FR2635274A1

FR2635274A1 - Appareil a lit fluidise en circulation

Info

Publication number: FR2635274A1
Application number: FR8910598A
Authority: FR
Inventors: Michael Robin Judd
Original assignee: National Energy Council
Current assignee: National Energy Council
Priority date: 1988-08-12
Filing date: 1989-08-07
Publication date: 1990-02-16
Anticipated expiration: 2009-08-07
Also published as: IT1231778B; IT8921488A0; US4945656A; FR2635274B1; GB8917691D0; AU610800B2; GB2221628B; GB2221628A; AU3926989A; DE3925630A1

Abstract

L'invention concerne les appareils à lit fluidisé. Un appareil à lit fluidisé en circulation comprend une enceinte 12 contenant une paire de cloisons parallèles 16. Les cloisons définissent entre elles une zone de tirage ayant une entrée inférieure et une sortie supérieure. Des structures d'alimentation en fluide séparées sont respectivement prévues pour introduire des fluides de fluidisation séparés dans l'enceinte, pour fluidiser un matériau sous forme de particules dans la zone de tirage, et pour fluidiser un matériau sous forme de particules à l'extérieur de la zone de tirage. Des structures de sortie de fluide 64, 68 sont respectivement prévues pour les fluides de fluidisation qui proviennent de la zone de tirage et de l'extérieur de cette zone. Application aux installations de gazéification du charbon.

Description

La présente invention concerne un appareil à lit fluidisé en circulation. L'invention porte plus particu lièrement sur un appareil à lit fluidisé en circulation qui oonvient pour la gazéification d'un combustible à base de carbone, tel que du charbon.

L'invention procure un appareil à lit fluidisé en circulation comprenant
une enceinte;
une paire de cloisons espacées situées à l'intérieur de l'enceinte, les cloisons étant mutuellement opposées et espacées horizontalement les unes par rapport aux autres pour définir une zone en tirage entre elles, chaque cloison s'étendant vers le haut à partir de bords inférieurs qui définissent entre eux une entrée inférieure conduisant dans la zone précitée, à partir de la région qui se trouve à l'intérieur de l'enceinte et à l'extérieur de cette zone, vers des bords supérieurs qui définissent entre eux une sortie supérieure faisant passer de la zone précitée vers l'intérieur de l'enceinte, à l'extérieur de cette zone;;
des structures séparées d'alimentation en fluide qui sont respectivement prévues pour introduire dans l'enceinte un fluide de fluidisation pour fluidiser un matériau sous forme de particules se trouvant dans la zone de tirage entre les cloisons, et pour introduire un fluide de fluidisation dans l'enceinte, pour fluidiser un matériau sous forme de particules à l'intérieur de l'enceinte, à l'extérieur de la zone de tirage, la structure d'alimentation pour la zone de tirage étant une structure d'alimentation centrale qui se trouve au-dessous de la zone de tirage, et la structure d'alimentation pour l'intérieur de l'enceinte à l'extérieur de la zone de tirage étant une structure d'alimentation extérieure qui se trouve sur des côtés opposés de la structure d'alimentation centrale et au-dessous de l'intérieur de l'enceinte, à l'extérieur de la zone de tirage; et
au-dessus de la zone de tirage, des structures de sortie de fluide provenant de l'enceinte, qui sont respectivement prévues pour le fluide de fluidisation provenant de la zone de tirage et pour le fluide de fluidisation provenant de l'intérieur de l'enceinte, à l'extérieur de la zone de tirage, c'est-à-dire une structure de sortie de fluide centrale pour le fluide de fluidisation provenant de la zone de tirage et une structure de sortie de fluide extérieure pour le fluide de fluidisation provenant de l'intérieur de l'enceinte, à l'extérieur de la zone de tirage, la structure de sortie de fluide extérieure se trouvant sur des côtés opposés de la structure de sortie de fluide centrale.

Dans l'appareil défini ci-dessus, lorsque la zone ainsi que l'intérieur de l'enceinte à l'extérieur de la zone sont chargés avec une composition appropriée de matériau sous forme de particules, des fluides de fluidisation peuvent être introduits simultanément respectivement dans la zone de tirage et dans l'intérieur de l'enceinte à l'extérieur de la zone, avec des débits et des pressions respectifs, de façon à fluidiser le matériau sous forme de particules à la fois à l'intérieur de la zone de tirage et à l'intérieur de l'enceinte à l'extérieur de la zone de tirage, et de façon qu'il y ait un flux ascendant résultant de matériausous forme de particules qui monte dans la zone de tirage, sort par le sommet de la zone de tirage pour pénétrer à l'intérieur de l'enceinte, à l'extérieur de la zone de tirage, descend à l'intérieur de l'enceinte sur des côtés opposés de la zone de tirage, et pénètre à l'intérieur de la zone de tirage au bas de cette dernière, le fluide de fluidisation pour le matériau sous forme de particules qui se trouve dans la zone de tirage étant introduit dans l'enceinte par l'intermédiaire de la structure d'alimentation centrale et sortant de l'enceinte par la structure de sortie centrale, tandis que le fluide de fluidisation pour le matériau sous forme de particules qui se trouve à l'intérieur de l'enceinte1 à l'extérieur de la zone de tirage, est introduit dans l'enceinte par l'inter médiaire de la structure d'alimentation extérieure et sort de l'enceinte par la structure de sortie extérieure, de façon à obtenir un lit fluidisé en circulation dans l'appareil.

Il est donc possible d'employer deux fluides de fluidisation notablement différents, respectivement pour fluidiser le matériau sous forme de particules dans la zone de tirage et pour fluidiser le matériau sous forme de particules à l'intérieur de l'enceinte, à l'extérieur de la zone de tirage; et on peut sélectionner les débits et les pressions auxquels ces fluides sont introduits dans l'enceinte et sortent de cette dernière, la nature de la charge de solides constituant le matériau sous forme de particules dans l'enceinte, et les caractéristiques géométriques de l'appareil, de façon que la quasi-totalité du fluide de fluidisation qui est introduit par la structure d'alimentation centrale traverse le tube de tirage en direction ascendante, et que la quasi-totalité du fluide de fluidisation qui est introduit par l'intermédiaire de la structure d'alimentation extérieure traverse en direction ascendante l'intérieur de l'enceinte, à l'extérieur du tube de tirage.

Il est donc possible de faire en sorte que deux processus notablement différents aient lieu simultanément, respectivement dans la zone de tirage et à l'intérieur de l'enceinte, à l'extérieur de la zone de tirage; et par un choix approprié de paramètres de l'appareil et des paramb- tres de fonctionnement mentionnés ci-dessus, il est possible de faire en sorte que la quasi-totalité du fluide abandonnant le matériau sous forme de particules dans la zone de tirage sorte de l'enceinte par la structure de sortie centrale, et que la quasi-totalité du fluide aban donnant le matériau sous forme de particules à l'intérieur de l'enceinte, à l'extérieur de la zone précitée, sorte de l'enceinte par la structure de sortie extérieure.

Lorsque la composition des matières solides sous forme de particules correspond à un combustible à base de carbone tel que du charbon pulvérisé d'une taille de particules appropriée, des déchets de charbon, des fines de charbon, des cendres volantes, des particules de bois, etc., et lorsque les fluides de fluidisation sont respectivement de la vapeur et un gaz contenant de l'oxygène, tel que l'air, on peut utiliser l'appareil pour la gazéification du carbone, de façon à produire un gaz combustible tel qu'un carburant gazeux ou un gaz de synthèse, un processus de combustion se produisant dans la zone de tirage et un processus de gazéification se produisant à l'intérieur de l'enceinte, à l'extérieur de la zone, ou inversement.

