teneur en oxygène d'un agent de gazéification (oxygène + vapeur ou air + vapeur) dépasse 20 % en volume, des scories sont susceptibles de se former.D'autre part lorsque l'on injecte directement dans un lit fluidisé un agent de gazéification présent sous la forme d'un état fluidisé, c'està-dire sous la forme d'un état dans lequel les particules de charbon sont fluidisées par un agent de gazéification possédant une teneur en oxygène de 20 8 en volume, envoyé par une plaque de distribution, etc- dans le réacteur de gazéification, on a observé qu'il ne se forme aucune scorie autour des tuyères ou buses d'injection, même si la concentration en oxygène de l'agent de gazéification est comprise entre 40 et 50 8 en volume. Ceci semble être dû au fait que le déplacement des particules serait plus intense dans la zone du lit fluidisé au-dessus de la plaque de distribution que directement au-dessus de cette plaque, et que l'on pourrait de ce fait obtenir une diffusion plus intense de la chaleur.

(2) Lorsque l'on utilise une boue de charbon formée à l'eau en tant que matière première, il ne se forme aucune scorie autour des tuyères d'amenée de la matière première, même si l'on n'amène à la boue constituant la matière première que de l'oxygène sans aucune vapeur formant agent diluant.

Ceci semble être dû au fait que l'eau située dans la matière première constituée par la boue joue le même rôle que là vapeur formant agent diluant et que les scories se. formeraient à peine même avec une teneur de 100 % d'oxygène. Moyennant l'hypothèse que l'eau située dans la boue est totalement transformée en vapeur, on peut calculer qu'un agent de gazéification possédant une teneur en oxygène de 50 % ou plus doit être envoyé au réacteur de gazéification.

Lorsque la matière première est amenée ainsi que l'agent de gazéification par l'intermédiaire des mêmes tuyères, on s'attendraità-ce que des composants de combustibles formés par les compositions thermiques de la matière première formée par charbon, comme par exemple du méthane, etc viennent en contact avec l'oxygène et brûlent de préf é- rence, mais il s'est avéré que, comme cela est représenté sur la figure 1, le taux de production de méthane ou le taux total de production de gaz d'hydrocarbures (C1-C3) incluant du méthane est influencé de façon prédominante par la température de lit fluidisé et est moins influencé par la présence ou l'absence d'oxygène injecté par l'intermédiaire des tuyères.Sur la figure 1, les symboles e-et A illustrent l'injection de la matière première et de l'oxy-gène à l'aide des mêmes tuyères, et les symboles 9 et billustrent l'injection de la matière première et de-l'oxy- gène par l'intermédiaire de tuyères individuelles séparées.

On voit que l'oxygène injecté par l'intermédiaire des tuyères contribue à réaliser la combustion et la gazéification du charbon sous la forme de particules fluidisées, ce qui accroît la température du lit fluidisé dans la zone d'injection et favorise efficacement la décomposition thermique de la matière première, tout en supprimant la production de charbon en tant que produit secondaire ou sous-produit.

Sur la figure 2 on a représenté les taux de production de gaz d'hydrocarbures lorsque l'on gazéifie en tant que matière première une boue de charbon dans une fraction lourde de pétrole. Lors de la gazéification d'une boue de -charbon dans une fraction lourde du pétrole, il est nécessaire d'introduire la matière première dans le lit fluidisé, tout en réalisant une atomisation de la matière première pompée au niveau de l'extrémité ou de la pointe de la tuyère, et l'on utilise habituellement de la vapeur en tant qu'agent d'atomisation.Sur la figure 2, le symbole représente le mélange d'oxygène et de vapeur d'atomisation (les autres symboles ont les mêmes significations que sur la figure 1), et l'on n'a observé absolument aucune consommation de gaz d'hydrocarbures sous l'effet de l'injection de l'oxygène dans ce cas, comme ci-dessus.

