CA2680135A1 - Procede et installation pour la gazeification a puissance variable de matieres combustibles - Google Patents
Procede et installation pour la gazeification a puissance variable de matieres combustibles Download PDFInfo
- Publication number
- CA2680135A1 CA2680135A1 CA002680135A CA2680135A CA2680135A1 CA 2680135 A1 CA2680135 A1 CA 2680135A1 CA 002680135 A CA002680135 A CA 002680135A CA 2680135 A CA2680135 A CA 2680135A CA 2680135 A1 CA2680135 A1 CA 2680135A1
- Authority
- CA
- Canada
- Prior art keywords
- gas
- pyrolysis
- zone
- gasification
- extraction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Abandoned
Links
- 238000002309 gasification Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 21
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims abstract description 69
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 62
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 118
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 11
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 11
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 5
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 5
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 4
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 2
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 claims description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000011269 tar Substances 0.000 description 15
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 5
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 5
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 4
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000002918 Fraxinus excelsior Nutrition 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000010791 domestic waste Substances 0.000 description 2
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 description 2
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 description 2
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 235000019738 Limestone Nutrition 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N alstonine Natural products C1=CC2=C3C=CC=CC3=NC2=C2N1C[C@H]1[C@H](C)OC=C(C(=O)OC)[C@H]1C2 WYTGDNHDOZPMIW-RCBQFDQVSA-N 0.000 description 1
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 1
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000011552 falling film Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 235000011389 fruit/vegetable juice Nutrition 0.000 description 1
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical group 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006028 limestone Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
- C10J3/20—Apparatus; Plants
- C10J3/22—Arrangements or dispositions of valves or flues
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/002—Horizontal gasifiers, e.g. belt-type gasifiers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
- C10J3/06—Continuous processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/72—Other features
- C10J3/723—Controlling or regulating the gasification process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2200/00—Details of gasification apparatus
- C10J2200/09—Mechanical details of gasifiers not otherwise provided for, e.g. sealing means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2200/00—Details of gasification apparatus
- C10J2200/15—Details of feeding means
- C10J2200/154—Pushing devices, e.g. pistons
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2200/00—Details of gasification apparatus
- C10J2200/15—Details of feeding means
- C10J2200/158—Screws
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
- C10J2300/0916—Biomass
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0953—Gasifying agents
- C10J2300/0956—Air or oxygen enriched air
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
- C10J2300/1807—Recycle loops, e.g. gas, solids, heating medium, water
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/141—Feedstock
- Y02P20/145—Feedstock the feedstock being materials of biological origin
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
Abstract
Le procédé de gazéification selon l'invention fait intervenir d'une insta llation comprenant une chambre de traitement dans laquelle les matières à tr aiter passent successivement par une zone de séchage/pyrolyse de dimensions variables dans laquelle s'effectue une extraction de gaz de pyrolyse, puis p ar une zone de gazéification de dimensions variables dans laquelle s'effectu e une extraction de gaz de synthèse. Le gaz de pyrolyse est injecté dans le ciel de la chambre de traitement (8) avec un gaz comburant, de manière à eng endrer une réaction d'oxydation exothermique apportant l'énergie nécessaire aux réactions de pyrolyse et de gazéification, Les dimensions et/ou la posit ion des zones de séchage/pyrolyse et de gazéification sont réglées en foncti on des quantités de matière à traiter introduite dans la chambre de traiteme nt (8), de leur nature et/ ou des besoins en puissance énergétique.
Description
PROCEDE ET INSTALLATION POUR LA GAZEIFICATION A
PUISSANCE VARIABLE DE MATIERES COMBUSTIBLES.
La présente invention concerne un procédé pour la gazéification à puissance variable de produits tels que la biomasse et des sous produits organiques (végétaux, animaux, déchets ménagers, boues d'épuration), étant entendu que :
= Par gazéification, on entend un procédé thermochimique de conversion d'un combustible solide en un combustible gazeux. Il s'agit d'une combustion incomplète car elle doit aboutir à des produits chimiques combustibles.
= Par combustion, on entend une réaction chimique exothermique avec oxydation rapide d'un carburant.
= Par gazéifieur, on entend un réacteur permettant la transformation d'un combustible solide en un combustible gazeux.
= Par réacteur, on entend une enceinte qui permet des transformations thermochimiques.
= Par sole, on entend une surface sur laquelle repose la matière organique à
traiter, composée d'éléments ajourés tels que des grilles.
PUISSANCE VARIABLE DE MATIERES COMBUSTIBLES.
La présente invention concerne un procédé pour la gazéification à puissance variable de produits tels que la biomasse et des sous produits organiques (végétaux, animaux, déchets ménagers, boues d'épuration), étant entendu que :
= Par gazéification, on entend un procédé thermochimique de conversion d'un combustible solide en un combustible gazeux. Il s'agit d'une combustion incomplète car elle doit aboutir à des produits chimiques combustibles.
= Par combustion, on entend une réaction chimique exothermique avec oxydation rapide d'un carburant.
= Par gazéifieur, on entend un réacteur permettant la transformation d'un combustible solide en un combustible gazeux.
= Par réacteur, on entend une enceinte qui permet des transformations thermochimiques.
= Par sole, on entend une surface sur laquelle repose la matière organique à
traiter, composée d'éléments ajourés tels que des grilles.
-2-= Par ciel, on entend une zone unique vide au - dessus du lit où ont lieu les réactions d'oxydation.
= Par biomasse, on entend tous produits carbonés issus directement ou indirectement de la photosynthèse et notamment mais pas de manière limitative les végétaux, les animaux, les déchets organiques divers, dont les déchets ménagers, les boues d'épuration des eaux, etc.
D'une manière générale, on sait que dans le but de valoriser de la biomasse et des sous produits organiques on a déjà proposé de nombreuses solutions.
Ainsi, notamment, le brevet FR No 78 31356 décrit un gazogène à lit fixe comportant une chambre de traitement horizontale dans laquelle les matières à
traiter sont introduites par l'une des extrémités, puis sont entraînées à
l'intérieur de la chambre par un dispositif d'entraînement jusqu'à une ouverture d'évacuation formée dans la partie inférieure de la paroi de la chambre, à sa seconde extrémité. Entre les deux extrémités de la chambre, la paroi comprend deux sorties espacées l'une de l'autre, à savoir :
- une première sortie située du côté de la première extrémité de la chambre, et - une seconde sortie qui constitue la sortie de gaz du gazogène.
La première sortie est connectée par un circuit de recyclage à une buse d'injection, située au-dessous d'un injecteur d'air préchauffé, de manière à
ce que les gaz chauds produits par la réaction des gaz recyclés et de l'air préchauffé soient injectés vers la première extrémité de la chambre, à un niveau correspondant à celui de la base du talus formé à l'avant des matières contenues dans la chambre. De ce fait, les particules de matière les plus proches de l'ouverture sont attaquées par les gaz les plus chauds (environ
= Par biomasse, on entend tous produits carbonés issus directement ou indirectement de la photosynthèse et notamment mais pas de manière limitative les végétaux, les animaux, les déchets organiques divers, dont les déchets ménagers, les boues d'épuration des eaux, etc.
D'une manière générale, on sait que dans le but de valoriser de la biomasse et des sous produits organiques on a déjà proposé de nombreuses solutions.
Ainsi, notamment, le brevet FR No 78 31356 décrit un gazogène à lit fixe comportant une chambre de traitement horizontale dans laquelle les matières à
traiter sont introduites par l'une des extrémités, puis sont entraînées à
l'intérieur de la chambre par un dispositif d'entraînement jusqu'à une ouverture d'évacuation formée dans la partie inférieure de la paroi de la chambre, à sa seconde extrémité. Entre les deux extrémités de la chambre, la paroi comprend deux sorties espacées l'une de l'autre, à savoir :
- une première sortie située du côté de la première extrémité de la chambre, et - une seconde sortie qui constitue la sortie de gaz du gazogène.
La première sortie est connectée par un circuit de recyclage à une buse d'injection, située au-dessous d'un injecteur d'air préchauffé, de manière à
ce que les gaz chauds produits par la réaction des gaz recyclés et de l'air préchauffé soient injectés vers la première extrémité de la chambre, à un niveau correspondant à celui de la base du talus formé à l'avant des matières contenues dans la chambre. De ce fait, les particules de matière les plus proches de l'ouverture sont attaquées par les gaz les plus chauds (environ
-3-1 200 C) de sorte que les cendres sont rejetées après que le carbone ait été
totalement gazéifié.
Cette solution présente notamment l'avantage de réduire les temps de séchage et de pyrolyse grâce à la circulation forcée de gaz chaud engendrée par le recyclage. En outre, l'utilisation des gaz chauds est optimisée pour obtenir une gazéification complète et rapide.
Néanmoins, l'inconvénient de la solution telle que décrite dans ce document consiste en ce qu'elle ne comprend pas une structure autoadaptative apte à
optimiser le processus de gazéification en fonction du débit de matière traitée ou, à l'inverse, en fonction de la puissance énergétique demandée, et ce, pour des débits ou des puissances variables dans des plages relativement larges.
Le brevet FR No 80 16854 propose d'améliorer le procédé de traitement précédemment décrit en faisant traverser la matière à traiter par un flux gazeux réchauffé résultant du recyclage, non plus axialement comme précédemment, mais transversalement par rapport à la direction longitudinale de progression des matières en cours de traitement dans la chambre. Plus précisément, selon ce procédé, la chambre de traitelnent comprend une succession de modules de traitement comportant chacun ses propres moyens de recyclage, d'admission d'air et d'extraction de gaz combustible. Il s'agit donc d'une solution relativement coûteuse. Par ailleurs, le but que cette solution vise à obtenir est une optimisation des caractéristiques d'écoulement des gaz au travers de la couche de matière traversée et non d'adapter le fonctionnement de la chambre de traitement en fonction du débit de matière et/ou de la puissance énergétique demandée, à cause de la présence de plusieurs zones d'oxydation et d'une seule zone de gazéification.