Les cloisons peuvent se présenter sous la forme d'une paire de panneaux, chacun d'eux s'étendant vers le haut depuis un bord inférieur jusqu'à un bord supérieur, les bords inférieurs des panneaux étant tous au même niveau et se trouvant à une certaine distance au-dessus de la paroi de l'enceinte, de façon que l'espace entre les bords inférieurs des panneaux et l'enceinte définisse l'entrée inférieure dans la zone de tirage, et les bords supérieurs des panneaux étant tous au même niveau et se trouvant à une certaine distance au-dessous de la paroi de l'enceinte, de façon que l'espace entre les bords supérieurs des panneaux et l'enceinte définisse la sortie supérieure de la zone de tirage. Chacun des panneaux peut avoir des bords inférieurs et supérieurs horizontaux qui sont rectilignes, les panneaux étant de façon caractéristique plans et alignés mutuellement en direction verticale, de façon que leurs surfaces soient mutuellement parallèles et verticales.

Les cloisons peuvent s'étendre horizontalement parallèlement les unes aux autres dans une direction perpendiculaire à la direction horizontale dans laqueflé elles sont mutuellement espacées, l'enceinte ayant, en coupe verticale selon un plan vertical parallèle à la direction dans laquelle les cloisons sont mutuellement espacées, un profil qui présente une symétrie bilatérale par rapport à un plan vertical parallèle aux cloisons et situé en position médiane entre elles.

Si les fixations des cloisons aux parois d'extrémités ne peuvent pas supporter leur masse, les cloisons seront supportées dans l'enceinte de façon appropriée, par exemple par des supports supplémentaires. Les cloisons peuvent être en un matériau réfractaire ou résistant à la chaleur, par exemple de l'acier inoxydable ou une céramique ou un matériau composite approprié, capable de supporter des températures s'élevant jusqu'à 10000C ou plus; ou bien les cloisons peuvent être creuses et refroidies par de l'eau, en étant par exemple similaires à des écrans d'eau dans des chaudières à vapeur, auquel cas on peut les utiliser pour la production de vapeur.

L'enceinte peut comporter une paire de parois d'extrémités espacées en direction horizontale, les cloisons comportant des bords d'extrémités qui sont fixés aux parois d'extrémités, et le contour précité de l'enceinte, en coupe verticale, étant circulaire, de façon que l'enceinte se présente sous la forme d'un récipient cylindrique creux ayant un axe horizontal. Les parois d'extrémités peuvent donc avoir un contour circulaire, en étant par exemple bombées vers l'extérieur avec la forme de calottes sphériques, à la manière de parois d'extrémités d'enceintes sous pression.

La structure d'alimentation centrale peut comprendre un réseau central de tuyaux verticaux qui s'élèvent de façon à pénétrer à l'intérieur de l'enceinte et qui se terminent au niveau d'extrémités supérieures équipées de buses de distribution de fluide, et situées à une certaine distance au-dessous ae l'entrée de la zone de tirage, tandis que la structure d'alimentation extérieure comprend un ensemble de réseaux extérieurs de tubes verticaux,- se trouvant sur des côtés opposés du réseau central, les tubes verticaux des réseaux extérieurs s'élevant de façon à pénétrer à l'intérieur de l'enceinte et se terminant au niveau d'extrémités supérieures qui sont équipées de buses de distribution de fluide.

Les tuyaux verticaux de chaque réseau peuvent être disposés en rangées, les tuyaux verticaux de chaque rangée étant espacés en série les uns par rapport aux autres, et les rangées étendant d'une extrémité à l'autre de l'enceinte. L'appareil comprend un ensemble de chambres de distribution de gaz pouvant être mises sous pression, qui s'étendent parallèlement les unes aux autres dans une direction allant d'une extrémité à l'autre de l'enceinte, les extrémités inférieures des tuyaux verticaux de chaque rangée communiquant avec la même chambre de distribution de gaz, tandis que les extrémités supérieures de tous les tuyaux qui communiquent avec la même chambre de distribution de gaz se trouvent à la même hauteur dans l'enceinte, et les extrémités supérieures des tuyaux verticaux les plus extérieurs en direction latérale étant à la hauteur la plus élevée, tandis que les extrémités supérieures des tuyaux verticaux les plus intérieurs en direction latérale sont à la hauteur la plus faible, et ces hauteurs augmentant progressivement depuis les tuyaux verticaux les plus intérieurs jusqu'aux tuyaux verticaux les plus extérieurs.

L'extrémité supérieure de chaque tuyau vertical peut être obturée, sa buse de distribution de fluide comportant une rangée horizontale de passages espacés en direction périphérique qui traversent sa paroi latérale en position adjacente à l'extrémité fermée du tuyau, et l'extrémité ex térieure de chaque passage se trouvant à une hauteur qui n'est pas supérieure à la hauteur de son extrémi é intérieure, pour empêcher la pénétration de matériaux solides dans les tuyaux verticaux, pendant l'utilisation. De façon caractéristique, les tuyaux verticaux seront circulaires et les passages seront des passages radiaux horizontaux espacés uniformément à la circonférence des tuyaux.

Bien que les chambres de distribution de gaz puissent être à l'intérieur de l'enceinte, il est préférable qu'elles se trouvent à l'extérieur et au-dessous de l'enceinte. Les chambres de distribution de gaz peuvent se présenter sous la forme de compartiments séparés par des cloisons, ou bien elles peuvent se présenter sous la forme de collecteurs tubulaires, mutuellement espacés, à partir desquels s'élèvent les tuyaux verticaux. Le fait que les extrémités supérieures de tous les tuyaux verticaux qui partent de chaque chambre de distribution de gaz soient à la même hauteur, garantit pratiquement le même débit à travers chaque busependant l'utilisation, ce qui favorise une distribution uniforme du fluide dans l'enceinte.Il est également souhaitable que chaque chambre de distribution de gaz ait une section transversale suffisamment grande pour éviter toute variation de pression notable sur sa longueur pendant l'utilisation; et il est souhaitable que les buses soient conçues de façon que, pendant le fonctionnement, il y ait une perte de charge dans chaque buse, de son tuyau vertical jusque dans le lit, qui soit au moins égale à 40% de la perte de charge dans le lit, depuis la buse jusqu'au sommet du lit.

Bien que la structure de tuyaux verticaux cidessus soit préférable pour les structures d'alimentation, ces dernières pourraient également en principe se présenter sous la forme de plaques perforées formant les parois supérieures ou les toits de chambres de distribution de gaz situées à l'intérieur de l'enceinte, à savoir une plaque inférieure centrale sous la zone de tirage et, sur des c6tés opposés de la plaque centrale, une ou plusieurs plaques perforées extérieures à des niveaux qui augmentent progressivement lorsqu'on se dirige vers l'extérieur en direction latérale à partir de la plaque centrale. Toutes les plaques perforées devront cependant être horizontales, ce qui fait que l'augmentation progressive s'effectue par paliers.

Le sommet de la zone de tirage peut être entouré par une hotte comportant une paire de jupes descendantes qui ont des bords inférieurs respectivement espacés vers l'extérieur par rapport aux cloisons, et qui se trouvent au-dessous du niveau des bords supérieurs des cloisons.

Les jupes de la hotte peuvent présenter une pente ascendante à partir de leurs bords inférieurs en s'écartant vers l'extérieur dans des directions opposées au fur et à mesure qu'elles s'élèvent.

Lorsque l'enceinte comportent des parois d'extrémités, comme décrit ci-dessus, la hotte peut être formée par une paire de déflecteurs plans qui s'étendent entre les parois d'extrémités et qui font saillie vers le bas à partir de l'enceinte, en direction de bords inférieurs qui définissent le bord inférieur de la jupe. En d'autres termes, les déflecteurs peuvent présenter une pente descendante vers l'intérieur en direction latérale, de façon à converger en direction descendante l'un vers l'autre et vers les cloisons. Les déflecteurs peuvent être réglables en profondeur, de façon qu'on puisse régler le niveau de leurs bords inférieurs et l'écartement entre des bords inférieurs et les cloisons. De façon similaire, les panneaux qui constituent les cloisons peuvent être réglables en profondeur, de façon qu'on puisse régler les niveaux de leurs bords supérieurs et/ou inférieurs. Les déflecteurs sont de préférence espacés uniformément de part et d'autre de la zone de tirage.