Comme cela est représenté sur les figures 1 et 2, le taux de production des gaz d'hydrocarbures est régi par la température de réaction et la somme totale des gaz d'hydrocarbures (C1-C3) est maximale pour une température comprise entre 700"-800"C, et la quantité maximum de méthane obtenue apparaît à environ 8000C. Ceci indique que la formation de méthane par dissociation des chaînes d'hydrocarbures devient plus active lorsque la température augmente, mais qu'une nouvelle formation du méthane à la vapeur est favorisée lorsque la température augmente, ce qui entraîne une réduction du taux de production de méthane.

D'après les rubriques (1) et (2) qui précèdent, on peut voir que des scories se forment difficilement pour une teneur en oxygène plus élevée lorsque de l'oxygène est injecté par l'intermédiaire de tuyères plutôt que lorsqu'il est injecté par l'intermédiaire d'une plaque de distribution, c'est-à-dire avec une injection plus faible de vapeur, et que l'on observe absolument aucune consommation de composants de gaz utiles d8sirés tels que du méthane, etc, même si l'entrée d'amenée de la matière première et l'entrée d'amenée de la seconde gazéification sont communes, et que l'oxygène présent dans l'agent de gazéification favorise plutôt la combustion et la gazéification du charbon fluidisé autour des tuyères d'injection ainsi qu'un accroissement de la température de réaction, ce qui favorise efficacement la décomposition thermique de la matière première et une réduction de la production de goudron en tant que sous-produit.

Lorsque l'on utilise pour la tuyère d'amenée de la matière première et la tuyère d'amenée de l'agent de gazéification une tuyère commune, comme indiqué ci-dessus, il est possible d'obtenir les avantages indiqués ci-après.

(i) Lors du traitement de la matière première à un taux ou débit d'alimentation prédéterminé, l'injection d'un agent de gazéification par l'intermédiaire des tuyères permet de réduire le taux ou débit d'oxygène devant être injecté sur une plaque de distribution, d'une part correspondant au taux correspondant d'oxygène injecté par l'interme- diaire des tuyères, par rapport à l'injection de l'agent de gazéification uniquement par l'intermédiaire de la plaque de distribution, il est possible de réduire de façon correspondante l'introduction de vapeur de dilution.

(ii) Lors du traitement d'une boue de charbon dans de l'eau, l'eau constituant le milieu de formation de la boue peut servir d'inhibiteur empêchant un échauffement excessif local, et par conséquent il n'est pas nécessaire d'ajouter une vapeur formant agent diluant à l'oxygène devant être injecté par l'intermédiaire des tuyères. Même si cela est nécessaire, on peut envoyer la vapeur de dilution à un débit très faible. L'eau formant milieu de réalisation de la boue s'évapore dans le réacteur de gazéification et peut également servir de gaz de fluidisation pour des particules.

(iii) Dans le cas de l'alimentation avec atomisation comme par exemple dans le cas d'une boue de charbon réalisée dans une fraction lourde de pétrole, il n'est pas nécessaire d'introduire une vapeur supplémentaire formant agent diluant, par addition d'oxygène à la vapeur d'atomisation. Au contraire l'oxygène peut également servir d'agent d'atomisation, et par conséquent il est possible de réduire l'utilisation d'une vapeur d'atomisation.