La demande de brevet US 2007/0006528 a pour objet un procédé et un dispositif correspondant permettant de transformer un matériau carboné solide
totalement gazéifié.
Cette solution présente notamment l'avantage de réduire les temps de séchage et de pyrolyse grâce à la circulation forcée de gaz chaud engendrée par le recyclage. En outre, l'utilisation des gaz chauds est optimisée pour obtenir une gazéification complète et rapide.
Néanmoins, l'inconvénient de la solution telle que décrite dans ce document consiste en ce qu'elle ne comprend pas une structure autoadaptative apte à
optimiser le processus de gazéification en fonction du débit de matière traitée ou, à l'inverse, en fonction de la puissance énergétique demandée, et ce, pour des débits ou des puissances variables dans des plages relativement larges.
Le brevet FR No 80 16854 propose d'améliorer le procédé de traitement précédemment décrit en faisant traverser la matière à traiter par un flux gazeux réchauffé résultant du recyclage, non plus axialement comme précédemment, mais transversalement par rapport à la direction longitudinale de progression des matières en cours de traitement dans la chambre. Plus précisément, selon ce procédé, la chambre de traitelnent comprend une succession de modules de traitement comportant chacun ses propres moyens de recyclage, d'admission d'air et d'extraction de gaz combustible. Il s'agit donc d'une solution relativement coûteuse. Par ailleurs, le but que cette solution vise à obtenir est une optimisation des caractéristiques d'écoulement des gaz au travers de la couche de matière traversée et non d'adapter le fonctionnement de la chambre de traitement en fonction du débit de matière et/ou de la puissance énergétique demandée, à cause de la présence de plusieurs zones d'oxydation et d'une seule zone de gazéification.
La demande de brevet US 2007/0006528 a pour objet un procédé et un dispositif correspondant permettant de transformer un matériau carboné solide
4 PCT/FR2008/000407 en un gaz combustible à faible teneur en goudron, cette transformation s'opérant dans une chambre - réacteur vertical de gazéification. Ce procédé
comprend notamment les étapes principales suivantes :
= l'introduction du matériau carboné dans la chambre ;
= la transformation d'une première partie du matériau carboné en charbon dans une zone de pyrolyse par flamme ;
= le contrôle d'une pluralité de températures le long de la chambre en injectant un gaz oxydant à plusieurs niveaux dans la chambre de gazéification ;
= le contrôle d'une quantité de gaz oxydant injectée à partir de l'un desdits niveaux ;
= la modification de l'emplacement de la zone de pyrolyse par flamme en augmentant ou en diminuant une quantité de gaz oxydant injectée en amont ou en aval de la zone de pyrolyse ;
= le contrôle de la porosité du charbon et d'une seconde partie du matériau carboné dans la chambre - réacteur de gazéification en appliquant au moins une force à la chambre ;
= la transformation du charbon et de la seconde partie du matériau carboné en un gaz combustible à faible teneur en goudron, à l'intérieur de la chambre - réacteur de gazéification.
La demande de brevet FR 2 263 290 a quant à elle pour objet un procédé et une installation de traitement de schistes bitumeux et de calcaires asphaltiques par pyrogénation. Ce procédé consiste principalement en un traitement dans un four gazogène vertical de roches renfermant de la matière organique exploitable et notamment de schistes bitumeux dans lequel on soumet ces roches d'abord à une réaction de pyrogénation et ensuite à une réaction de gazéification. Ce procédé est caractérisé en ce que :
= l'on injecte les divers gaz nécessaires dans la zone où se déclenche la réaction de gazéification à des niveaux différents, les opérations de dosage et de mélange de ces gaz étant réglées automatiquement dans des dispositifs situés à l'extérieur du four ; et en ce que
comprend notamment les étapes principales suivantes :
= l'introduction du matériau carboné dans la chambre ;
= la transformation d'une première partie du matériau carboné en charbon dans une zone de pyrolyse par flamme ;
= le contrôle d'une pluralité de températures le long de la chambre en injectant un gaz oxydant à plusieurs niveaux dans la chambre de gazéification ;
= le contrôle d'une quantité de gaz oxydant injectée à partir de l'un desdits niveaux ;
= la modification de l'emplacement de la zone de pyrolyse par flamme en augmentant ou en diminuant une quantité de gaz oxydant injectée en amont ou en aval de la zone de pyrolyse ;
= le contrôle de la porosité du charbon et d'une seconde partie du matériau carboné dans la chambre - réacteur de gazéification en appliquant au moins une force à la chambre ;
= la transformation du charbon et de la seconde partie du matériau carboné en un gaz combustible à faible teneur en goudron, à l'intérieur de la chambre - réacteur de gazéification.
La demande de brevet FR 2 263 290 a quant à elle pour objet un procédé et une installation de traitement de schistes bitumeux et de calcaires asphaltiques par pyrogénation. Ce procédé consiste principalement en un traitement dans un four gazogène vertical de roches renfermant de la matière organique exploitable et notamment de schistes bitumeux dans lequel on soumet ces roches d'abord à une réaction de pyrogénation et ensuite à une réaction de gazéification. Ce procédé est caractérisé en ce que :
= l'on injecte les divers gaz nécessaires dans la zone où se déclenche la réaction de gazéification à des niveaux différents, les opérations de dosage et de mélange de ces gaz étant réglées automatiquement dans des dispositifs situés à l'extérieur du four ; et en ce que
-5-après son extraction de la zone réactionnelle et avant la sortie du four, le résidu minéral est refroidi dans la partie basse du four, à l'aide d'un gaz en circuit fermé avec récupération de chaleur.
Il s'avère que ces deux demandes de brevet US 2007/0006528 et FR 2 263 290 ont pour objet un réacteur et un four dont le lit est vertical ce qui ne pennet pas d'obtenir une homogénéisation parfaite de la température à l'intérieur du lit et un contrôle de la vitesse d'écoulement. En outre, le flux de matière à
traiter dans le dispositif objet de la demande de brevet US 2007/0006528 peut être entravé par les rampes d'injection.
L'invention a donc plus particulièrement pour but un procédé de gazéification qui permette notamment d'adapter le fonctionnement de la chambre de traitement en fonction de la nature de la matière et/ou de la puissance énergétique demandée grâce à une adaptation fonctionnelle de la chambre de traitement et ce, sans modifications physiques significatives, et sans accroître significativement le coût de l'installation.
Ce procédé fait intervenir une installation qui comprend un réacteur comportant une chambre de traitement dans laquelle les matières à traiter passent successivement par une zone de séchage/pyrolyse de dimensions variables dans laquelle s'effectue une extraction de gaz de pyrolyse, puis par une zone de gazéification de dimensions variables dans laquelle s'effectue une extraction de gaz de synthèse, le gaz de pyrolyse extrait dans la zone de séchage/pyrolyse étant injecté dans le ciel du réacteur avec un gaz comburant, de manière à engendrer une réaction d'oxydation exothermique apportant l'énergie nécessaire aux réactions de pyrolyse et de gazéification.
Selon l'invention, les dimensions et/ou la position des zones de séchage/pyrolyse et de gazéification sont réglées en fonction des quantités de matière à traiter introduite dans la chambre de traitement, de leur nature
Il s'avère que ces deux demandes de brevet US 2007/0006528 et FR 2 263 290 ont pour objet un réacteur et un four dont le lit est vertical ce qui ne pennet pas d'obtenir une homogénéisation parfaite de la température à l'intérieur du lit et un contrôle de la vitesse d'écoulement. En outre, le flux de matière à
traiter dans le dispositif objet de la demande de brevet US 2007/0006528 peut être entravé par les rampes d'injection.
L'invention a donc plus particulièrement pour but un procédé de gazéification qui permette notamment d'adapter le fonctionnement de la chambre de traitement en fonction de la nature de la matière et/ou de la puissance énergétique demandée grâce à une adaptation fonctionnelle de la chambre de traitement et ce, sans modifications physiques significatives, et sans accroître significativement le coût de l'installation.
Ce procédé fait intervenir une installation qui comprend un réacteur comportant une chambre de traitement dans laquelle les matières à traiter passent successivement par une zone de séchage/pyrolyse de dimensions variables dans laquelle s'effectue une extraction de gaz de pyrolyse, puis par une zone de gazéification de dimensions variables dans laquelle s'effectue une extraction de gaz de synthèse, le gaz de pyrolyse extrait dans la zone de séchage/pyrolyse étant injecté dans le ciel du réacteur avec un gaz comburant, de manière à engendrer une réaction d'oxydation exothermique apportant l'énergie nécessaire aux réactions de pyrolyse et de gazéification.
Selon l'invention, les dimensions et/ou la position des zones de séchage/pyrolyse et de gazéification sont réglées en fonction des quantités de matière à traiter introduite dans la chambre de traitement, de leur nature
-6-notamment de leur granulométrie et de leur degré d'hygrométrie et/ou des besoins en puissance énergétique, et en ce que la matière combustible circule sensiblement horizontalement grâce à un pousseur ou analogue permettant l'avancement de la matière combustible d'amont vers l'aval du réacteur.
Par ailleurs, la chambre de traitement pourra comprendre, entre la zone de séchage/pyrolyse et la zone de gazéification, une zone mixte dans laquelle on peut effectuer soit une extraction de gaz de pyrolyse, soit une extraction de gaz de synthèse, le type d' extraction effectué dans cette zone étant déterminé en fonction des quantités de matières introduites dans la chambre de traitement, de la nature de cette matière et/ou des besoins en puissance énergétique.