La structure de sortie de fluide centrale peut comprendre un ensemble d'ouvertures de sortie qui traversent l'enceinte en étant espacées en série les -s par rapport aux autres, dans une position centrale au-dessus de la zone de tirage, tandis que la structure de sortie de fluide extérieure comprend deux séries d'ouvertures de sortie traversant l'enceinte au-dessus de l'intérieur de l'enceinte, de part et d'autre de la zone de tirage.Ainsi, en d'autres termes, la structure de sortie de fluide centrale peut permettre le passage du fluide en direction ascendante à travers l'enceinte, à partir de la hotte, dans une position centrale et à un niveau situé au-dessus des bords su périeurs des cloisons, les ouvertures de la structure de sortie de fluide centrale s'étendant en une rangée centrale de l'une à l'autre des extrémités de la paroi de l'enceinte.

De façon similaire, la structure de sortie de fluide extérieure, comprenant deux rangées des ouvertures de sortie précitées, se trouvera à l'extérieur des déflecteurs, et ces deux séries s'étendront le long des jonctions entre les déflecteurs respectifs et l'enceinte, en étant extérieurement adjacentes aux jonctions.

Un déflecteur, qui peut avoir une section transversale en forme de V, peut être placé au-dessus de la sortie de la zone de tirage, en s'étendant parallèlement aux cloisons le long de l'enceinte, entre la sortie précitée et la structure de sortie de fluide centrale, ce déflecteur ayant pour action de réduire des pertes indésirables en matériau consistant en solides grossiers, à partir de l'enceinte, par l'intermédiaire de la structure de sortie de fluide centrale.

L'appareil peut comporter un système d'alimenta-tion en solides sous forme de particules, comprenant un ensemble de conduits qui s'étendent vers le bas en pénétrant l'intérieur de l'enceinte, les conduits comportant des sorties qui pénètrent à l'intérieur de l'enceinte à l'extérieur de la zone de tirage. Ce système d'alimentation en solides sous forme de particules peut convenir pour introduire dans l'enceinte, continuellement ou de façon caractéristique par intermittence, un matériau solide consommable sous forme de particules, tel qu'un matériau à base de carbone qui doit être gazéifié.Le système d'alimentation peut comprendre un ensemble de conduits s'étendant vers le bas, par exemple verticaux, qui pénètrent à l'intérieur de l'enceinte à l'extérieur de la zone de tirage, les conduits ayant de préférence des ouvertures de sortie inférieures horizontales dans l'enceinte. Il peut exister deux rangées de conduits, s'étendant par exemple le long de l'enceinte, avec les conduits espacés le plus possible en direction latérale et horizontale par rapport aux cloisons. Chaque conduit peut contenir une paire de vannes espacées, comme des robinets-vannes ou des obturateurs de trémie, établissant un bouchon d'air entre eux, cette caractéristique étant possible du fait que les vannes peuvent être placées loin de zones à haute température dans l'enceinte.

Pendant l'utilisation, l'entrée d'alimentation en fluide du compartiment central et les entrées d'alimentation en fluide des chambres des compartiments extérieurs seront de façon caractéristique reliées à des sources de fluide de fluidisation sous pression, les ouvertures de sortie des structures de sortie de fluide étant reliées à des collecteurs ou des chambres destinés à recevoir des fluides provenant de l'enceinte, tandis que les conduits d'alimentation en solides sont reliés à une source de so- lides sous forme de particules.

Comme indiqué ci-dessus, on prévoit qu'une utilisation pratique de l'appareil de l'invention consistera dans la gazéification de charbon ou d'un combustible similaire à base de carbone, de façon caractéristique dans des conditions dans lesquelles un processus de combustion a lieu dans la zone de tirage et un processus de gazéification a lieu à l'intérieur de l'enceinte, à l'extérieur de la zone de tirage et de part et d'autre de cette dernière.

Dans un tel processus, les deux principales réa ons de combustion sont

et les deux principales réactions de gazéification sont

Pour ce type de processus, des expériences effectuées par le demandeur indiquent que l'écartement entre les séparateurs doit être tel que le flux d'air ascendant dans la zone de tirage, qui est nécessaire pour le processus de combustion, produise une vitesse du gaz en direction ascendante dans la zone de tirage d'environ 4 à 5 fois la vitesse de fluidisation minimale qui est nécessaire pour fluidiser le matériau sous forme de particules dans la zone de tirage; tandis que le flux ascendant de vapeur dans l'enceinte de part et d'autre de la zone de tirage, qui est nécessaire pour la réaction de gazéification, ne doit pas être supérieur à ce qui est suffisant pour fluidiser de façon fiable le matériau sous forme de particules à l'extérieur de la zone de tirage, c'est-àdire que sa vitesse ascendante doit être supérieure à la vitesse de fluidisation minimale qui est nécessaire pour fluidiser le matériau sous forme de particules, mais aussi proche que possible de cette vitesse minimale, avec une marge de sécurité appropriée.On doit cependant également sélectionner les quantités de fluides qui circulent de façon à favoriser une auto-thermicité appropriée du fonctionnement de l'appareil à la température ou aux températures de fonctionnement de l'appareil, de façon à ne nécessiter aucun apport de chaleur séparé, autre que celui qui correspond à la combustion dans la zone de tirage. On peut employer une expérimentation de routine, en association avec l'utilisation de bilans thermiques et de masse classiques, des analyses empiriques de charbon et des données thermodynamiques classiques, pour déterminer des paramètres appropriés ou optimaux, en tenant compte également de considérations économiques. On doit également tenir compte des vitesses et de l'importance avec lesquelles les réactions (1) - (4) ci-dessus se produisent dans l'appareil.

Des considérations similaires s'appliquent à la profondeur verticale des cloisons. On considère à cet égard.

que les réactions de gazéification, qui sont plus lentes que les réactions de combustion, seront prédominantes. On détermine par une expérimentation de routine les écartements exacts, respectivement entre les bords supérieurs et inférieurs et la paroi de l'enceinte au-dessus et au-dessous des cloisons, de façon qu'ils favorisent une circulation uniforme dans le lit de particules fluidisées en circulation.

Lorsqu'on utilise l'appareil de la présente invention pour la gazéification du charbon, on considère que les matières solides contenues dans l'enceinte comprendront une proportion importante de sable réfractaire inerte ayant une distribution appropriée de taille de particules, ces matières solides comprenant environ 5 à 15%, par exemple 10%, en masse d'une matière à base de carbone, comme des fines de charbon. Le sable réfractaire se comporte comme un agent allothermique dans la mesure où il transporte de la chaleur dans l'ensemble de l'enceinte pendant la circulation du lit fluidisé.Le sable provoque la dispersion du charbon et de ce fait, il réduit l'agglomération du matériau sous forme de particules à base de carbone, et il favorise la rétention dans l'enceinte de fines du matériau à base de carbone ou de ses cendres, en particulier dans la partie de l'enceinte qui se trouve à l'extérieui de la zone de tirage.

Pendant que le sable transporte de la chaleur dans l'enceinte, la vitesse à laquelle il circule en s'ele- vant dans la zone de tirage et en descendant à l'extérieur de la zone de tirage, a un effet important sur la vitesse à laquelle le matériau à base de carbone peut être traité, à la fois par combustion dans la zone de tirage et par gazeux fication à l'extérieur de la zone de tirage, une augmentation de la vitesse de circulation entralnant une augmentation, dans certaines limites, de la vitesse à laquelle ces processus peuvent avoir lieu.