Comme cela a été décrit ci-dessus, l'injection d'oxygène par l'intermédiaire des tuyères permet d'obtenir une production dé scories plus faible que dans le cas de l'injection par l'intermédiaire de la plaque de distribution, et par conséquent il est possible de réduire le débit de vapeur et d'accroître efficacement le rendement de gazéification. En outre, il résulte d'une étude de l'angle d'injection des tuyères, que l'on a trouvé que des scories se forment beaucoup plus difficilement lorsque l'on oriente les tuyères de manière à former des courants tourbillonnaires dans le réacteur de gazéification.Lorsque l'on dispose, dans un réacteur de gazéification 1, quatre tuyères servant à amener un agent de gazéification, à des distances de rE- partition égales, en les orientant de manière à ce qu'elles fassent un angle de 90" par rapport à la direction radiale du réacteur et un angle de 45" par rapport à l'axe du réacteur, comme cela est représenté sur les figures 3 et 4, les courants tourbillonnaires sont produits au niveau des tuyères par le gaz injecté, ce qui a pour effet que des composantes de vitesse sont appliquées aux particules fluidisées, non seulement suivant la direction verticale, mais également suivant la direction périphérique.Par conséquent il semble que le déplacement des particules soit activé d'une manière accrue et que la diffusion de la chaleur soit favorisée, de sorte qu'il se produit difficilement la formation de scories, même pour une teneur élevée en oxygène.

Les taux d'oxygène ou de vapeur introduits par l'intermédiaire de la plaque de distribution peuvent être réduits par suite de l'injection d'oxygène par l'intermédiaire des tuyères, comme indiqué à la rubrique (i), mais tant que le diamètre du réacteur est égal sur l'ensemble du réacteur, la vitesse de circulation des gaz est réduite par suite de la réduction correspondante du taux de l'agent de gazéification à travers la plaque de distribution, et le déplacement des particules est également réduit au-dessus de cette plaque de distribution, avec comme résultat le fait que la fluidisation est défaillante. Lorsque l'énergie cinétique des particules est réduites comme indiqué cidessus, il n'apparaît aucune diffusion thermique même si la teneur en oxygène est maintenue à une faible valeur, il se forme quelquefois des scories.On a trouvé que la formation de scories peut être empêchée moyennant la réaction du diamètre du réacteur conformément à la réduction du débit de l'agent de gazéification à travers la plaque de distribution, de manière à maintenir un bon état- -fluidisé.

On va décrire ci-après une forme de réalisation de la présente invention, tout en la comparant avec le réacteur classique de gazéification, en se référant aux figures 5 à 7.

Sur les figures 5 et 6, on a représenté un réacteur classique de gazéification, qui est désigné par la référence 1, ce réacteur comportant un lit fluidisé 2
La référence 3 désigne une canalisation d'amenée de la boue formée de charbon à l'eau, qui sera désignée ci-après simplement sous le terme de "boue", la référence 4 désigne des tuyères servant à amener la boue, la référence 8 désigne une plaque de distribution prévue à la partie inférieure du réacteur de gazéification 1, et un agent de gazéification constitué par de l'oxygène introduit par l'intermédiaire de la canalisation 5 et par de la vapeur introduite par l'intermédiaire de la canalisation 6, est injecté dans un espace situé au-dessous de la plaque de distribution 8 dans le réacteur de gazéification 1 et est en outre injecté dans le lit fluidisé 2 par l'intermédiaire de la plaque de distribution 8.La référence 7 désigne une sortie du charbon et des cendres et la référence 12 désigne des tuyères servant à injecter un agent de gazéification constitué par de l'oxygène délivré par la canalisation 10 et par de la vapeur arrivant de la canalisation 11 et pénétrant dans le lit fluidisé- 2. Les tuyères 12 sont prévues à un niveau légère- ment décalé de celui des tuyères 4.

La figure 5 représente une structure utilisée pour introduire l'ensemble de l'agent de gazéification dans l'espace situé au-dessous de la plaque de distribution 8, et des scories peuvent se former au-dessus de cette plaque de distribution 8. Afin d'empêcher la formation de scories, il faut introduire une quantité importante de vapeur formant agent diluant par l'intermédiaire de- la plaque de distribution 8. Ceci conduit à un inconvénient consistant en une réduction du rendement de gazéification.