En outre, au moins l'une des susdites zones pourra comprendre plusieurs aires d'extraction de gaz successives commandables, la variation des dimensions et/ou de la position desdites zones étant obtenue par une désactivation partielle ou totale desdites aires.
L'invention concerne également une installation de gazéification permettant la mise en oeuvre du procédé précédemment défini, cette installation comprenant un réacteur à lit fixe qui comporte une chambre de traitement comprenant une sole sur laquelle circule sensiblement horizontalement le lit de matière combustible, ledit lit étant divisé en au moins trois zones, à savoir :
- une première zone amont où ne s'effectue qu'un processus de séchage/pyrolyse, cette zone étant raccordée à des moyens d'extraction du gaz de pyrolyse à débit variable, ces inoyens d'extraction étant raccordés à
un circuit d'extraction commun de gaz de pyrolyse connecté à un brûleur alimenté en un gaz comburant tel que de l'air ou de l'oxygène et disposé de manière à engendrer une réaction d'oxydation exothermique dans le ciel de la chambre du réacteur, cette dernière apportant l'énergie nécessaire aux
Par ailleurs, la chambre de traitement pourra comprendre, entre la zone de séchage/pyrolyse et la zone de gazéification, une zone mixte dans laquelle on peut effectuer soit une extraction de gaz de pyrolyse, soit une extraction de gaz de synthèse, le type d' extraction effectué dans cette zone étant déterminé en fonction des quantités de matières introduites dans la chambre de traitement, de la nature de cette matière et/ou des besoins en puissance énergétique.
En outre, au moins l'une des susdites zones pourra comprendre plusieurs aires d'extraction de gaz successives commandables, la variation des dimensions et/ou de la position desdites zones étant obtenue par une désactivation partielle ou totale desdites aires.
L'invention concerne également une installation de gazéification permettant la mise en oeuvre du procédé précédemment défini, cette installation comprenant un réacteur à lit fixe qui comporte une chambre de traitement comprenant une sole sur laquelle circule sensiblement horizontalement le lit de matière combustible, ledit lit étant divisé en au moins trois zones, à savoir :
- une première zone amont où ne s'effectue qu'un processus de séchage/pyrolyse, cette zone étant raccordée à des moyens d'extraction du gaz de pyrolyse à débit variable, ces inoyens d'extraction étant raccordés à
un circuit d'extraction commun de gaz de pyrolyse connecté à un brûleur alimenté en un gaz comburant tel que de l'air ou de l'oxygène et disposé de manière à engendrer une réaction d'oxydation exothermique dans le ciel de la chambre du réacteur, cette dernière apportant l'énergie nécessaire aux
-7-réactions de pyrolyse, de gazéification et de dégradation des goudrons ou d'autres molécules organiques contenus dans les gaz de pyrolyse, - une dernière zone où ne s'effectue qu'un processus de gazéification résultant d'une phase de réduction produite lors du passage du gaz engendré
par la réaction d'oxydation au travers du lit carbonisé lors du processus de séchage/pyrolyse, cette zone aval étant équipée de moyeris d'extraction à
débit variable du gaz de synthèse obtenu par ce processus de gazéification, raccordés à un circuit d'extraction commun des gaz de synthèse, - un zone multifonctions située entre la première et dernière zone, cette zone multifonctions pouvant être totalement ou partiellement une zone de séchage / pyrolyse, et/ou totalement ou partiellement une zone de gazéification, et/ou totalement ou partiellement désactivée, et est raccordée à des moyens d'extraction reliés d'une part, au circuit commun d'extraction de gaz de pyrolyse par l'intermédiaire d'un circuit à débit réglable et, d'autre part, au circuit commun d'extraction de gaz de synthèse par l'intermédiaire d'un circuit à débit réglable.
Ainsi, quand un moyen d'extraction ou un circuit à débit variable est fermé, la zone de la chambre de traitement correspondant à ce moyen d'extraction ou à
ce circuit est rendue au moins partiellement inactive. Il devient donc possible de répartir les zones actives et inactives de la chambre de traitement en fonction de la nature de la matière à traiter, des quantités de matière à
traiter et/ou de la puissance énergétique souhaitée. La présence de la zone intermédiaire multifonctions dans laquelle les moyens d'extraction peuvent être connectés au circuit d'extraction du gaz de pyrolyse ou du circuit d'extraction du gaz de synthèse permet notamment de déplacer axialement l'emplacement où s'effectue la séparation entre la zone d'extraction des gaz de pyrolyse et la zone d'extraction du gaz de synthèse.
Avantageusement :
-ô-- la vitesse de circulation de la matière combustible à traiter, à l'intérieur de la chambre de traitement, pourra être variable et pourra être réglée en fonction des quantités de matière à traiter et/ou des besoins en puissance énergétique, - les débits relatifs du comburant injecté dans le réacteur et d'extraction du gaz combustible de gazéification pourront être réglés de manière à
maintenir le réacteur en dépression, - la puissance énergétique produite pourra être régulée par l'alimentation en matière combustible, la vitesse de déplacement de la matière combustible à
l'aide d'un piston ou analogue, le débit et la qualité du comburant injecté, le volume de la zone de pyrolyse, le débit de recirculation, le volume de la zone de gazéification, le débit d'extraction du gaz de gazéification.
Par ailleurs, dans le but d'améliorer le rendement énergétique de l'installation de gazéification précédemment décrite, il est souhaitable de prévoir en sortie du gazéifieur, une filière de traitement du gaz à haute température et chargé
de nombreux éléments gênants résiduels, notamment de goudrons ou autres molécules organiques, cette filière comprend au moins un équipement ayant notainment pour but :
- de refroidir le gaz de synthèse qui est extrait à une température pouvant aller de 400 C à 650 C pour l'amener à une température inférieure de 150 C permettant la mise en oeuvre d'un procédé d'épuration (qui est généralement opéré à température modérée), - de réduire, voire même d'éliminer, la teneur en goudrons, - de récupérer la chaleur sensible du gaz de synthèse en augmentant ainsi le rendement thermique du système de gazéification.
Cet équipement de traitement (condenseur à goudrons) est de préférence conçu de manière à effectuer un traitement par voie humide du gaz aux conditions ambiantes, avec une étape de refroidissement qui s'opère sur échangeur gaz-eau à tubes permettant de récupérer la chaleur sensible du gaz de synthèse ainsi que de séparer du gaz les goudrons. Cet échangeur à trois fluides pourra comprendre une pluralité de tubes verticaux dans lesquels circule le gaz de synthèse ainsi que des moyens permettant d'engendrer dans les tubes un film tombant formé par une circulation d'huile. Ce film tombant a pour effet de piéger les poussières et les goudrons en empêchant ainsi l'encrassement des tubes. Le soutirage cyclique d'huile permet de maintenir sa qualité en la déconcentrant par apport de fluide neuf.
Un mode d'exécution d'une telle installation sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 est une représentation schématique d'une installation de gazéification à lit fixe ;
La figure 2 est une vue en élévation avec écorchés partiels d'un dispositif d'échangeur-condenseur à trois fluides utilisable dans l'installation représentée figure 1.
Dans cet exemple, l'installation de gazéification fait intervenir un réacteur à lit fixe 1 de forme tubulaire, par exemple de section circulaire ou polygonale, comprenant une chambre de traitement 8. Ce réacteur 1 et cette chambre 8 sont raccordés à l'une de leurs extréinités (amont) à un système d'alimentation en matière coinbustible 2 et comprennent à l'autre extrémité aval un système d'extraction des cendres 3.
Le système d'alimentation 2 comporte ici un convoyeur à vis sans fin 4 ou tout dispositif équivalent disposé dans l'aire de stockage 5 de la matière combustible. Ce convoyeur 4 débite sur un transporteur à bande 6 qui alimente un sas vertical d'alimentation 7 qui débouche à l'intérieur de la chambre de traitement 8 du réacteur 1 au droit d'une aire de refoulement 9 du lit déversé
dans ladite chambre 8. La matière délivrée par le sas 7, sur cette aire de refoulement 9, est repoussée vers l'intérieur de la chambre 8 par un poussoir à mouvement alternatif.
5 Au-delà de l'aire de refoulement 9, la sole de la chambre de traitement 8 est formée par une succession d'aires d'extraction de gaz sur laquelle le lit de matière combustible peut circuler sous l'effet d'entraînement du poussoir 10.
Cette sole comporte une ou plusieurs grilles 11 à 15 recouvrant des parties sous chacune desquelles est disposée une trémie Tl à T5 dont la partie 10 inférieure est munie d'un obturateur ou registre 16 à 20 destiné à
permettre l'évacuation des particules fines de matière passant au travers de la ou des grilles 11 à 15.
Selon ce mode d'exécution, la sole comprend successivement deux aires d'extraction de gaz de pyrolyse (grilles 11 et 12), deux aires d'extraction mixtes ou polyvalentes (grilles 13 et 14) et une aire d'extraction de gaz de synthèse (grille 15).
Les trémies Tl à T4 sont chacune raccordées à l'entrée d'aspiration d'un circuit d'extraction de gaz de pyrolyse 21 et d'une turbine 23, par l'intermédiaire de conduits d'aspiration 24, 25, 26, 27 équipés de vannes 28, 29, 30, 31.
De même, les trémies T3, T4, T5 sont raccordées à l'entrée d'aspiration d'un circuit d'extraction de gaz de synthèse 37 par l'intermédiaire de conduits d'aspiration 31', 32, 33 équipés de vannes 34, 35, 36. Le circuit d'extraction 37 comporte successivement le primaire d'un échangeur thermique gaz/air 38 et, éventuellement, une filière d'épuration des gaz 39. Il est raccordé à
l'entrée d'aspiration d'une turbine 40 dont la sortie est connectée, par exemple, à un réseau de distribution de gaz de synthèse.