On envisage que, dans un fonctionnement en régime permanent pendant la gazéification de charbon, du charbon sera introduit dans l'appareil avec un débit constant, des fines produites par la gazéification et la combustion du charbon, c'est-à-dire essentiellement des cendres volantes, sortant de l'appareil dans le gaz de synthèse qui est produit par le processus de gazéification, et dans le gaz perdu, ayant une relativement faible valeur calorifique, qui résulte du processus de combustion. Des tests effectués par le demandeur indiquent que la quantité de fines qui sortent dans le gaz perdu peut s'élever jusqu'au double de la quantité de celles qui sortent dans le gaz de synthèse, ce qui est un avantage du fait que ce dernier est le produit ayant le plus de valeur, et que le nettoyage de ce gaz par l'extraction de fines représente une dépense.

Pendant le fonctionnement en régime permanent, il se produira une certaine accumulation de particules de plus grandes tailles présentes dans la charge consistant de façon caractéristique en cendres, mais également éventuellement en corps étrangers. Ces grandes particules doivent être extraites de temps à autre, par exemple en utilisant une vanne de sortie de solides fluidisés dans une partie inférieure de l'enceinte, en prenant soin de faire en orte que le fonctionnement de cette vanne ou des dispositifs similaires d'extraction de solides, n'entraîne pas des fluctuations de pression inacceptables dans le lit en circulation, qui pourraient affecter défavorablement la conduite du processus.

Tout sable réfractaire perdu sous la forme de fines ou par l'extraction de particules de grandes tailles se trouvant dans l'enceinte, sera compensé de temps à autre au moyen du système d'alimentation en solides, cet ajout consistant en sable calibré de façon à avoir une distribution de taille de particules qui maintient dans des limites acceptables pour le déroulement correct du processus la distribution de taille de particules des solides se trouvant dans l'enceinte. Si on le désire, on peut séparer les particules surdimensionnées et le sable qui sont extraits de l'enceinte, et on peut recycler le sable en le renvoyant dans l'enceinte.

Les fluides de fluidisation (air et vapeur) seront de façon caractéristique préchauffés, par exemple par échange de chaleur avec des gaz de combustion perdus et/ou le gaz de synthèse, pour améliorer le rendement thermique du processus. Pour mesurer la composition du lit, l'appareil peut comprendre des sondes placées dans le lit en circulation, afin de mesurer des différences de pression entre différents niveaux dans l'enceinte. Ces sondes peuvent être constituées par des tuyaux inclinés avec une forte pente1 ou s'étendant verticalement vers le bas, qu'il n'est pas nécessaire de purger. A la place, on peut utiliser pour des mesures de pression les orifices d'accès purgés habituels dans l'enceinte.

Il faut également noter en ce qui concerne le fonctionnement de l'appareil qu'il peut apparattre une instabilité sous l'effet de laquelle des vitesses de circulation de solides et/ou de fluide, et/ou des pressions à l'extérieur de la zone de tirage d'un côté de la zone de tirage, ne correspondent pas et ne sont pas les nmes que celles du côté opposé de la zone de tirage.

Le demandeur propose de s'opposer à un tel déséquilibre en réglant de façon appropriée la pression du fluide de fluidisation (vapeur) dans les chambres de distribution de gaz ou les collecteurs des structures d'alimentation en fluide extérieures, pour faire en sorte que le flux de solides vers le bas de chaque côté de l'enceinte à l'extérieur de la zone de tirage, reste au moins approximativement le même.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples, et en se référant aux dessins annexés dans lesquels
La figure 1 montre une représentation schématique tridimensionnelle d'un appareil à lit fluidisé en circulation conforme à l'invention, avec des parties de son enceinte arrachées pour faciliter l'illustration;
La figure 2 montre une représentation schématique en élévation et en coupe de l'appareil de la figure 1, vu par une extrémité;;
La figure 3 est une représentation en élévation et en coupe, en vue de côté et à plus grande échelle, d'un détail de l'extrémité supérieure de l'un des tuyaux verticaux de l'appareil des figures 1 et 2
La figure 4 montre une représentation en plan et en coupe du tuyau vertical de la figure 3, dans la direction de la ligne IV-IV de la figure 3;
La figure 5 montre une représentation correspondant à la figure 2, pour un autre mode de réalisation de l'appareil de l'invention;
La figure 6 montre un détail de la figure 5, à plus grande échelle;
La figure 7 montre une représentation en plan des réseaux de tuyaux verticaux de l'appareil de la figure 5; et
La figure 8 montre une vue partielle correspondant à la figure 2, qui illustre les particules solides adjacentes aux bords supérieurs des cloisons et aux bords inférieurs des déflecteurs de l'appareil des figures 1 et 2, au cours de l'utilisation.

Sur les figures 1, 2 et 8 des dessins, la référence 10 désigne de façon générale un appareil à lit fluidisé en circulation conforme à l'invention, qui convient pour la gazéification de charbon pulvérisé. L'appareil comporte une enceinte 12 se présentant sous la forme d'un cylindre creux s'étendant horizontalement, ayant une section transversale de contour circulaire, et ayant des parois d'extrémités en forme de calottes sphériques bombées vers l'extérieur, 14, de contour circulaire.

L'enceinte 12 contient une paire de cloisons opposées, en colncidence, qui se présentent sous la forme de panneaux verticaux plans en acier inoxydable, 16, capables de résister à la chaleur et espacés mutuellement en direction horizontale. Chaque panneau 16 comporte un bord supérieur horizontal 18 placé à une certaine distance au-dessous de la paroi courbe de l'enceinte 12, un bord inférieur horizontal 20 placé à une certaine distance au-dessus de la paroi courbe de l'enceinte 12, et une paire de bords d'extrémités (non représentés) qui sont fixés aux parois d'éx trémités respectives 14. Chaque panneau 16 est allongé dans la direction de ses bords 18, 20, et il présente un contour allongé.

En considérant plus particulièrement la figure 2, on note que les panneaux sont réglables en profondeur, chacun d'eux comprenant deux parties, à savoir une partie fixe 24 et une partie inférieure réglable 28. Les bords d'extrémités de la partie fixe 24 sont fixés aux parois d'extrémités 14 de l'enceinte, et la partie réglable 28 est réglable verticalement par rapport à la partie 24 au moyen de boulons 30 pouvant être desserrés, qui sont logés dans des fentes verticales dans l'une des parties 24, 28 ou dans les deux.

Si on le désire, on peut prévoir sur le bord supérieur de chaque partie fixe 24 une partie réglable supplémentaire (non représentée), fixée de façon similaire à la partie 24 et réglable en direction verticale, pour procurer un bord supérieur 18 réglable en hauteur.

Un déflecteur en forme de V 32 (non représenté sur la figure 1) est placé à une certaine distance au-dessus des bords supérieurs 18 des panneaux 16, et au-dessous de la paroi courbe de l'enceinte 12. Le déflecteur 32 est allongé, il s'étend entre les parois d'extrémités 14, auxquelles ses extrémités sont fixées, et il présente une largeur horizontale légèrement inférieure à l'écartement entre les panneaux 16.

Une paire de déflecteurs 34, en association avec les parois d'extrémités 14, définissent une hotte sur les bords supérieurs 18 des panneaux 16. Ces déflecteurs sont également allongés, et ils comportent à leurs extrémités opposées des bords d'extrémités qui sont fixés aux parois d'extrémités 14, tandis que des bords supérieurs sont fixés en 38 à la paroi courbe de l'enceinte 12, et des bords in férieurs 40 sont espacés latéralement vers l'extérieur par rapport aux bords supérieurs 18 respectifs des panneaux 16, et se trouvent au-dessous des bords 18. Les déflecteurs sont inclinés vers l'intérieur et vers le bas à partir des bords 38, de façon à converger vers le bas sous un angle A par rapport à la verticale, en direction des panneaux 16.