La figure 6 montre une structure servant à l'introduction de l'agent de gazéification par l'interme- diaire de la plaque de distribution 8 et par l'intermédiaire de quelques tuyères 12 dirigées à l'intérieur du lit fluidisé 2, sous l'effet de l'application de l'agent de gazéification aux tuyères 12, auquel cas le rendement de gazéification peut être supérieur à celui obtenu sur la figure 5, mais la vitesse de circulation du gaz est réduite par suite de la réduction correspondante du débit d'injection de l'agent de gazéification à travers la plaque de distribution 8, et, lorsque la teneur en oxygène de l'agent de gazéification traversant la plaque de distribution 8 est légèrement accrue, c'est-à-dire lorsque le taux de vapeur est réduit, des scories sont susceptibles de se former.Ceci est un inconvénient dans le réacteur de gazéification représenté sur la figure 6.

D'autre part, sur la figure 7 on a représenté un réacteur de gazéification selon une forme de réalisation conforme à la présente invention, qui permet de résoudre les inconvénients de l'art antérieur.

I1 est prévu une plaque de distribution 8 à la partie inférieure d'un réacteur de gazéification à lit fluidisé 1, et des tuyères 9 servant à réaliser simul tanément l'injection d'une boue provenant de la canalisation 3, d'oxygène provenant de la canalisation 10 et de la vapeur provenant de la canalisation 11, sont prévues au niveau médian dans le lit fluidisé 2. Le réacteur de gazéification 1 possède une structure telle que son diamètre intérieur augmente graduellement depuis le bas vers le haut. L'oxygène servant d'agent de gazéification délivré par la canalisation 5 et la vapeur de dilution délivrée par la canalisation 6 introduite par l'intermédiaire de la plaque de distribution 8, et l'oxygène provenant de la canalisation 10 et la vapeur provenant de la canalisation 11 sont également introduites par l'intermédiaire des tuyères 9.

On peut régler un bon état fluidisé en retr6- cissant le diamètre du réacteur à la partie inférieure du réacteur de gazéification 1 de manière à maintenir une vitesse égale à au moins 3 - 5 fois la vitesse de déclenchement de fluidisation (Umf ; sur la base d'un réacteur vide) des particules fluidisées (charbon) compte tenu du taux de l'agent de gazéification à travers la plaque de distribution 8, du débit du gaz et de l'eau formant le milieu de réalisation de la boue, à travers les tuyères 9, comme représenté sur la figure 7, et de ce fait la formation de scories directement au-dessus de la plaque de distribution 8 ou autour des tuyères peut être ainsi empêchée. En outre l'induction de la température due à l'évaporation de l'eau autour des tuyères peut être empêchée. Lorsque les tuyères 9 sont disposées de manière à former les courants tourbillonnaires, de la manière représentée sur la figure 3, il s'est avéré qu'aucune scorie n'est formée au niveau des pointes d'extrémité des tuyères 9 même si l'on injecte 0,4 kg d'oxygène par kg de boue à l'eau comportant une teneur en charbon de 65 % en poids.Lorsque les tuyères 9 sont disposées en étant dirigées vers le centre au lieu d'être orientées de manière à former des xrass tlisllanaLres il s'est avéré qu'il peut se former des scories autour des tuyères 9, si l'oxygène est envoyé en une proportion égale à au moins- 0,3-2 kg/kg de boue à l'eau. I1 semble que le déplacement des particules autour des tuyères 9 soit moins actif que dans le cas de la disposition des tuyères permettant de former les courants tourbillonnaires.

On a représenté dans le tableau indiqué ciaprès des essais de gazéification dans les types indiqués de réacteur de gazéification.

