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EP4367208A1 - Dispositif et installation de gazéification de produit chargé en matière organique - Google Patents

Dispositif et installation de gazéification de produit chargé en matière organique

Info

Publication number
EP4367208A1
EP4367208A1 EP22735475.0A EP22735475A EP4367208A1 EP 4367208 A1 EP4367208 A1 EP 4367208A1 EP 22735475 A EP22735475 A EP 22735475A EP 4367208 A1 EP4367208 A1 EP 4367208A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gasification
gasification chamber
chamber
injector
outlet
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.)
Pending
Application number
EP22735475.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Julien TRIDON
Marie-Pierre LORIGEON-RODRIGUEZ
Sergio RODRIGUEZ CALVO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP4367208A1 publication Critical patent/EP4367208A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • C10J3/48—Apparatus; Plants
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    • C10J2300/1884—Heat exchange between at least two process streams with one stream being synthesis gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2201/00—Pretreatment
    • F23G2201/40—Gasification

Definitions

  • TITLE Device and installation for gasification of product loaded with organic matter
  • the present invention relates to a product gasification device loaded with organic matter, as well as an installation comprising such a gasification device.
  • the technical field of the invention is that of the treatment by gasification of waste, biomass and, more particularly, products having a high humidity rate and which are in the form of liquid or pasty sludge, more generally fluid , loaded with organic matter.
  • Such a station may comprise a multi-stage reduction column and entrained beds, which are bulky.
  • JP-A-2004249280 it is known from JP-A-2004249280 to treat dried sludge in a chamber supplied with oxygen or oxygen-enriched air, which is relatively complex and requires a large installation, difficult to implement. and to drive.
  • DE-B-1209967 discloses a process for the oxidation of organic component contained in solutions, washing powders or sludges by means of a gasification device which comprises a reaction chamber in the upper part of which is provided an evacuation opening and in which is arranged a propeller set in rapid rotation by a motor.
  • US-A-5636451 discloses a method and apparatus for supplying dewatered sludge to a combustion reactor.
  • DE-U-8623726 discloses an incineration device in which a product injector is placed in the upper part of a reactor, while a drying gas injection tube is placed in the lower part. These materials do not allow efficient gasification of organic matter.
  • the invention more particularly intends to remedy by proposing a new gasification device whose configuration is optimized, to the point that it can be compact and inexpensive to manufacture and use.
  • the invention relates to a device for gasification of product loaded with organic matter, comprising a gasification chamber defined by an envelope, a product injector into the gasification chamber, a synthesis gas collector from the gasification chamber and a burner.
  • a gasification chamber defined by an envelope
  • a product injector into the gasification chamber
  • a synthesis gas collector from the gasification chamber
  • a burner a synthesis gas collector from the gasification chamber
  • a burner synthesis gas collector from the gasification chamber
  • a burner synthesis gas collector from the gasification chamber
  • a burner synthesis gas collector from the gasification chamber
  • a burner synthesis gas collector
  • the positioning of the outlet of the injector, of the outlet of the burner and of the mouth of the collector in the upper part of the gasification chamber and the geometry of this chamber allow efficient recirculation of the gas. synthesis resulting from the gasification of organic matter, which improves the efficiency of the installation and makes it possible to generate a synthesis gas of good quality, within a relatively simple and compact device.
  • such a gasification device can incorporate one or more of the following characteristics taken according to any technically permissible combination:
  • the gasification chamber is rotationally symmetrical about a vertical axis and the surface of the envelope which defines the gasification chamber has, in section radial to the vertical axis, a divergent shape from the bottom, on a first part of its height, and a lobe shape, over a second part of its height located above its first part.
  • a product supply pipe to the injector is equipped with at least two tanks, preferably with a bladder, and a set of valves allowing the filling of a first tank with loaded product while the second tank supplies the gasification chamber, and vice versa.
  • the supply pipe is equipped with at least one preheater connected to a synthesis gas evacuation pipe, downstream of the collector and, preferably, this preheater is equipped with a non-return valve at the inlet, d a non-return valve at the outlet and a safety valve connected to a safety tank.
  • the injector comprises an injection tube, one end of which forms its outlet into the gasification chamber or is equipped with a projection head which forms its outlet into the gasification chamber; a stirrer) movable, preferably at least in rotation, inside the injection tube; an agitator drive motor inside the injection tube; a cleaning air supply line inside the injection tube; and an air flow control valve in the air supply line.