Les bords inférieurs 40 des déflecteurs 34 sont réglables en profondeur, du fait qu'ils sont formés sur des parties inférieures 42 (non représentées sur la figure 1) des déflecteurs 34, et que chacune de ces parties inférieures est fixée au reste du déflecteur 34 associé par des boulons en 44, qui sont logés dans des fentes qui s'étendent vers le haut dans les parties 42 ou dans le reste des déflecteurs 34. ,es panneaux 16 et les déflecteurs 34 sont uniformément espacés de part et d'.autre de l'axe de symétrie vertical central de l'enceinte, qui est indiqué par une ligne en trait mixte 46 sur la figure 2.

Une structure d'alimentation en fluide centrale est incorporée au-dessous de la zone située entre les panneaux 16, et elle s'étend depuis une paroi d'extrémité 14 jusqu'à l'autre, en étant fixée à ces dernières. Cette structure d'alimentation en fluide comprend un réseau de cinq rangées de tuyaux verticaux 48. Les tuyaux verticaux 48 s'élèvent de façon à pénétrer à l'intérieur de l'enceinte 12 et ils se terminent par des extrémités supérieures 50 qui sont équipées de buses de distribution de fluide (qu'on décrira ci-après en relation avec les figures 3 et 4). Les rangées de tuyaux 48 sont mutuellement espacées en direction latérale, et chaque rangée s'étend d'une extrémité à l'autre de l'enceinte.Ce réseau central de tuyaux 48 est placé audessous de la zone de tirage qui est définie entre les cloisons 16 et les tuyaux 48, et il s'élève à partir de deux chambres de distribution de gaz 52 et 54, pouvant être mises sous pression, qui se présentent sous la forme de collecteurs tubulaires, la chambre 52 alimentant les trois rangées centrales de tuyaux 48, et la chambre 54 alimentant les deux rangées extérieures de tuyaux 48.

Une structure d'alimentation en fluide extérieure est constituée par deux réseaux extérieurs de tuyaux verti-caux 56, qui s'élèvent de façon similaire en pénétrant à l'intérieur de l'enceinte 12, à partir de collecteurs tubulaires, et qui se terminent par des extrémités supérieures 50 qui sont équipées de buses de distribution de fluide.

Les tuyaux verticaux 56 des réseaux extérieurs s'élèvent à partir de collecteurs tubulaires similaires 58, 60. Chaque collecteur 58 comporte une seule rangée de tuyaux 56 qui s'élèvent à partir du collecteur, et ces rangées se trouvent respectivement sous les cloisons 16; les collecteurs 60 sont disposés en deux paires dans des positions resp > ~tivement adjacentes aux collecteurs 58, du côté extérieur, et deux rangées de tuyaux 56 partent des collecteurs 60 pour pénétrer dans l'enceinte 12 de part et d'autre de la zone de tirage; et chacun des collecteurs 62, occupant les positions les plus extérieures en direction latérale, parallèlement aux collecteurs extérieurs 60, comporte une seule rangée de tuyaux 56 qui partent de ce collecteur pour pénétrer dans l'enceinte.

L'enceinte 12 comporte une sortie de fluide centrale qui comprend un ensemble d'ouvertures traversant la paroi courbe de l'enceinte 12, et conduisant à des tuyaux 64. Les tuyaux sont disposés en une rangée centrale qui s'tend le long du sommet de l'enceinte 12, et ils sont espacés en série dans la direction de l'axe de l'enceinte.

Les tuyaux 64 mènent à un collecteur de gaz commun 66.

L'enceinte comprend également une structure de sortie de fluide extérieure, comprenant deux rangées d'ouvertures qui traversent la paroi courbe de l'enceinte 12 et mènent à des tuyaux 68. Les tuyaux 68 de chaque rangée sont espacés en série dans la direction de l'axe de l'enceinte, et les rangées d'ouvertures qui mènent à ces tuyaux traversent respectivement la paroi de l'enceinte 12 immédiatement audessous des jonctions, en 38, entre les déflecteurs 34 et l'enceinte 12, et les tuyaux débouchent dans des collecteurs communs 68.

L'enceinte 12 comporte .un système d'alimentation en solides qui comprend des conduits verticaux 72 dirigés tangentiellement vers le bas pour pénétrer dans l'enceinte 14 de part et d'autre des panneaux 16. Les conduits 72 comportent des orifices de sortie dans le plan diamétral horizontal 74 (lignes en trait mixte sur la figure 2) de l'en- ceinte 12, et ils sont situés en position immédiatement adjacente à la paroi courbe de l'enceinte 12. Les conduits 72 comportent à leurs extrémités inférieures, en 76, des ouvertures de sortie dont les périphéries sont horizontales.Selon la longueur de l'enceinte dans la direction de son axe, il peut y avoir un seul conduit 72 de chaque côté du plan 46, ou bien il peut y avoir une rangée de conduits 72 espacés en série dans la direction de l'axe de 1' encein- te 12, de chaque côté du plan 46. Chaque conduit 72 comporte une paire de robinets-vannes ou d'obturateurs de trémie (non représentés) qui sont mutuellement espacés et définissent un bouchon d'air entre eux, l'obturateur de trémie ou le robinet-vanne inférieur étant à un niveau suffisamment élevé dans le conduit 72 pour être protégé contre des températures excessives.

En considérant maintenant les figures 3 et 4, on note que l'extrémité supérieure d'un tuyau vertical 48, 56 est désignée de façon générale par la référence 50. Cette extrémité supérieure 50 est obturée par une plaque 78 et elle comporte une buse de distribution de fluide qui comprend une rangée horizontale de passages horizontaux 80 qui sont uniformément espacés à la circonférence du tuyau.

Sur les figures 5, 6 et 7, on utilise les mêmes références numériques pour désigner les mêmes éléments que sur les figures 1 et 2, sauf mention contraire. Les collecteurs tubulaires 52, 54 et 58-62 des figures 1 et 2 sont remplacés sur les figures 5-7 par des chambres de distribution de gaz pouvant être mises sous pression, nu mérotées de façon correspondante, qui sont mutuellement séparées par des parois 82, et il y a deux chambres de distribution de gaz 54. Sur la figure 7, le réseau central de tuyaux 48 est désigné par la référence 86 et les deux autres réseaux de tuyaux 56 sont désignés par la référence 88. Les cloisons 16 sont représentées sans aucune partie supérieure ou inférieure réglable , telles que la partie réglable 28 des figures 1 et 2.

Pendant l'utilisation, pour la gazéification de charbon pulvérisé, on fait fonctionner l'appareil 10 en le chargeant avec une charge appropriée de sable r rnractaire et de charbon pulvérisé, le charbon pulvérisé constituant environ 10% en masse de la charge. En soufflant de l'air préchauffé dans l'enceinte 12, par l'intermédiaire des collecteurs tubulaires 52, 54 et des tuyaux 48, en soufflant de la vapeur dans l'enceinte 12 par l'intermédiaire des collecteurs tubulaires 58, 60 et 62 et des tuyaux 56, et en enflammant le charbon dans la zone comprise entre les panneaux 16, on obtient une gazéification du charbon et une production de gaz de synthèse.