Tableau

<tb> <SEP> Exemple <SEP> compara- <SEP> Exemple
<tb> <SEP> tif(classique) <SEP> (invention)
<tb> <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 1 <SEP> 4 <SEP> 1 <SEP> 2
<tb> Type <SEP> du <SEP> réacteur <SEP> de <SEP> gazéifi
<tb> cation <SEP> Fig.5 <SEP> Figez <SEP> 6 <SEP> Fig.<SEP> 7
<tb> Taux <SEP> d'oxygène <SEP> (kg/kg <SEP> de <SEP> char
<tb> bon)
<tb> Plaque <SEP> de <SEP> distribution <SEP> 0,7 <SEP> 0,9 <SEP> 0,6 <SEP> 0,6 <SEP> 0,4 <SEP> 0,3
<tb> Tuyères <SEP> a <SEP> boue
<tb> Taux <SEP> de <SEP> vapeur(kg/kg <SEP> de <SEP> char
<tb> bon)
<tb> Plaque <SEP> de <SEP> distribution <SEP> 1,6 <SEP> 1,6 <SEP> 1,6 <SEP> 1,3 <SEP> 0,9 <SEP> 0,7
<tb> Tuyère <SEP> a <SEP> boue <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP>
<tb> Température <SEP> du <SEP> réacteur( C) <SEP> 710 <SEP> 740 <SEP> 750 <SEP> 780 <SEP> 860 <SEP> 880
<tb> Rendement <SEP> de <SEP> production <SEP> de
<tb> méthane <SEP> ( <SEP> 8 <SEP> en <SEP> poids) <SEP> par
<tb> rapport <SEP> au <SEP> charbon <SEP> 6,2 <SEP> 7,6 <SEP> 8,2 <SEP> 8,5 <SEP> 8 <SEP> 7,6
<tb> Rendirent <SEP> de <SEP> gazéification <SEP> de <SEP> gazeification <SEP>
<tb> (rendement <SEP> des <SEP> gaz <SEP> froid,%) <SEP> 43 <SEP> 55 <SEP> 59 <SEP> 62 <SEP> 68 <SEP> 70
<tb> <SEP> non <SEP> oui <SEP> non <SEP> oui <SEP> non <SEP> non
<tb> Formation <SEP> de <SEP> scories <SEP> no <SEP> X <SEP> <SEP> ou <SEP> <SEP> nor <SEP> oui <SEP> non <SEP> non <SEP>
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Lors de ces essais, on a utilise une boue à l'eau contenant 60 % en poids de charbon sous-bitumineux produit au Japon.

Dans l'exemple comparatif 1 utilisant le réacteur classique de gazéification de la figure 5, il ne s'est formé aucune scorie pour un taux d'oxygène de 0,7 kg/kg de charbon et pour un taux de vapeur de 1,6 kg/kg de charbon, mais lorsque l'on a augmenté le taux d'oxygène à 0,9 kg/kg de charbon comme dans l'exemple comparatif 2, il s'est formé des scories sur la plaque de distribution 8. Les rendements de gazéification (rendement du gaz froid, rapport du pouvoir calorifique du gaz produit au pouvoir calorifique de la matière première) étaient aussi faibles que 43 % et 55 % respectivement, et les rendements de production de méthane étaient égaux respectivement à 6,2 % et 7,6 %.

D'autre part dans l'exemple comparatif de la figure 6, le taux d'oxygène était de 0,9 kg/kg de charbon comme dans le cas de l'exemple comparatif 2, où l'oxygène était envoyé par l'intermédiaire de la plaque de distribution 8 à un taux de 0,6- kg/kg de charbon et par l'intermédiaire des tuyères 12 à un taux de 0,3 kg/kg de charbon.La vapeur n'était pas introduite par l'intermédiaire des tuyères 12 mais uniquement par l'intermédiaire de la plaque de distribution 8 à un taux de 1,6 kg/kg de charbon, et les taux d'alimentation d'oxygène en tant qu'agent de gazéification et de vapeur étaient identiques à ceux de l'exemple compa ratif 2, mais il ne s'est formé aucune scorie autour des tuyères 2 ni au-dessus de la plaque de distribution 8, et la diminution de température autour des tuyères 4 servant à l'amenée de la boue était faible si bien que le rendement de gazéification a été accru à une valeur de 59 %. Cependant, lorsque l'on a réduit le taux de vapeur traversant la plaque de distribution 8 à 1,3 kg/kg de charbon comme dans l'exemple comparatif 4, on a observé une formation de scories.