  • the envelope of the gasification chamber is placed within a tank containing a heat transfer liquid, this tank is connected to a heat exchanger towards which the heat transfer liquid circulates and, preferably, the gasification chamber and/or the tank is equipped with a temperature sensor.
  • the collector is in thermal contact with the heat transfer liquid present in the tank.
  • a filter preferably of the cyclonic type, is placed on a synthesis gas evacuation pipe, downstream of the collector.
  • the gasification device includes an ashtray placed under the combustion chamber and, if necessary, an ashtray placed under the filter and an extractor is associated with each ashtray to evacuate the ashes which accumulate there.
  • a separator is arranged on a product supply line to the injector and this separator is configured to separate the water present in the product to be injected from the rest of this product which leaves the separator in thickened form.
  • the separator is equipped with an outlet for steam.
  • the gasification device includes a solid waste grinder which feeds the injector.
  • the gasification device includes an endless screw conveyor fed by the separator and by the grinder -
  • the gasification device comprises a heat exchanger between a synthesis gas leaving the gasification chamber and an oxidizing gas supplying the gasification chamber.
  • the invention relates to a mobile installation for the gasification of product loaded with organic matter, this installation comprising a gasification device as mentioned above installed inside a container, preferably of the maritime container type. .
  • Such an installation benefits from the same advantages as the gasification device of the invention and makes it possible, thanks to its mobile nature and to the fact that the gasification device is placed inside a container, to be able to move this installation up to as close as possible to a production site for sludge loaded with organic matter(s) for the treatment of this sludge over a determined period, for example seasonal, after which the installation can be transported to another site of use.
  • the realization of the mobile installation within a maritime container results from the compact nature of the gasification chamber, which results in particular from the geometry of its gasification chamber.
  • Figure 1 is a block diagram of a gasification installation according to a first embodiment of the invention incorporating a gasification device according to the invention.
  • FIG 2 Figure 2 schematically shows part of a gasification device and an installation according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 1 the various constituent elements of the installation and of the gasification device in accordance with the invention are represented very schematically, without being to scale with respect to each other.
  • the installation 2 represented in FIG. 1 comprises a maritime container 4 of the 20-foot type which has the following external dimensions: length approximately 6.00 m, width approximately 2.40 m, height approximately 2.60 m. These values may vary depending on the manufacturer of this shipping container 4. Alternatively, the shipping container 4 may be a 40-foot type container, the length of which is twice that of a 20-foot container, its other dimensions being similar. .
  • a shipping container has the advantage of being made of standard equipment, economical and whose transport by road, sea or rail is easy, on an industrial vehicle or a suitable trailer.
  • the container 4 may be of a type other than a shipping container, while preferably being suitable for transport by road, by sea or by rail.
  • a gasification device 6 is installed within the container 4 and comprises a chamber 8 for gasification of fluid laden with organic matter, which is defined by an envelope 10 of refractory material, the internal surface of which delimits the chamber 8 is denoted S10.
  • the refractory material of the casing for example concrete based on alumina and chromium oxide or concrete based on andalusite, chamotte clay and corundum.
  • chamber 8 is centered on a vertical axis Z8 and surface S10 is rotationally symmetrical around this axis.
  • the S10 surface is approximately heart-shaped, with a radius R10 of the S10 surface which increases from bottom to top over a portion H1 of the total height H of the S10 surface.
  • the surface S10 On another portion H2 of the height H, located above the portion H1, the surface S10 forms a concave ring whose concavity is turned downwards and towards the axis Z8.
  • the part of the surface S10 located in the portion H2 of the height H develops in the shape of a lobe of the heart defined by the section of this surface radial to the axis Z8.
  • the envelope 10 delimits a duct 12 which is located below the surface S10 and connects the chamber 8 to an ashtray 14 into which the vitrified part of the organic matter falls by gravity.
  • This ashtray 14 is connected to an automatic extraction device 16 which is advantageously of the type with a sealed screw conveyor 18.
  • a connector 20 constitutes the upstream end of a pipe 22 for supplying sludge loaded with organic matter to an injector 24 which opens into the gasification chamber 8.
  • mud is used to designate a fluid laden with organic matter which may be in more or less liquid or pasty form and which comprises a substantial proportion of water, for example at least at least 50% of water by volume.