Par une expérimentation de routine concernant les caractéristiques géométriques de l'appareil (par exemple l'écartement entre les bords supérieurs et inférieurs des panneaux 16, ainsi que la hauteur de ces bords; l'écartement entre les positions 38 auxquelles les déflecteurs sont joints à l'enceinte 12, l'angle A des déflecteurs 34 par rapport à la verticale et leur profondeur; la hauteur et l'écartement des extrémités supérieures 50 des tuyaux 48, 56 et le nombre et la taille de ces tuyaux, ainsi que la structure de leurs buses, etc.), ainsi que les paramètres de fonctionnement de cet appareil (par exemple le débit et la pression dans les collecteurs d'air tubulaires ou les chambres de distribution de gaz 52, 54; les débits et les pressions respectifs auxquels les divers collecteurs tubulaires ou chambres de distribution de gaz 60, 62 sont alimentes en vapeur; l'utilisation de vapeur ou d'air pour alimenter les collecteurs tubulaires ou les chambres de distribution de gaz 68, et le débit et la pression dans ces derniers; les pressions dans les tuyaux 64, 68 aux ouvertures par lesquelles ils communiquent avec 1 'enceinte; la charge de sable réfractaire et de charbon qui est char gée et est maintenue dans l'enceinte; etc.), le demandeur a trouvé qu'il était possible d'obtenir des conditions de fonctionnement dans lesquelles la charge dans la zone de tirage entre les cloisons 16 est fluidisée, et la charge à l'intérieur de l'enceinte, à l'extérieur de cette zone, est également fluidisée, tandis que simultanément (a) il y a un flux ascendant résultant de la charge dans la
zone comprise entre les cloisons 76, qui forme la zone
de tirage; (b) la charge qui s'élève dans la zone de tirage déborde
au-dessus des bords supérieurs 18 des cloisons 16, et
elle tombe entre les cloisons 16 et les bords infé
rieurs 40 des déflecteurs 34, à l'intérieur de l'en
ceinte 12 et à l'extérieur et sur les côtés opposés de
la zone de tirage; (c) il y a un flux résultant descendant de la charge à
l'intérieur de l'enceinte 12, à l'extérieur de la zone
de tirage;; (d) la charge fluidisée glisse vers le bas et vers l'inté
rieur sur le fond de l'enceinte 12 et elle pénètre au
fond de la zone de tirage entre les panneaux 16, au
dessus des tuyaux verticaux 48; (e) la quasi-totalité de l'air provenant des collecteurs
tubulaires ou des chambres de distribution de gaz 52,
54 s'élève dans la zone de tirage entre les cloisons
16, et cet air ne passe pratiquement pas en direction
ascendante à l'intérieur de l'enceinte 12 et à l'exté
rieur de la zone de tirage; (f) la quasi-totalité de la vapeur provenant des collec
teurs ou des chambres de distribution de gaz 60, 62
s'élève à l'intérieur de l'enceinte 12, à l'extérieur
de la zone de tirage, et cette vapeur ne monte prati
quement pas dans la zone de tirage entre les cloisons
16;; (g) la quasi-totalité du gaz qui sort par le sommet de la
zone de tirage, entre les cloisons 16, sort de la
hotte entre les déflecteurs 34, par l'intermédiaire
des tuyaux 64, et pratiquement aucune fraction de cet
air ne sort de l'enceinte 12 par les tuyaux 68; et (h) la quasi-totalité du gaz qui sort par le suc et de la
charge, à l'intérieur de l'enceinte 12, de part et
d'autre de la zone de tirage, provient de l'enceinte
12 par l'intermédiaire des tuyaux 68, et pratiquement
aucune fraction de cet air ne sort de l'enceinte 12
par les tuyaux 66.

On notera que pendant le fonctionnement en régime permanent de l'appareil 10, une gazéification auto-thermique du charbon avec la vapeur se produit dans un lit fluidisé de sable et de charbon, à l'intérieur de l'enceinte 12 et à l'extérieur de la zone de tirage; l'air étant employé pour la combustion du charbon dans la zone de tirage entre les panneaux 16, pour procurer la chaleur nécessaire à la gazéification. Bien entendu, si on le désire, on peut inverser la situation, auquel cas de l'air de combustion est introduit dans les chambres de distribution de gaz 60-62, et de la vapeur est introduite par les chambres de distribution de gaz 52-54.

En outre, en ce qui concerne les collecteurs ou les chambres de distribution de gaz 58, on peut les utiliser pour régler les pressions à l'entrée de la zone de tirage, en introduisant de l'air, de la vapeur ou aucun fluide, en fonction des besoins, pour favoriser un écoulement ascendant séparé d'air et de vapeur, l'un des fluides passant entre les cloisons 16 dans la zone de tirage tandis que l'autre passe à l'extérieur des cloisons, ou inversement.

Dans la zone de tirage entre les panneaux, la charge circule en direction ascendante, par écoulement aggloméré et par élévation pneumatique.

On envisage la possibilité d'utiliser l'appareil 10 décrit en relation avec les dessins, pour produire un gaz de combustion à faible énergie, ou un gaz de qualité "synthèse", en utilisant des fines de charbon qu'il n'est pas nécessaire de calibrer. La distribution de taille peut varier dans de larges limites sans affecter notablement le fonctionnement de l'appareil de gazéification, et une faible proportion de particules de tailles supérieures, jusqu'à 25 mm, peut être acceptable. La qualité du charbon n'est pas critique et on peut utiliser des qualités de charbon ou de charbon de bois contenant jusqu'à 50% en masse de cendres. Il est clair que le bilan thermique sera d'autant moins favorable que la teneur en cendres du charbon sera élevée.Une exigence importante concernant les cendres consiste en ce que leur point de ramollissement doit être inférieur à la température de réaction maximale prévue d'environ 9500C, et leur point de ramollissement doit de préférence être supérieur à 12000C. Il peut être nécessaire de sécher le charbon qui est introduit, mais seulement pour obtenir des propriétés de transport satisfaisantes. Les seules autres exigences pour le processus sont l'eau, utilisée essentiellement pour la production de vapeur, et l'air pour la combustion. On peut utiliser du gaz combustible ou du combustible pour moteur Diesel pour le chauffage initial et l'allumage au cours du démarrage du processus, et on peut utiliser la chaleur perdue provenant de la combustion et/ou des gaz de synthèse pour chauffer la vapeur et l'air entrants, au moyen d'échangeurs de chaleur appropriés.

On considère qu'une version du processus adaptée à la production de gaz combustible peut être mise en oeuvre à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique, et qu'une autre version du processus, adaptée à la production de gaz de gazéificateur ou à la production de gaz de synthèse, peut être mise en oeuvre à une pression plus élevée, par exemple de 2,0 à 4,5 MPa. L'enceinte 12 consiste de façon caractéristique en une enveloppe en acier avec un revêtement d'isolation en céramique, et la paroi extérieure de l'enveloppe peut être refroidie par de l'air.

On considère que le matériau sous for de particules constituant le lit fluidisé comprendra environ 108 en masse de charbon et environ 90% en masse d'un matériau inerte, initialement du sable réfractaire (utilisé pour le démarrage), mais éventuellement avec une proportion importante de cendres après que le processus s'est déroulé pendant un certain temps. La température de fonctionnement peut être dans la région d'environ 8000C à 10000C, les températures les plus basses se trouvant dans la région de gazéification extérieure, et les températures les plus élevées dans la région de combustion. On sélectionne la température dans la partie supérieure de la région de gazéification de façon qu'il ne se forme pratiquement pas de goudrons pendant la gazéification.

Les produits gazeux de combustion provenant de la zone de tirage comprendront essentiellement du monoxyde de carbone, du dioxyde de carbone et de l'azote, et ils peuvent avoir une valeur en tant que gaz combustible de basse qualité. Les matériaux solides qui passent au-delà du déflecteur 32 et qui entrent dans les tuyaux 64 (qui consistent essentiellement en cendres), peuvent être séparés par des cyclones et ramenés dans l'enceinte 12. Des fines, par exemple d'une taille inférieure à 100 microns, qui traversent les cyclones, peuvent être séparées par des cyclones secondaires, refroidies et rejetées.On peut ensuite faire passer le gaz de combustion propre à travers des échangeurs de chaleur, pour récupérer sa chaleur sensible, par exemple pour la production de chaleur, et on peut ensuite le brû- ler, par exemple dans une chaudière de récupération de chaleur ou dans une turbine fonctionnant avec du gaz de combustion.