Dans l'exemple comparatif 2, il s'est formé des scories pour un taux d'oxygène servant- d'agent de gazéification traversant la plaque de distribution 8, égal à 0,9 kg/kg de charbon et pour un taux de vapeur de 1,6 kg/kg de charbon, c'est-à-dire pour une teneur en oxygène de 24 g en poids, tandis que dans l'exemple comparatif 4, il s'est des scories pour un taux d'oxygène de 0,6 kg/kg de charbon et pour un taux de vapeur de 1,3 kg/kg de charbon, c'està-dire pour une teneur en oxygène de 20,6 % en volume.Ainsi le réacteur de gazéification de la figure 6 ne forme aucune scorie pour le même taux de vapeur que celui indiqué pour le réacteur de gazéification de la figure 5 (1,6 kg/kg de charbon), même si on lui envoie une plus grande quantité d'oxygène, mais en ce qui concerne l'agent de gazéification envoyé par l'intermédiaire de la plaque de distribution 8, il s'avère que l'oxygène est envoyé à travers la plaque de distribution 8 selon un taux plus faible correspondant à une réduction du taux d'oxygène indiqué pour la figure 5, c'est-à-dire pour une réduction correspondante du taux d'oxygène par rapport à celui envoyé à travers les tuyères 12, et c'est pourquoi on s'attendait à ce que ie taux de vapeur puisse être réduit de façon correspondante, mais en réalité il s'est formé des scories sauf dans le cas où on a donné au taux de vapeur une valeur supérieure au taux de vapeur réduit attendu. Ceci est dû au fait que la vitesse du gaz était abaissée dans la zone située au-dessus de la plaque de distribution 8, sous l'effet de la réduction correspondante du taux d'oxygène et du taux de vapeur traversant cette plaque de distribution 8, et c'-est pourquoi l'état fluidisé du charbon était altéré et que par conséquent des scories se sont formées sauf lorsque l'on a réduit légèrement la teneur en oxygène.

D'autre part dans le réacteur de gazéification de la figure 7 conforme à la présente invention, il ne s'est formé aucune scorie lorsque l'on a introduit de l'oxygène à travers la plaque de distribution 8 avec un taux d'oxygène de 0,5 kg/kg de charbon et au moyen des tuyères 9 d'alimentation de la boue, selon un taux d'oxygène de 0,4 kg/kg de charbon,c'est-à-dire pour le même taux d'oxygène de 0,9 kg/kg de charbon au total comme dans le cas de l'exemple comparatif 3, et même si le taux de vapeur introduit par l'intermédiaire de la plaque de distribution 8 était réduit à 0,9 kg/kg de charbon.On peut voir que la température du réacteur a augmente de plus de 100"C et que le rendement de gazéification a également été accru d'environ 10 e par rapport à ceux des exemples comparatifs 2 et 4, compte tenu de la réduction du taux de vapeur de 60 - 45 % par rapport à celui indiqué dans les exemples comparatifs 2 et 4.

Dans l'exemple 2 on a augmenté le taux d'oxygène à travers les tuyères 9, tandis que le taux d'oxygène introduit par l'intermédiaire de la plaque de distribution 8 était réduit, et que le taux de vapeur amené par l'intermé- diaire de la plaque de distribution 8 était réduit de façon correspondante, mais il ne s'est formé aucune scorie. La température du réacteur a été accrue par suite de la reduction supplémentaire correspondante du taux de vapeur, et le rendement de gazéification a été également accru.