L'extrémité aval de la chambre de traitement 8 est munie d'un puits d'extraction de cendres 41 dont l'extrémité inférieure est immergée dans de l'eau 42 contenue dans un bac de récupération des cendres 43 qui s'étend sous la chambre de traitement 8.
De même, les obturateurs (ou registres) 16 à 20 sont connectés à des manchons M qui plongent dans l'eau du bac 43.
Les particules de cendres ou de matières combustibles recueillies par le bac sont entrainées par un convoyeur 44 et déversées à une hauteur supérieure au niveau de l'eau du bac 43 dans une aire de stockage de cendres et de résidus 45.
La turbine 23 du circuit d'extraction de gaz de pyrolyse est raccordée par sa sortie à un brûleur 50 qui injecte dans le ciel de la chambre de traitement 8 un mélange gazeux comprenant le gaz de pyrolyse ainsi qu'un comburant pouvant consister en de l'air préchauffé provenant d'un circuit 46 passant par le secondaire de l'échangeur thermique 38 et d'une turbine 47 ou en de l'oxygène provenant d'un circuit de distribution 48 commandé par une vanne 49.
Le démarrage de l'installation est par ailleurs assuré grâce à un brûleur B
utilisant du gaz naturel provenant d'un circuit C commandé par une électrovanne E. Ce brûleur B est maintenu en service jusqu'à ce que la température de réaction soit atteinte.
A l'intérieur de la chambre de traitement 8, au - dessus des aires d'extraction 11, 12 (et 13, 14 dans la mesure où les vannes 30 et 31 sont ouvertes et les vannes 34 et 35 sont fermées), il existe une zone de séchage/pyrolyse dans laquelle le flux gazeux oxydé provenant du brûleur 50 et circulant dans le ciel de la chambre 8 traverse le lit de matière reposant sur la sole (grilles 11 à
14) en provoquant, grâce à leur apport énergétique, le séchage de la matière et la réaction de pyrolyse, les goudrons contenus dans les gaz de pyrolyse étant dégradés lors de la réaction d'oxydation qui s'effectue dans le ciel de la chambre 8 à haute température.
Dans la première partie de la chambre de traitement (zone de séchage et de pyrolyse), les gaz sont extraits à une température de l'ordre de 500 C à 700 C.
Dans la deuxième partie du réacteur, lorsque le gaz issu de l'oxydation traverse le lit carbonisé lors de la phase de pyrolyse, une phase de réduction se produit et le gaz extrait par le conduit d'aspiration 33 et les conduits d'aspiration 31' et 32 dans la mesure où les vannes 34 et 35 sont ouvertes.
Il apparaît donc que les dimensions et la position des zones d'extraction de gaz (pyrolyse et gazéification) peuvent être modifiées en fonction de l'état (ouvert ou fermé) des vannes 28 à 31 et 34 à 36.
De même, il est possible de régler les débits d'extraction dans ces zones. Il est donc possible de créer des zones actives ou inactives du lit de matière selon le besoin en puissance énergétique.
Plus concrètement, la variation de puissance énergétique d'une telle installation est réalisable par une combinaison des actions suivantes :
- la variation du débit d'alimentation en matière à traiter en jouant sur la vitesse d'actionnement du poussoir et sur le cycle d'alimentation en matière à traiter, - la variation du temps de séjour dans la zone de séchage et de pyrolyse en réglant la dimension de cette zone grâce à la fermeture ou l'ouverture des vannes 28, 29, 30 et 31, - la variation du débit du gaz de pyrolyse recyclé, par le réglage de la turbine du circuit d'extraction du gaz de pyrolyse, - la variation du temps de séjour de la matière à traiter dans la zone de gazéification en réglant la dimension de cette zone grâce à la fermeture ou l'ouverture des vannes 34, 35, 36, - la variation du débit de gaz de synthèse par réglage de la vitesse de la turbine du circuit d'extraction du gaz de synthèse.
Ces actions sont ici commandées par un processeur P qui contrôle le débit d'alimentation du sas en matière combustible, l'état des registres 16 à 19 et des vannes 28 à 31 et 34 à 36, la vitesse de rotation des turbines 23, 40, 47, la vitesse de rotation du moteur d'entraînement du convoyeur 44 qui assure l'extraction des cendres et des résidus.
Ce processeur est connecté par ailleurs à des détecteurs (notamment un détecteur de température DT et un détecteur de pression DP) permettant de mesurer les différents paramètres de l'installation utiles pour assurer les régulations et les sécurités.
Par ailleurs, pour une puissance donnée, le fonctionnement de l'installation est assuré par trois boucles de régulation :
- Une boucle de régulation de la dépression dans la chambre de réaction, par action sur le débit d'extraction des gaz de synthèse. Cette action peut être effectuée en réglant la vitesse de la turbine ou en agissant sur les vannes ;
cette boucle de régulation est inévitable pour des questions de sécurité.
- Une boucle de régulation de la température du four par action sur le débit de comburant injecté (air ou oxygène) dans le brûleur. Cette action peut être effectuée en réglant la vitesse de la turbine du gaz comburant.
- Une boucle de régulation de la température des gaz de pyrolyse par action sur le débit de recirculation des gaz de pyrolyse. Cette action peut être effectuée en réglant la vitesse de la turbine ; la température du gaz de pyrolyse reflète la température dans le réacteur et la qualité de pyrolyse.
En outre, de nombreux paramètres réglables peuvent contribuer directement à
la performance de l'installation, à savoir, notamment :
- l'angle d'inclinaison de la sole de la chambre de réaction ; bien que dans l'exemple précédemment décrit la sole soit sensiblement horizontale, il est bien entendu possible de prévoir une sole présentant une inclinaison prédéterminée, - la vitesse d'avance de la matière à traiter sur la sole, - la vitesse du gaz de recirculation dans le lit de pyrolyse, - la vitesse du gaz dans le lit de gazéification, - le débit et la nature du gaz comburant, - la température dans la zone d'oxydation du réacteur, - la surface des zones effectives de la sole, - le positionnement et la taille de la zone de pyrolyse, - le positionnement et la taille de la zone de gazéification.
Grâce aux dispositions précédemment décrites, l'installation de gazéification présente les avantages suivants :
- La possibilité de faire varier (ou réguler) la capacité ou la puissance de l'installation sans avoir à modifier la structure et/ou les dimensions physiques de l'installation ; cette variation de puissance est réalisable sur une plage importante. Un gazogène conçu pour une puissance moyenne de 1MW peut voir sa puissance varier de plusieurs centaines de kW à plusieurs MW.
- Les changements de puissance peuvent s'effectuer instantanément et très facilement (automatisation totale) sans conséquence sur la qualité du gaz de synthèse. Le fort taux de recyclage permet de faire tourner momentanément le système en régime de veille sans effet négatif au moment du passage en régime nominal. Il suffit de ralentir les entrées de comburant, ce qui permet une grande réactivité et, si la situation se prolonge, de ralentir l'entrée du solide. Cette aptitude de régulation est essentielle car pour certaines applications (cogénération ou thermique pure), il faut compenser les variations de pouvoir calorifique instantané par une variation inversement proportionnelle de débit afm de maintenir une puissance constante. Pour d'autres utilisations, il faut pouvoir suivre instantanément la demande de puissance.
- La polyvalence de matières combustibles : l'avancement du solide dans le réacteur n'est plus gravitaire, la densité du matériau n'est plus un critère de sélection limitant, ce qui ouvre des possibilités nouvelles d'emploi de produits variés (en nature et en conditionnement) et ce qui permet d'augurer d'un fonctionnement fiabilisé.
- L'absence de goudron dans le gaz : la recirculation du gaz décrite précédemment a une autre conséquence très favorable en plus de l'effet thermique d'homogénéisation et de l'effet mécanique de diffusion. Les multiples traversées successives du lit permettent de convertir totalement le carbone en CO et C02 avec un excellent rapport CO/COa et l'hydrogène en H2 et H20 avec là aussi, un excellent rapport H2/H20. Les jus pyroligneux communément appelés les goudrons qui sont des chaînes hydrocarbonées plus ou moins longues qui subsistent en raison de réactions incomplètes, sont détruits au fur et à mesure de leur formation dans ce type de gazéifieur.
C'est un point crucial pour une utilisation du gaz de synthèse dans des groupes de cogénération, mais encore plus pour un usage en chimie de l'hydrogène (pile à combustible ou conversion en biocarburant).
- La possibilité d'utiliser un comburant à l'oxygène : si l'on veut produire un gaz ayant un meilleur pouvoir calorifique instantané par unité de masse, il faut lui ôter sa fraction inerte d'azote (50% en volume dans le gaz à l'air).
Celle-ci est apportée principalement par l'air comburant. Gazéifier à
l'oxygène permet de réduire de moitié le débit de gaz tout en gardant l'énergie endogène. Autrement dit, le pouvoir calorifique instantané du gaz est doublé en réduisant de moitié la perte thermique en chaleur sensible.
- Un risque de bouchage limité du mécanisme d'avancement de la matière combustible à traiter. De toute manière, l'action curative éventuelle est nettement simplifiée. Les interventions internes se font par l'ouverture d'une porte avant à l'arrêt bien sûr, mais sans le vidage complet du réacteur comme dans les solutions antérieures.
Dans l'exemple illustré sur la figure 2, la filière d'épuration des gaz 39 peut se composer d'un condenseur à goudron comprenant une colonne verticale tubulaire CT fermée à ses deux extrémités et dont le volume intérieur comprend de haut en bas :
- Une chambre d'admission du gaz 51 dans laquelle débouche radialement un conduit d'admission de gaz 52.