Le gaz de synthèse ou gaz de gazéificateur qui est extrait séparément par les tuyaux 68 est dépoussiéré d'une manière similaire, refroidi dans des échangeurs de chaleur, et il peut être épuré par voie humide ou par voie sèc, de façon à éliminer pratiquement toutes les matières sous forme de particules. On peut appliquer à ce gaz une désulfuration classique, en fonction de la qualité de gaz qui est exigée.

On peut effectuer l'extraction des cendres grossières et la gestion de la charge constituant le lit, soit en extrayant de l'enceinte 12 une certaine proportion du matériau du lit, au moyen d'obturateurs de trémie appropriés, et en refroidissant et en rejetant ce matériau, soit en ajoutant du sable réfractaire fin, soit en employant ces deux procédés, en fonction des caractéristiques particulières du charbon qui est gazéifié. Comme mentionné précédemment, la vapeur nécessaire au processus peut être fournie par une chaudière à récupération de chaleur perdue, utilisant de la chaleur perdue qui provient des gaz de combustion, et on peut utiliser une soufflante du type Roots à capacité variable, en tant que moyens d'alimentation pour introduire l'air de combustion dans le processus, cet air étant de préférence préchauffé à environ 200-5000C par le gaz perdu provenant du processus.

L'utilisation de l'appareil qui est représenté présente les avantages qui consistent en ce que l'élutriation des particules combustibles fines est réduite, et en ce que le matériau sous forme de particules, tel que du charbon, qui est introduit, peut être dispersé dans un matériau de lit relativement inerte contenant du sable et des cendres, ce qui réduit la probabilité d'agglomération indésirable du charbon introduit, et la coalescence du charbon aux points d'introduction. Des goudrons et des huiles présents dans des matériaux à base de carbone qui sont introduits, subissent un craquage et on ne prévoit pas la présence de produits consistant en hydrocarbures lourds dans l'écoulement de gaz de synthèse qui est produit ou dans l'écoulement perdu de gaz de combustion.

Une caractéristique particulière de l'invention, qu'on décrira en relation avec la figure 8, représentant la charge de solides qui circule au cours du fonctinnement de l'appareil, consiste en ce qu'on a observé une onde stationnaire en 90 sur la surface du charbon fluidisé, sous chacun des déflecteurs 34, avec la face latérale extérieure et inférieure de chaque déflecteur pratiquement exempte de particules en 92, jusqu'à son bord inférieur 40. Cet espace exempt de particules établit un chemin à faible pression pour le gaz qui quitte le sommet du lit de la charge, à l'intérieur de l'enceinte 12 et à l'extérieur de la zone de tirage, pour circuler en direction des tuyaux 68.Ceci favorise la séparation des gaz au niveau des restrictions entre les bords inférieurs 40 des déflecteurs et les panneaux 16, de façon à s'opposer au passage du gaz vers la hotte à partir de l'intérieur de l'enceinte 12, à l'extérieur de la zone de tirage, et inversement.

Une caractéristique particulière supplémentaire de l'appareil, consiste en ce qu'il se prête aisément à un changement d'échelle faisant passer d'une installation pilote fonctionnant avec succès, à une installation en vraie grandeur. Si une installation pilote est conçue et testée avec une enceinte ayant le diamètre d'une installation en vraie grandeur mais une faible longueur ou un faible écartement entre les parois d'extrémités 14, seulement suffisamment grand pour que des effets de parois d'extrémités soient négligeables, l'augmentation d'échelle est extrêmement simple.Cette augmentation d'échelle consiste simplement à augmenter la longueur de l'enceinte 12, des panneaux 16, des déflecteurs 34, des chambres 52, 54, des parois 82 et des chambres 58,60 dans la direction de l'axe de l'enceinte, la configuration géométrique, en particulier les dimensions verticales, de l'appareil étant par ailleurs maintenues inchangées, et des alimentations appropriées en gaz, en vapeur et en solides étant prévues, avec des dispo sites d'extraction de solides, à des intervalles sur la longueur de l'enceinte 12.Au contraire, dans des structures antérieures connues du demandeur, employant un tube de tirage vertical central dans une enceinte cylindrique dont l'axe est vertical, l'augmentation d'échelle est virtuellement impossible sans reprendre la conception et effectuer de nouveaux tests chaque fois qu'on fait varier le diamètre et/ou la hauteur de l'enceinte ou du tube de tirage, et lorsque les dimensions radiales deviennent grandes, le matériau qui sort d'un tube de tirage central ne peut pas s'étaler uniformément dans la zone annulaire qui se trouve à l'extérieur du tube, ce qui conduit à un effet de canalisation, à l'apparition de gradients de température en direction radiale et de façon générale à un mauvais rendement.Cependant, en ce qui concerne l'appareil de la présente invention, on peut en principe faire varier sa capacité de façon continue, sans tests supplémentaires, simplement en faisant varier la longueur de l'appareil.

Cependant, s'il apparaît un défaut d'uniformité de la distribution de pression en direction axiale dans une enceinte 12 de grande longueur, on peut s'y opposer en séparant l'enceinte en une série de parties s'étendant en direction axiale, soit par des cloisons transversales, soit par des déflecteurs s'étendant en direction transversale, qui isolent partiellement les différentes sections les unes par rapport aux autres, mais qui n'empêchent pas la communication entre elles, comme par exemple au moyen de disques centraux séparés de l'enceinte 12 par des espaces annulaires, et alternant avec des déflecteurs périphériques qui s'étendent le long de l'enceinte, à la circonférence de cette dernière, et qui font saillie radialement vers l'intérieur.

A titre a d'exemple particulier, le demandeur pro- pose un appareil pour traiter 25 tonnes par jour de fines de charbon, pour produire du gaz de synthèse à une pres sion manométrique de 0,5 MPa, et cet appareil aurait les dimensions suivantes
Diamètre de l'enceinte 12 1,5 m
Longueur de l'enceinte 12 2,0 m
Ecartement entre les cloisons 16 0,5 m
Profondeur des cloisons 16 0,7 m
Les bords 20 des cloisons seraient espacés d'environ 200 mm de l'enceinte 12 dans une direction verticale.

Pour un charbon ayant par exemple la composition en masse approchée suivante : 53% de carbone fixé; 22% de matière volatile; 21% de cendres; 4% d'eau et un pouvoir calorifique de 31 MJ/kg (plus précisément, environ 60% en masse de carbone; 3% d'hydrogène; 2% d'azote; 0,2% de soufre; 10% d'oxygène; 21% de cendres; et 4% d'eau), on propose un dé d't d'end2sn 49 m3/min (dans les conditions normales de température et de pression), avec un débit de vapeur de 12 à 13 kg/min, l'air comme la vapeur étant préchauffés à environ 3500C. La vitesse de production de cendres fines serait de 4 kg/min, deux-tiers provenant des tuyaux 68 et un tiers provenant des tuyaux 64.

Le gaz de synthèse qui sort des tuyaux 68 aurait une composition à sec d'environ 52 à 53% en volume d'hydrogène; 33% de monoxyde de carbone; 10% de dioxyde de carbone; 22% d'eau et 4 à 5% d'azote et d'hydrogène sulfuré. Le gaz perdu sortant des tuyaux 64 aurait une composition à sec d'environ 1% en volume d'hydrogène; 10% de monoxyde de carbone; 15% de dioxyde de carbone; 74% d'azote; et 0 à 1% d'eau. La capacité de production de gaz de synthèse dans des conditions humides serait d'environ 32 à 33 m3/min dans les conditions normales de température et de pression, avec une capacité de production de gaz perdu d'environ 46 à 47 m3 /min dans les conditions normales de température et de pression.