Dans le cas de la gazéification- du charbon dans un lit fluidisé, on peut accroître la zone de combustion pour le charbon sous la forme de particules fluidisées, en rétrécissant le diamètre du réacteur dans la section inférieure du lit fluidisé, ce qui réduit le diamètre de la plaque de distribution, et en introduisant un gaz contenant de l'oxygène en tant qu'agent de gazéification au moyen des tuyères d'alimentation de la matière première ou au moyen d'autres tuyères prévues au niveau médian du lit fluidisé, et il est possible de supprimer de ce fait l'echauf- fement local excessif et d'accroître la température sur l'ensemble du lit fluidisé, conformément à la présente invent ion.

En outre la réaction de gazéification du charbon peut être favorisée et la quantité de chaleur correspondant à la chaleur sensible du produit peut être de ce fait réduite, ce qui contribue fortement à améliorer le rendement de gazéification et à réduire de façon considérable la consommation d'énergie pour produire de la vapeur.

En outre le système d'injection à tuyères conforme à la présente invention permet d'introduire -de l'oxygène seul lorsque le charbon est délivré sous la forme d'une boue à l'eau, ou bien on mélange avec la vapeur d'atomisation lorsque le charbon est envoyé sous la forme d'une boue dans une fraction lourde de pétrole et par conséquent il peut être quasiment inutile d'introduire, par l'intermédiaire des tuyères, de la vapeur servant à diluer l'oxygène. Lorsque du charbon sec est introduit dans le réacteur de gazéification, il est nécessaire de diluer l'oxygène avec de la vapeur,. mais le taux de vapeur peut être inférieur à celui présent lorsque l'oxygène est introduit par l'intermb- diaire de la plaque de distribution.

Un autre effet résultant de l'injection du charbon en association avec un agent de gazéification dans le lit fluidisé réside dans le fait qu'une perturbation de cokéfaction due au phénomène de cokéfaction autollr des tuyères d'amenée de la matière première est empêchée. Par exemple lorsque du charbon est introduit sous la forme d'une boue dans une fraction lourde de pétrole, il est possible d'accroitre la capacité de traitement par l'unité de volume du réacteur de gåzéification lorsque l'on augmente la pression du réacteur, mais il existe des inconvénients tels que, lorsque l'on augmente la charge pour chaque tuyère d'alimentation, la température du lit fluidisé autour des tuyères peut être réduite, ou bien des particules humides peuvent se coaguler de manière à former des agrégats grossiers, ou bien venir contacter les parois du réacteur, tout en étant à l'état humide, en formant ainsi des masses ou gaillettes charbonnée;. Lorsqu'on mélange de l'oxygène à la vapeur d'atomisation, même dans de telles conditions, le charbon fluidisé entourant les tuyères d'alimentation de la matière première est brûlé, ce qui supprime la réduction de la température. C'est-à-dire qu'il n'existe aucun état essentiellement humide et que ladite perturbation de la cokéfaction peut être empêchée de façon efficace.

Claims

REVENDICATIONS

1. Appareil pour gazéifier une charge charbonnée,

caractérisé en ce qu'il comporte un réacteur-de gazéification

à lit fluidisé (1) dont le diamètre intérieur augmente gra

duellement de la base vers le haut, une première tuyère

servant à injecter un agent de gazéification contenant de

l'oxygène dans le réacteur à une partie inférieure du réac

teur de gazéification, une plaque de distribution (8) servant à injecter dans un lit fluidisé l'agent de gazéification

injecté par l'intermédiaire de la première tuyère, et qui est prévue dans une partie inférieure du réacteur de gazéification (1) et au-dessous de la première tuyère, et des secondes tuyères (9) servant à injecter dans le lit fluidise la charge carbonnée ainsi que l'agent de gazéification contenant de l'oxygène, et qui sont prévues -à un niveau médian dans le lit fluidisé.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les secondes tuyères (9) sont disposées de manière que les jets injectés par ces tuyères forment des courants tourbillonna ires le long du pourtour du lit fluidisé.

3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le débit d'oxygène introduit par l'interm6- diaire des secondes tuyères (9) est supérieur au débit d'o zygène introduit par l'intermédiaire de la plaque de distribution (8).