- Un échangeur 53 délimité par deux cloisons radiales 54, 55 axialement espacées et traversées par une pluralité de tubes verticaux 56 qui s'étendent axialement entre lesdites cloisons 54, 55. Le volume 57 délimité par les tubes 56, les deux cloisons 54, 55 et la paroi de la colonne CT étant rempli par de l'eau qui circule à contre-courant entre un conduit d'entrée d'eau 58 situé en partie inférieure et un conduit de sortie d'eau 58' situé en partie supérieure.
- Une chambre de sortie de gaz 59 dans laquelle débouche radialement un conduit de sortie de gaz 60.
- Une réserve d'huile 61 dans laquelle est disposée une double paroi dans laquelle court une tubulure ou tout autre dispositif 62 en serpentin dont l'objet est de refroidir l'huile et de préchauffer l'eau et dont l'une des extrémités 63 est raccordée à l'entrée d'eau 58 tandis que l'autre extrémité
est raccordée à un circuit d'alimentation d'eau 64 (froide). Le fond de la colonne CT qui constitue le fond de la réserve d'huile 61 présente une forme conique au centre de laquelle est disposé un orifice raccordé à un tuyau de purge d'huile 65.
Dans ce dispositif, le gaz de synthèse constitue le fluide à traiter. L'eau est utilisée comme fluide caloporteur principal qui absorbe une partie de la chaleur dégagée par le gaz. L'huile qui sert à capter les goudrons joue également le rôle de fluide caloporteur secondaire assurant un préchauffage de l'eau.
Le gaz qui entre dans la chambre d'admission 51 à une température relativement élevée, traverse l'échangeur 53 de haut en bas à l'intérieur des tubes 56 en se refroidissant au contact de ceux-ci.
Après avoir été préchauffée dans le serpentin 62, l'eau traverse l'échangeur de bas en haut en se réchauffant au contact des tubes 56. L'huile qui est alimentée dans la chambre d'admission 51 (par un circuit non représenté) entre dans les tubes 56 par débordement et forme des films tombant le long des parois intérieures des tubes 56 avant de parvenir finalement dans la réserve 61.
La chaleur sensible du gaz est transférée à l'eau en traversant les films d'huile et les parois des tubes 56. Les goudrons présents dans le gaz sont captés par les films d'huile lors du contact direct goudron/huile. L'huile présente dans la réserve 61 peut être soutirée régulièrement grâce au tuyau de purge 65.
par la réaction d'oxydation au travers du lit carbonisé lors du processus de séchage/pyrolyse, cette zone aval étant équipée de moyeris d'extraction à
débit variable du gaz de synthèse obtenu par ce processus de gazéification, raccordés à un circuit d'extraction commun des gaz de synthèse, - un zone multifonctions située entre la première et dernière zone, cette zone multifonctions pouvant être totalement ou partiellement une zone de séchage / pyrolyse, et/ou totalement ou partiellement une zone de gazéification, et/ou totalement ou partiellement désactivée, et est raccordée à des moyens d'extraction reliés d'une part, au circuit commun d'extraction de gaz de pyrolyse par l'intermédiaire d'un circuit à débit réglable et, d'autre part, au circuit commun d'extraction de gaz de synthèse par l'intermédiaire d'un circuit à débit réglable.
Ainsi, quand un moyen d'extraction ou un circuit à débit variable est fermé, la zone de la chambre de traitement correspondant à ce moyen d'extraction ou à
ce circuit est rendue au moins partiellement inactive. Il devient donc possible de répartir les zones actives et inactives de la chambre de traitement en fonction de la nature de la matière à traiter, des quantités de matière à
traiter et/ou de la puissance énergétique souhaitée. La présence de la zone intermédiaire multifonctions dans laquelle les moyens d'extraction peuvent être connectés au circuit d'extraction du gaz de pyrolyse ou du circuit d'extraction du gaz de synthèse permet notamment de déplacer axialement l'emplacement où s'effectue la séparation entre la zone d'extraction des gaz de pyrolyse et la zone d'extraction du gaz de synthèse.
Avantageusement :
-ô-- la vitesse de circulation de la matière combustible à traiter, à l'intérieur de la chambre de traitement, pourra être variable et pourra être réglée en fonction des quantités de matière à traiter et/ou des besoins en puissance énergétique, - les débits relatifs du comburant injecté dans le réacteur et d'extraction du gaz combustible de gazéification pourront être réglés de manière à
maintenir le réacteur en dépression, - la puissance énergétique produite pourra être régulée par l'alimentation en matière combustible, la vitesse de déplacement de la matière combustible à
l'aide d'un piston ou analogue, le débit et la qualité du comburant injecté, le volume de la zone de pyrolyse, le débit de recirculation, le volume de la zone de gazéification, le débit d'extraction du gaz de gazéification.
Par ailleurs, dans le but d'améliorer le rendement énergétique de l'installation de gazéification précédemment décrite, il est souhaitable de prévoir en sortie du gazéifieur, une filière de traitement du gaz à haute température et chargé
de nombreux éléments gênants résiduels, notamment de goudrons ou autres molécules organiques, cette filière comprend au moins un équipement ayant notainment pour but :
- de refroidir le gaz de synthèse qui est extrait à une température pouvant aller de 400 C à 650 C pour l'amener à une température inférieure de 150 C permettant la mise en oeuvre d'un procédé d'épuration (qui est généralement opéré à température modérée), - de réduire, voire même d'éliminer, la teneur en goudrons, - de récupérer la chaleur sensible du gaz de synthèse en augmentant ainsi le rendement thermique du système de gazéification.
Cet équipement de traitement (condenseur à goudrons) est de préférence conçu de manière à effectuer un traitement par voie humide du gaz aux conditions ambiantes, avec une étape de refroidissement qui s'opère sur échangeur gaz-eau à tubes permettant de récupérer la chaleur sensible du gaz de synthèse ainsi que de séparer du gaz les goudrons. Cet échangeur à trois fluides pourra comprendre une pluralité de tubes verticaux dans lesquels circule le gaz de synthèse ainsi que des moyens permettant d'engendrer dans les tubes un film tombant formé par une circulation d'huile. Ce film tombant a pour effet de piéger les poussières et les goudrons en empêchant ainsi l'encrassement des tubes. Le soutirage cyclique d'huile permet de maintenir sa qualité en la déconcentrant par apport de fluide neuf.
Un mode d'exécution d'une telle installation sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 est une représentation schématique d'une installation de gazéification à lit fixe ;
La figure 2 est une vue en élévation avec écorchés partiels d'un dispositif d'échangeur-condenseur à trois fluides utilisable dans l'installation représentée figure 1.
Dans cet exemple, l'installation de gazéification fait intervenir un réacteur à lit fixe 1 de forme tubulaire, par exemple de section circulaire ou polygonale, comprenant une chambre de traitement 8. Ce réacteur 1 et cette chambre 8 sont raccordés à l'une de leurs extréinités (amont) à un système d'alimentation en matière coinbustible 2 et comprennent à l'autre extrémité aval un système d'extraction des cendres 3.
Le système d'alimentation 2 comporte ici un convoyeur à vis sans fin 4 ou tout dispositif équivalent disposé dans l'aire de stockage 5 de la matière combustible. Ce convoyeur 4 débite sur un transporteur à bande 6 qui alimente un sas vertical d'alimentation 7 qui débouche à l'intérieur de la chambre de traitement 8 du réacteur 1 au droit d'une aire de refoulement 9 du lit déversé
dans ladite chambre 8. La matière délivrée par le sas 7, sur cette aire de refoulement 9, est repoussée vers l'intérieur de la chambre 8 par un poussoir à mouvement alternatif.
5 Au-delà de l'aire de refoulement 9, la sole de la chambre de traitement 8 est formée par une succession d'aires d'extraction de gaz sur laquelle le lit de matière combustible peut circuler sous l'effet d'entraînement du poussoir 10.
Cette sole comporte une ou plusieurs grilles 11 à 15 recouvrant des parties sous chacune desquelles est disposée une trémie Tl à T5 dont la partie 10 inférieure est munie d'un obturateur ou registre 16 à 20 destiné à
permettre l'évacuation des particules fines de matière passant au travers de la ou des grilles 11 à 15.
Selon ce mode d'exécution, la sole comprend successivement deux aires d'extraction de gaz de pyrolyse (grilles 11 et 12), deux aires d'extraction mixtes ou polyvalentes (grilles 13 et 14) et une aire d'extraction de gaz de synthèse (grille 15).
Les trémies Tl à T4 sont chacune raccordées à l'entrée d'aspiration d'un circuit d'extraction de gaz de pyrolyse 21 et d'une turbine 23, par l'intermédiaire de conduits d'aspiration 24, 25, 26, 27 équipés de vannes 28, 29, 30, 31.
De même, les trémies T3, T4, T5 sont raccordées à l'entrée d'aspiration d'un circuit d'extraction de gaz de synthèse 37 par l'intermédiaire de conduits d'aspiration 31', 32, 33 équipés de vannes 34, 35, 36. Le circuit d'extraction 37 comporte successivement le primaire d'un échangeur thermique gaz/air 38 et, éventuellement, une filière d'épuration des gaz 39. Il est raccordé à
l'entrée d'aspiration d'une turbine 40 dont la sortie est connectée, par exemple, à un réseau de distribution de gaz de synthèse.
L'extrémité aval de la chambre de traitement 8 est munie d'un puits d'extraction de cendres 41 dont l'extrémité inférieure est immergée dans de l'eau 42 contenue dans un bac de récupération des cendres 43 qui s'étend sous la chambre de traitement 8.