Dans la zone de tirage, il se produirait une augmentation de température depuis environ 8350C en bas jus qu'à environ 920"C en haut; et dans l'enceinte 12 à l'ex- téraeur de la zone de tirage, il se produirait une diminution de température depuis environ 920 CC en haut jusqu'à environ 835 CC en bas. La vitesse de circulation de la charge de solides dans la zone de tirage serait d'environ 1 tonne/minute. On pense qu'à l'extérieur de la zone de tirage, le profil de température sera pratiquement linéaire, et qu'il sera en principe possible de fonctionner avec une température maximale s'élevant jusqu'à 900-9500C en haut, et une température minimale descendant jusqu'à 6000C en bas du lit en circulation, mais des températures maximales et minimales normales seront de façon caractéristique respectivement un peu inférieures et un peut supérieures à ces valeurs extrêmes.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Appareil à lit fluidisé en circula on (10), caractérisé en ce qu'il comprend : une enceinte (12); une paire de cloisons espacées (16) placées à l'intérieur de l'enceinte, les cloisons étant mutuellement face à face et espacées mutuellement en direction horizontale pour définir une zone de tirage entre elles, chaque cloison s'étendant vers le haut à partir de bords inférieurs (20) qui définissent entre eux une entrée inférieure menant dans la zone précitée, à partir de l'intérieur de l'enceinte à l'extérieur de la zone, jusqu'à des bords supérieurs (18) qui définissent entre eux une sortie supérieure menant de la zone précitée jusqu'à l'intérieur de l'enceinte à l'exté- rieur de cette zone; des structures d'alimentation en fluide séparées (86, 88), qui sont respectivement prévues pour introduire un fluide de fluidisation dans l'enceinte, pour fluidiser un matériau sous forme de particules dans la zone de tirage entre les cloisons, et pour introduire dans l'enceinte un fluide de fluidisation destiné à fluidiser un matériau sous forme de particules à l'intérieur de l'enceinte, à l'extérieur de la zone de tirage, la structure d'alimentation (86) pour la zone de tirage étant une structure d'alimentation centrale qui se trouve au-dessous de la zone de tirage, et la structure d'alimentation (88) pour l'intérieur de l'enceinte à l'extérieur de la zone de tirage étant une structure d'alimentation extérieure qui se trouve sur des côtés opposés de la structure d'alimentation centrale, et au-dessous de l'intérieur de l'enceinte à l'extérieur de la zone de tirage; et au-dessus de la zone de tirage,des structures de sortie de fluide (64, 68), qui sortent de l'enceinte et qui sont respectivement prévues pour le fluide fluidisé provenant de la zone de tirage et pour le fluide fluidisé provenant de l'intérieur de l'enceinte à l'extérieur de la zone de tirage, à savoir une structure ôe sortie de fluide centrale (64) pour le fluide de fluidisation provenant de la zone de tirage et une structure de sortie de fluide extérieure (68) pour le fluide de fluidisation provenant de l'intérieur de l'enceinte à l'extérieur de la zone de tirage, la structure de sortie de fluide extérieure se trouvant de part et d'autre de la structure de sortie de fluide centrale.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cloisons se présentent sous la forme d'une paire de panneaux (16), chacun d'eux s'étendant vers le haut à partir d'un bord inférieur (20) jusqu'à un bord supérieur (18), les bords inférieurs des panneaux étant tous au même niveau et étant situés à une certaine distance audessus de l'enceinte, de façon que l'espace entre les bords inférieurs des panneaux et l'enceinte définisse l'entrée inférieure dans la zone de tirage, et les bords supérieurs des panneaux étant tous au même niveau et étant situés à une certaine distance au-dessous de l'enceinte, de façon que l'espace entre les bords supérieurs des panneaux et l'enceinte définisse la sortie supérieure à partir de la zone de tirage.

3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les cloisons s'étendent horizontalement parallèlement l'une à l'autre dans une direction perpendiculaire à la direction horizontale dans laquelle elles sont mutuellement espacées, l'enceinte présentant un contour, en coupe verticale selon un plan vertical parallèle à la direction dans laquelle les cloisons sont mutuellement espacées, qui présente une symétrie bilatérale par rapport à un plan vertical (46) qui est parallèle aux cloisons et se trouve en position médiane entre elles.

4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'enceinte comporte une paire de parois d'extrémités espacées en direction horizontale (14), les cloisons comportant des bords d'extrémités qui sont fixés aux parois d'extrémités, et le contour de l'enceinte en coupe verticale étant circulaire, de façon que l'enceinte se présente sous la forme d'une enveloppe cylindrique creuse ayant un axe horizontal.

5. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure d'alimentation centrale comprend un réseau central (86) de tuyaux verticaux (48) qui s'étendent vers le haut à l'inté- rieur de l'enceinte et qui se terminent à des extrémités supérieures qui sont équipées de buses de distribution de fluide (50), la structure d'alimentation extérieure comprenant un ensemble de réseaux extérieurs (88) de tuyaux verticaux (56) situés de part et d'autre du réseau central, et les tuyaux verticaux des réseaux extérieurs s'étendant vers le haut à l'intérieur de l'enceinte et se terminant à des extrémités supérieures qui sont équipées de buses de distribution de fluide (50).

6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les tuyaux verticaux de chaque réseau sont disposés en rangées, les tuyaux verticaux de chaque rangée étant mutuellement espacés en série, et les rangées s'étendant d'une extrémité à l'autre de l'enceinte, l'appareil comprenant un ensemble de chambres de distribution de gaz pouvant être mises sous pression (52, 54, 58, 60, 62) qui s'étendent parallèlement les unes aux autres dans une direction allant d'une extrémité à l'autre de l'enceinte, les extrémités inférieures des tuyaux verticaux de chaque rangée communicant avec la même chambre de distribution de gaz, les extrémités supérieures de tous les tuyaux qui communiquent avec chaque chambre de distribution de gaz étant à la même hauteur dans l'enceinte, et les extrémités supérieures des tuyaux verticaux les plus extérieurs en direction laté- rale étant à la hauteur la plus élevée, tandis que les ex extrémités supérieures des tuyaux verticaux les plus intérieurs en direction latérale sont à la hauteur la plus faible, et ces hauteurs augmentent progressivement depuis les tuyaux verticaux les plus intérieurs jusqu'aux tuyaux verticaux les plus extérieurs.

7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure de chaque tuyau vertical est fermée, sa buse de distribution de fluide comprend une rangée horizontale de passages (80) espacés à la périphérie du tuyau, qui traversent la paroi latérale du tuyau qui est adjacente à son extrémité fermée, et l'extrémité extérieure de chaque passage se trouvant à une hauteur qui n'est pas supérieure à celle de son extrémité intérieure.

8. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le sommet de la zone de tirage est entouré par une hotte qui comporte une paire de jupes (34) s'étendant vers le haut, qui comportent des bords inférieurs 140) qui sont respectivement espacés vers l'extérieur par rapport aux cloisons, et qui se trouvent au-dessous du niveau des bords supérieurs des cloisons.

9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les jupes de la hotte sont orientées en pente ascendante à partir de leurs bords inférieurs et se dirigent vers l'extérieur dans des directions mutuellement opposées.

10. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure de sortie de fluide centrale comprend un ensemble d'ouvertures de sortie (64) qui traversent l'enceinte et sont mutuellement espacées en série dans une position centrale au-dessus de la zone de tirage, tandis que la structure de sortie de fluide extérieure comprend deux séries d'ouvertures de sortie (68) traversant l'enceinte, au-dessus de l'intérieur de l'enceinte, de part et d'autre de la zone de tirage.

11. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un système d'alimentation en solides sous forme de particules, comprenant un ensemble de conduits (72) qui s'étendent vers le bas et pénètrent à l'intérieur de l'enceinte, les conduits comportant des sorties qui s'ouvrent à l'intérieur de l'enceinte, à l'extérieur de la zone de tirage.