De même, les obturateurs (ou registres) 16 à 20 sont connectés à des manchons M qui plongent dans l'eau du bac 43.
Les particules de cendres ou de matières combustibles recueillies par le bac sont entrainées par un convoyeur 44 et déversées à une hauteur supérieure au niveau de l'eau du bac 43 dans une aire de stockage de cendres et de résidus 45.
La turbine 23 du circuit d'extraction de gaz de pyrolyse est raccordée par sa sortie à un brûleur 50 qui injecte dans le ciel de la chambre de traitement 8 un mélange gazeux comprenant le gaz de pyrolyse ainsi qu'un comburant pouvant consister en de l'air préchauffé provenant d'un circuit 46 passant par le secondaire de l'échangeur thermique 38 et d'une turbine 47 ou en de l'oxygène provenant d'un circuit de distribution 48 commandé par une vanne 49.
Le démarrage de l'installation est par ailleurs assuré grâce à un brûleur B
utilisant du gaz naturel provenant d'un circuit C commandé par une électrovanne E. Ce brûleur B est maintenu en service jusqu'à ce que la température de réaction soit atteinte.
A l'intérieur de la chambre de traitement 8, au - dessus des aires d'extraction 11, 12 (et 13, 14 dans la mesure où les vannes 30 et 31 sont ouvertes et les vannes 34 et 35 sont fermées), il existe une zone de séchage/pyrolyse dans laquelle le flux gazeux oxydé provenant du brûleur 50 et circulant dans le ciel de la chambre 8 traverse le lit de matière reposant sur la sole (grilles 11 à
14) en provoquant, grâce à leur apport énergétique, le séchage de la matière et la réaction de pyrolyse, les goudrons contenus dans les gaz de pyrolyse étant dégradés lors de la réaction d'oxydation qui s'effectue dans le ciel de la chambre 8 à haute température.
Dans la première partie de la chambre de traitement (zone de séchage et de pyrolyse), les gaz sont extraits à une température de l'ordre de 500 C à 700 C.
Dans la deuxième partie du réacteur, lorsque le gaz issu de l'oxydation traverse le lit carbonisé lors de la phase de pyrolyse, une phase de réduction se produit et le gaz extrait par le conduit d'aspiration 33 et les conduits d'aspiration 31' et 32 dans la mesure où les vannes 34 et 35 sont ouvertes.
Il apparaît donc que les dimensions et la position des zones d'extraction de gaz (pyrolyse et gazéification) peuvent être modifiées en fonction de l'état (ouvert ou fermé) des vannes 28 à 31 et 34 à 36.
De même, il est possible de régler les débits d'extraction dans ces zones. Il est donc possible de créer des zones actives ou inactives du lit de matière selon le besoin en puissance énergétique.
Plus concrètement, la variation de puissance énergétique d'une telle installation est réalisable par une combinaison des actions suivantes :
- la variation du débit d'alimentation en matière à traiter en jouant sur la vitesse d'actionnement du poussoir et sur le cycle d'alimentation en matière à traiter, - la variation du temps de séjour dans la zone de séchage et de pyrolyse en réglant la dimension de cette zone grâce à la fermeture ou l'ouverture des vannes 28, 29, 30 et 31, - la variation du débit du gaz de pyrolyse recyclé, par le réglage de la turbine du circuit d'extraction du gaz de pyrolyse, - la variation du temps de séjour de la matière à traiter dans la zone de gazéification en réglant la dimension de cette zone grâce à la fermeture ou l'ouverture des vannes 34, 35, 36, - la variation du débit de gaz de synthèse par réglage de la vitesse de la turbine du circuit d'extraction du gaz de synthèse.
Ces actions sont ici commandées par un processeur P qui contrôle le débit d'alimentation du sas en matière combustible, l'état des registres 16 à 19 et des vannes 28 à 31 et 34 à 36, la vitesse de rotation des turbines 23, 40, 47, la vitesse de rotation du moteur d'entraînement du convoyeur 44 qui assure l'extraction des cendres et des résidus.
Ce processeur est connecté par ailleurs à des détecteurs (notamment un détecteur de température DT et un détecteur de pression DP) permettant de mesurer les différents paramètres de l'installation utiles pour assurer les régulations et les sécurités.
Par ailleurs, pour une puissance donnée, le fonctionnement de l'installation est assuré par trois boucles de régulation :
- Une boucle de régulation de la dépression dans la chambre de réaction, par action sur le débit d'extraction des gaz de synthèse. Cette action peut être effectuée en réglant la vitesse de la turbine ou en agissant sur les vannes ;
cette boucle de régulation est inévitable pour des questions de sécurité.
- Une boucle de régulation de la température du four par action sur le débit de comburant injecté (air ou oxygène) dans le brûleur. Cette action peut être effectuée en réglant la vitesse de la turbine du gaz comburant.
- Une boucle de régulation de la température des gaz de pyrolyse par action sur le débit de recirculation des gaz de pyrolyse. Cette action peut être effectuée en réglant la vitesse de la turbine ; la température du gaz de pyrolyse reflète la température dans le réacteur et la qualité de pyrolyse.
En outre, de nombreux paramètres réglables peuvent contribuer directement à
la performance de l'installation, à savoir, notamment :
- l'angle d'inclinaison de la sole de la chambre de réaction ; bien que dans l'exemple précédemment décrit la sole soit sensiblement horizontale, il est bien entendu possible de prévoir une sole présentant une inclinaison prédéterminée, - la vitesse d'avance de la matière à traiter sur la sole, - la vitesse du gaz de recirculation dans le lit de pyrolyse, - la vitesse du gaz dans le lit de gazéification, - le débit et la nature du gaz comburant, - la température dans la zone d'oxydation du réacteur, - la surface des zones effectives de la sole, - le positionnement et la taille de la zone de pyrolyse, - le positionnement et la taille de la zone de gazéification.
Grâce aux dispositions précédemment décrites, l'installation de gazéification présente les avantages suivants :
- La possibilité de faire varier (ou réguler) la capacité ou la puissance de l'installation sans avoir à modifier la structure et/ou les dimensions physiques de l'installation ; cette variation de puissance est réalisable sur une plage importante. Un gazogène conçu pour une puissance moyenne de 1MW peut voir sa puissance varier de plusieurs centaines de kW à plusieurs MW.
- Les changements de puissance peuvent s'effectuer instantanément et très facilement (automatisation totale) sans conséquence sur la qualité du gaz de synthèse. Le fort taux de recyclage permet de faire tourner momentanément le système en régime de veille sans effet négatif au moment du passage en régime nominal. Il suffit de ralentir les entrées de comburant, ce qui permet une grande réactivité et, si la situation se prolonge, de ralentir l'entrée du solide. Cette aptitude de régulation est essentielle car pour certaines applications (cogénération ou thermique pure), il faut compenser les variations de pouvoir calorifique instantané par une variation inversement proportionnelle de débit afm de maintenir une puissance constante. Pour d'autres utilisations, il faut pouvoir suivre instantanément la demande de puissance.
- La polyvalence de matières combustibles : l'avancement du solide dans le réacteur n'est plus gravitaire, la densité du matériau n'est plus un critère de sélection limitant, ce qui ouvre des possibilités nouvelles d'emploi de produits variés (en nature et en conditionnement) et ce qui permet d'augurer d'un fonctionnement fiabilisé.
- L'absence de goudron dans le gaz : la recirculation du gaz décrite précédemment a une autre conséquence très favorable en plus de l'effet thermique d'homogénéisation et de l'effet mécanique de diffusion. Les multiples traversées successives du lit permettent de convertir totalement le carbone en CO et C02 avec un excellent rapport CO/COa et l'hydrogène en H2 et H20 avec là aussi, un excellent rapport H2/H20. Les jus pyroligneux communément appelés les goudrons qui sont des chaînes hydrocarbonées plus ou moins longues qui subsistent en raison de réactions incomplètes, sont détruits au fur et à mesure de leur formation dans ce type de gazéifieur.
C'est un point crucial pour une utilisation du gaz de synthèse dans des groupes de cogénération, mais encore plus pour un usage en chimie de l'hydrogène (pile à combustible ou conversion en biocarburant).
- La possibilité d'utiliser un comburant à l'oxygène : si l'on veut produire un gaz ayant un meilleur pouvoir calorifique instantané par unité de masse, il faut lui ôter sa fraction inerte d'azote (50% en volume dans le gaz à l'air).
Celle-ci est apportée principalement par l'air comburant. Gazéifier à
l'oxygène permet de réduire de moitié le débit de gaz tout en gardant l'énergie endogène. Autrement dit, le pouvoir calorifique instantané du gaz est doublé en réduisant de moitié la perte thermique en chaleur sensible.
- Un risque de bouchage limité du mécanisme d'avancement de la matière combustible à traiter. De toute manière, l'action curative éventuelle est nettement simplifiée. Les interventions internes se font par l'ouverture d'une porte avant à l'arrêt bien sûr, mais sans le vidage complet du réacteur comme dans les solutions antérieures.
Dans l'exemple illustré sur la figure 2, la filière d'épuration des gaz 39 peut se composer d'un condenseur à goudron comprenant une colonne verticale tubulaire CT fermée à ses deux extrémités et dont le volume intérieur comprend de haut en bas :
- Une chambre d'admission du gaz 51 dans laquelle débouche radialement un conduit d'admission de gaz 52.
- Un échangeur 53 délimité par deux cloisons radiales 54, 55 axialement espacées et traversées par une pluralité de tubes verticaux 56 qui s'étendent axialement entre lesdites cloisons 54, 55. Le volume 57 délimité par les tubes 56, les deux cloisons 54, 55 et la paroi de la colonne CT étant rempli par de l'eau qui circule à contre-courant entre un conduit d'entrée d'eau 58 situé en partie inférieure et un conduit de sortie d'eau 58' situé en partie supérieure.
- Une chambre de sortie de gaz 59 dans laquelle débouche radialement un conduit de sortie de gaz 60.
- Une réserve d'huile 61 dans laquelle est disposée une double paroi dans laquelle court une tubulure ou tout autre dispositif 62 en serpentin dont l'objet est de refroidir l'huile et de préchauffer l'eau et dont l'une des extrémités 63 est raccordée à l'entrée d'eau 58 tandis que l'autre extrémité
est raccordée à un circuit d'alimentation d'eau 64 (froide). Le fond de la colonne CT qui constitue le fond de la réserve d'huile 61 présente une forme conique au centre de laquelle est disposé un orifice raccordé à un tuyau de purge d'huile 65.
Dans ce dispositif, le gaz de synthèse constitue le fluide à traiter. L'eau est utilisée comme fluide caloporteur principal qui absorbe une partie de la chaleur dégagée par le gaz. L'huile qui sert à capter les goudrons joue également le rôle de fluide caloporteur secondaire assurant un préchauffage de l'eau.
Le gaz qui entre dans la chambre d'admission 51 à une température relativement élevée, traverse l'échangeur 53 de haut en bas à l'intérieur des tubes 56 en se refroidissant au contact de ceux-ci.
Après avoir été préchauffée dans le serpentin 62, l'eau traverse l'échangeur de bas en haut en se réchauffant au contact des tubes 56. L'huile qui est alimentée dans la chambre d'admission 51 (par un circuit non représenté) entre dans les tubes 56 par débordement et forme des films tombant le long des parois intérieures des tubes 56 avant de parvenir finalement dans la réserve 61.
La chaleur sensible du gaz est transférée à l'eau en traversant les films d'huile et les parois des tubes 56. Les goudrons présents dans le gaz sont captés par les films d'huile lors du contact direct goudron/huile. L'huile présente dans la réserve 61 peut être soutirée régulièrement grâce au tuyau de purge 65.
Claims (18)
1. Procédé pour la gazéification à puissance variable de matières combustibles à l'aide d'une installation qui comprend un réacteur (1) comportant une chambre de traitement (8) dans laquelle les matières à traiter passent successivement par une zone de séchage/pyrolyse de dimensions variables dans laquelle s'effectue une extraction de gaz de pyrolyse, puis par une zone de gazéification de dimensions variables dans laquelle s'effectue une extraction de gaz de synthèse, le gaz de pyrolyse extrait dans la zone de séchage/pyrolyse étant injecté dans le ciel de la chambre de traitement (8) avec un gaz comburant, de manière à engendrer une réaction d'oxydation exothermique apportant l'énergie nécessaire aux réactions de pyrolyse et de gazéification, caractérisé en ce que les dimensions et/ou la position des zones de séchage/pyrolyse et de gazéification sont réglées en fonction des quantités de matière à traiter introduite dans la chambre de traitement (8), de leur nature et/ou des besoins en puissance énergétique, en ce que la chambre de traitement (8) comprend une zone unique d'oxydation dans le ciel du réacteur (1), et en ce que la matière combustible circule sensiblement horizontalement grâce à un pousseur (10) ou analogue permettant l'avancement de la matière combustible d'amont vers l'aval du réacteur (1), ce réacteur (1) étant disposé selon un axe sensiblement horizontal.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de traitement (8) comprend entre la zone de séchage/pyrolyse et la zone de gazéification, une zone multifonctions mixte dans laquelle on peut effectuer soit une extraction de gaz de pyrolyse, soit une extraction de gaz de synthèse, le type d'extraction effectué dans cette zone étant déterminé en fonction des quantités de matières introduites dans la chambre de traitement (8), de la nature de cette matière et/ou des besoins en puissance énergétique.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'au moins l'une des susdites zones comprend plusieurs aires d'extraction de gaz successives commandables, et en ce que la variation des dimensions et/ou de la position desdites zones est obtenue par une désactivation partielle ou totale desdites aires.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température des gaz de gazéification est régulée par action sur le débit de gaz comburant injecté dans ladite chambre (8).
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température des gaz de pyrolyse est régulée par action sur le débit des gaz de pyrolyse injectés dans la chambre de traitement (8).
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les débits relatifs du comburant injecté dans le réacteur (1) et d'extraction du gaz carburant de gazéification maintiennent le réacteur (1) en dépression.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la puissance énergétique produite est régulée par l'alimentation en matière combustible, la vitesse de déplacement de la matière combustible à l'aide d'un piston ou analogue, le débit et la qualité du comburant injecté, le volume de la zone de pyrolyse, le débit de recirculation, le volume de la zone de gazéification, le débit d'extraction du gaz de gazéification.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz de synthèse subit un traitement d'épuration avec récupération de la chaleur sensible dudit gaz.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la susdite épuration est effectuée grâce à un film d'huile tombant engendré dans les tubes d'échangeur dans lesquels circule ledit gaz.
10. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, cette installation comprenant un réacteur à lit fixe (1) qui comporte une chambre de traitement (8), ce réacteur (1) et cette chambre (8) étant raccordés à l'une de leurs extrémités à un système d'alimentation en matière combustible (2) et comprennent à leur autre extrémité un système d'extraction de cendres (3) et, cette chambre (8) comportant trois régions correspondant aux trois phases principales du traitement, à savoir : une région de séchage/pyrolyse située dans une première partie du lit de matière combustible, une région de gazéification située dans la seconde partie du lit du combustible et une région d'oxydation occupant le ciel situé au-dessus du lit, caractérisée en ce que la chambre (8) comprend une sole sensiblement horizontale surmontée d'un lit divisé en au moins trois zones, à savoir :
- une première zone amont où ne s'effectue qu'un processus de séchage/pyrolyse, cette zone étant raccordée à des moyens d'extraction du gaz de pyrolyse à débit variable, ces moyens d'extraction étant raccordés à
un circuit d'extraction commun (21) de gaz de pyrolyse connecté à un brûleur (50) alimenté en un gaz comburant tel que de l'air ou de l'oxygène et disposé de manière à engendrer une réaction d'oxydation exothermique dans le ciel de la chambre (8), qui apporte l'énergie nécessaire aux réactions de pyrolyse, de gazéification et de dégradation des goudrons ou autres molécules organiques contenus dans les gaz de pyrolyse, - une dernière zone où ne s'effectue qu'un processus de gazéification résultant d'une phase de réduction produite lors du passage du gaz engendré
par la réaction d'oxydation au travers du lit carbonisé lors du processus de séchage/pyrolyse, cette zone aval étant équipée de moyens d'extraction à
débit variable du gaz de synthèse obtenu par ce processus de gazéification, raccordé à un circuit d'extraction commun (37) des gaz de synthèse, - un zone multifonctions située entre la première et la dernière zone, cette zone multifonctions pouvant être totalement ou partiellement une zone de séchage / pyrolyse, et/ou totalement ou partiellement une zone de gazéification, et/ou totalement ou partiellement désactivée, et est raccordée à des moyens d'extraction reliés d'une part, au circuit commun d'extraction (21) de gaz de pyrolyse par l'intermédiaire d'un circuit à débit réglable et, d'autre part, au circuit commun d'extraction (37) de gaz de synthèse par l'intermédiaire d'un circuit à débit réglable.
- une première zone amont où ne s'effectue qu'un processus de séchage/pyrolyse, cette zone étant raccordée à des moyens d'extraction du gaz de pyrolyse à débit variable, ces moyens d'extraction étant raccordés à
un circuit d'extraction commun (21) de gaz de pyrolyse connecté à un brûleur (50) alimenté en un gaz comburant tel que de l'air ou de l'oxygène et disposé de manière à engendrer une réaction d'oxydation exothermique dans le ciel de la chambre (8), qui apporte l'énergie nécessaire aux réactions de pyrolyse, de gazéification et de dégradation des goudrons ou autres molécules organiques contenus dans les gaz de pyrolyse, - une dernière zone où ne s'effectue qu'un processus de gazéification résultant d'une phase de réduction produite lors du passage du gaz engendré
par la réaction d'oxydation au travers du lit carbonisé lors du processus de séchage/pyrolyse, cette zone aval étant équipée de moyens d'extraction à
débit variable du gaz de synthèse obtenu par ce processus de gazéification, raccordé à un circuit d'extraction commun (37) des gaz de synthèse, - un zone multifonctions située entre la première et la dernière zone, cette zone multifonctions pouvant être totalement ou partiellement une zone de séchage / pyrolyse, et/ou totalement ou partiellement une zone de gazéification, et/ou totalement ou partiellement désactivée, et est raccordée à des moyens d'extraction reliés d'une part, au circuit commun d'extraction (21) de gaz de pyrolyse par l'intermédiaire d'un circuit à débit réglable et, d'autre part, au circuit commun d'extraction (37) de gaz de synthèse par l'intermédiaire d'un circuit à débit réglable.
11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que le système d'alimentation comprend un sas d'alimentation (7) qui délivre la matière à traiter à l'intérieur de la chambre de traitement (8) sur une aire de refoulement (9) d'un poussoir (10) à mouvement alternatif.
12. Installation selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisée en ce que les susdites aires d'extraction comprennent chacune une grille (11 à 15) sur laquelle le lit de matière peut circuler et sous laquelle est disposée une trémie (T1 à T5) dont la partie inférieure est munie d'un obturateur (16 à 20) connecté à un manchon (M) plongeant dans l'eau d'un bac (43), au moins un circuit d'extraction de gaz de pyrolyse et/ou de synthèse débouchant à l'intérieur de la trémie (T1 à T5) et commandé par des vannes (28, 29, 30, 31-34, 35, 36).
13. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que le susdit circuit d'extraction de gaz de pyrolyse comprend une turbine (23) qui débite dans le susdit brûleur (50).
14. Installation selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisée en ce que le susdit comburant est délivré par un circuit (46) passant par le secondeur d'un échangeur thermique (38) dont le primaire est monté dans le circuit d'extraction du gaz de synthèse.
15. Installation selon l'une des revendications 10 à 14, caractérisée en ce que la chambre de traitement (8) comprend un système d'extraction de cendres comportant un puits (41) dont l'extrémité inférieure est immergée dans l'eau contenue dans un bac de récupération de cendres (43).
16. Installation selon l'une des revendications 10 à 15, caractérisée en ce que la susdite sole est inclinée par rapport à
l'horizontale.
l'horizontale.
17. Installation selon l'une des revendications 10 à 16, caractérisée en ce qu'elle comprend une filière d'épuration des gaz comportant entre autre un échangeur à trois fluides à l'intérieur duquel le gaz circule dans des tubes verticaux à l'intérieur desquels de l'huile qui entre par débordement forme des films tombant le long des parois intérieures desdits tubes avant de parvenir finalement dans une réserve d'huile, la chaleur sensible du gaz étant transférée à l'eau en traversant les films d'huile et les parois des tubes.
18. Installation selon la revendication 17, caractérisée en ce qu'avant de parvenir dans l'échangeur, l'eau circule dans un circuit en serpentin disposé dans la susdite réserve.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0702279A FR2914314B1 (fr) | 2007-03-26 | 2007-03-26 | Procede et installation pour la gazeification a puissance variable de matieres combustibles. |
| FR0702279 | 2007-03-26 | ||
| PCT/FR2008/000407 WO2008132354A2 (fr) | 2007-03-26 | 2008-03-26 | Procede et installation pour la gazeification a puissance variable de matieres combustibles |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA2680135A1 true CA2680135A1 (fr) | 2008-11-06 |
Family
ID=38896964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA002680135A Abandoned CA2680135A1 (fr) | 2007-03-26 | 2008-03-26 | Procede et installation pour la gazeification a puissance variable de matieres combustibles |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20100107494A1 (fr) |
| EP (1) | EP2129748A2 (fr) |
| JP (1) | JP2010522793A (fr) |
| CN (1) | CN101646752A (fr) |
| BR (1) | BRPI0809421A2 (fr) |
| CA (1) | CA2680135A1 (fr) |
| FR (1) | FR2914314B1 (fr) |
| WO (1) | WO2008132354A2 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230407233A1 (en) * | 2020-11-10 | 2023-12-21 | Nederlandse Organisatie Voor Toegepast -Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno | Biomass reactor and process |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8617271B2 (en) | 2008-12-11 | 2013-12-31 | General Electric Company | Method of retrofitting a coal gasifier |
| CN101693840A (zh) * | 2009-11-02 | 2010-04-14 | 中节环(北京)能源技术有限公司 | 生物质热解炉的直接燃烧分散供热方法 |
| DE102011117142A1 (de) * | 2011-10-28 | 2013-05-02 | Ligento green power GmbH | Vergasungsreaktor für kohlenstoffhaltiges Brennmaterial |
| DE102011117141A1 (de) | 2011-10-28 | 2013-05-02 | Ligento green power GmbH | Verfahren zur automatischen Entfernung eines Kohlenstoffüberschusses in einem Vergasungsreaktor |
| DE102011117140A1 (de) | 2011-10-28 | 2013-05-02 | Ligento green power GmbH | Verfahren zum Betreiben eines Vergasungsreaktors |
| US9366429B2 (en) * | 2012-04-18 | 2016-06-14 | Farm Pilot Project Coordination, Inc. | Method and system for processing animal waste |
| US20150129178A1 (en) * | 2013-11-11 | 2015-05-14 | Ineos Bio Sa | Process for processing inorganic matter containing residue |
| EP3464519B1 (fr) * | 2016-06-03 | 2023-10-25 | Wildfire Energy Pty Ltd | Production d'un gaz et procédés associés |
| FR3060603B1 (fr) * | 2016-12-20 | 2020-02-14 | Jean Lachaud | Dispositif et procede de production de produits differencies, dans des proportions modulables, a partir d'une pyrolyse de biomasse vegetale. |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3787192A (en) * | 1972-03-02 | 1974-01-22 | Mcdowell Wellman Eng Co | Process for coal gasification |
| FR2263290A1 (en) * | 1974-03-04 | 1975-10-03 | Duchene Paul | Combined carbonisation and gasification of carbonaceous minerals - e.g. bituminous shales |
| US4058905A (en) * | 1974-12-19 | 1977-11-22 | The Superior Oil Company | Method for reducing residence time and eliminating gas leakage between zones in a cross-flow device for heating and cooling solids |
| US4293390A (en) * | 1977-12-05 | 1981-10-06 | Davy Mckee Corporation | Apparatus for treatment of hydrocarbon-containing mineral material |
| FR2440398A1 (fr) * | 1978-11-06 | 1980-05-30 | Nal Etud Exper Machinisme Cent | Gazogene a lit fixe |
| FR2487847A1 (fr) * | 1980-07-30 | 1982-02-05 | Cneema | Procede et installation de gazeification de matieres d'origine vegetale |
| US4395309A (en) * | 1980-11-03 | 1983-07-26 | Esztergar Ernest P | Fractional distillation of hydrocarbons from coal |
| FR2527321A1 (fr) * | 1982-05-19 | 1983-11-25 | Creusot Loire | Procede et installation de traitement d'une matiere solide reduite en morceaux |
| CA2833506C (fr) * | 2005-06-28 | 2016-05-03 | Afognak Native Corporation | Procede et dispositif modulaire automatise de production d'energie utilisant de la biomasse |
| CN101495808B (zh) * | 2006-05-05 | 2011-12-07 | 普拉斯科能源Ip控股公司毕尔巴鄂-沙夫豪森分公司 | 带有横向传送系统的水平取向气化器 |
-
2007
- 2007-03-26 FR FR0702279A patent/FR2914314B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2008
- 2008-03-26 JP JP2010500317A patent/JP2010522793A/ja active Pending
- 2008-03-26 CA CA002680135A patent/CA2680135A1/fr not_active Abandoned
- 2008-03-26 US US12/593,245 patent/US20100107494A1/en not_active Abandoned
- 2008-03-26 BR BRPI0809421-7A2A patent/BRPI0809421A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2008-03-26 CN CN200880009919A patent/CN101646752A/zh active Pending
- 2008-03-26 WO PCT/FR2008/000407 patent/WO2008132354A2/fr not_active Ceased
- 2008-03-26 EP EP08787852A patent/EP2129748A2/fr not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230407233A1 (en) * | 2020-11-10 | 2023-12-21 | Nederlandse Organisatie Voor Toegepast -Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno | Biomass reactor and process |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2914314B1 (fr) | 2011-04-08 |
| US20100107494A1 (en) | 2010-05-06 |
| WO2008132354A3 (fr) | 2009-04-09 |
| EP2129748A2 (fr) | 2009-12-09 |
| WO2008132354A2 (fr) | 2008-11-06 |
| CN101646752A (zh) | 2010-02-10 |
| BRPI0809421A2 (pt) | 2014-09-09 |
| JP2010522793A (ja) | 2010-07-08 |
| FR2914314A1 (fr) | 2008-10-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2680135A1 (fr) | Procede et installation pour la gazeification a puissance variable de matieres combustibles | |
| EP2435533B1 (fr) | Nouveau procede pour la gazeification de dechets organiques | |
| EP2798045A1 (fr) | Procede et equipement de gazeification en lit fixe | |
| EP2627739A1 (fr) | Dispositif pour la transformation d'un combustible | |
| WO2004101452A1 (fr) | Systeme et procede pour recycler thermiquement des dechets, et application de ce systeme au traitement de dechets a forte teneur en eau | |
| FR2794128A1 (fr) | Procede de gazeification autothermique de combustibles solides, installation pour la mise en oeuvre du procede et utilisation de l'installation | |
| EP1077248B1 (fr) | Procédé et installation de production d'un gaz combustible à partir d'une charge riche en matière organique | |
| EP1792122A1 (fr) | Système et procédé pour recycler thermiquement des déchets | |
| WO2007000548A2 (fr) | Procede et installation de traitement de materiaux solides organiques | |
| FR2917399A1 (fr) | Procede et systeme de traitement d'effluents gazeux pour produire independamment h2 et co | |
| EP3960837A1 (fr) | Réacteur de pyro-gazéification a lit fixe présentant un rendement amélioré | |
| FR2942803A1 (fr) | Systemes et procedes de transformation de biomasse en combustibles liquides | |
| FR3060603A1 (fr) | Dispositif et procede de production de produits differencies, dans des proportions modulables, a partir d'une pyrolyse de biomasse vegetale. | |
| FR2916760A1 (fr) | Module, systeme et procede de traitement de biomasse a lit fixe horizontal | |
| EP4610333A1 (fr) | Installation et procédé de carbonisation pour produire du charbon de bois | |
| FR2955175A1 (fr) | Procede et dispositif de torrefaction d'une charge de biomasse | |
| WO2015091492A1 (fr) | Procede de torrefaction d'une charge carbonee comprenant une etape de sechage optimisee | |
| BE462362A (fr) | ||
| FR3047300A1 (fr) | Procede de gazeification et dispositifs permettant de le mettre en oeuvre | |
| BE638675A (fr) | ||
| WO2010046545A1 (fr) | Procede et dispositif de regulation de la temperature des fumees de combustion d´un procede de thermolyse |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FZDE | Discontinued |
Effective date: 20140326 |