  • Pipe 22 is equipped with a grinder and centrifugal pump 26 which makes it possible to homogenize a flow F1 of sludge coming from connector 20.
  • the pump 26 is controlled by an electronic control unit 28 which comprises a microprocessor 30 and a memory 32 in which is stored a control program for the gasification device 6 implemented by means of the microprocessor 30.
  • the electronic control unit 28 is connected to the pump 26 by a wired or wireless connection, not shown.
  • the electronic control unit 28 is connected to the solenoid valves, to the probes, to the sensors, to the electric motors, to the burner(s), to the safety valve(s) and to all the organs of the device 6 which must be controlled, by means of wired or wireless links which are not shown in Figure 1.
  • a two-way solenoid valve 34 is placed on the pipe 22 downstream of the pump 26 and makes it possible to control the flow of the flow F1 of sludge downstream of the pump 26.
  • Two bladder tanks 42 and 44 are connected in parallel on the pipe 22, downstream of the solenoid valve 34.
  • Two two-way solenoid valves 46 and 48 are mounted on a first branch of the pipe 22 respectively upstream and downstream of a tapping 50 supplying the bladder tank 42, while two other solenoid valves two channels 56 and 58 are mounted on a second branch of the pipe 22, parallel to the first branch, the solenoid valves 56 and 58 being arranged respectively upstream and downstream of a tapping 60 supplying the bladder tank 44.
  • the bladder tanks 42 and 44 and the solenoid valves 46, 48, 56 and 58 make it possible to supply the injector 24 with the fluid to be gasified with a constant pressure.
  • reservoir 42 can be used to supply injector 24 while reservoir 44 is being filled by means of pump 26 and while two-way solenoid valve 34 is open.
  • solenoid valves 56 and 48 are open, while solenoid valves 46 and 58 are closed.
  • solenoid valves 34, 46 and 58 are open, while solenoid valves 48 and 56 are closed.
  • This arrangement with two bladder tanks and four solenoid valves makes it possible to deliver a flow F1 of mud to the injector 24 under a constant flow rate and pressure, by filling each bladder tank in masked time from the pump 26, while the the other bladder tank is used to deliver the flow F1 to the injector 24.
  • Another two-way solenoid valve 62 is mounted on pipe 22, downstream of reservoirs 42 and 44, and controls the flow F1 of sludge to be gasified downstream of these reservoirs and upstream of a preheater 64, in other words an exchanger heat to preheat the sludge of flow F1.
  • This preheater 64 comprises a tank 66 whose base 68 is traversed by a flow E of synthesis gas Gs leaving the gasification chamber 8 and passing through an evacuation pipe 70.
  • This synthesis gas Gs which is sometimes called “syngas” or “syngas”
  • This synthesis gas Gs which is sometimes called “syngas” or “syngas”
  • Two non-return valves 72 and 74 are mounted on line 22, respectively upstream and downstream of preheater 64 and prevent possible reversal of the direction of flow F1 in line 22.
  • the preheater 64 is equipped with a pressure sensor 76 and a temperature sensor 78 whose output signals are supplied to the electronic control unit 28 and which make it possible to control the preheating of the flow of sludge F1.
  • the flow rate of the flow F1 within the preheater 64 can be regulated thanks to the devices 26 and 62 and by taking into account the flow rate and the temperature of the flow E of synthesis gas Gs so that the temperature of the flow of sludge F1 at the output of the preheater 64 is greater than or equal to 50 degrees Celsius (°C).
  • a safety valve 80 is installed on a pipe 82 which connects the preheater 64 to a safety tank 84. If the pressure P64 within the preheater 64, detected by the probe 76, exceeds a predetermined threshold value V76, the unit electronic 28 can control the safety valve 80 on opening to evacuate part of the sludge present in the preheater 64 in the direction of the safety tank 84 and thus lower the pressure P64 within the preheater 64.
  • a two-way solenoid valve 86 is arranged on line 22, between non-return valve 74 and injector 24 and makes it possible to control the supply of the injector with sludge to be gasified.
  • Line 22 mainly comprises three sections, namely:
  • the injector 24 comprises an injection tube 90 arranged essentially above the gasification chamber 8 and whose lower end 90A constitutes the outlet of the injector 24 into the injection chamber 8.
  • a mobile agitator 92 also belongs to the injector and is in the form of a finger or a rectilinear bar arranged inside the injector 24 and which is driven in a rotational movement along its longitudinal axis, by means of an electric motor 94 which also belongs to the injector 24.
  • the injection tube 90 and the movable stirrer 92 are preferably made of metal, for example steel.
  • the stirrer 92 and the injection tube 90 are aligned on the Z8 axis.
  • the elements 90 and 92 can be offset laterally with respect to the axis Z8. It is preferable that this injection tube and this agitator be aligned on a vertical axis or slightly inclined with respect to the vertical, by less than 15°.
  • the movement of the agitator 92 inside the injection tube 90 facilitates the flow of the flow F1 of mud inside the tube 90 and prevents an obstruction of the end 90a by dried mud under the effect of the heat in the gasification chamber 8.
  • the agitator 92 can be ribbed or grooved over a first part of its length extending between the motor 94 and a lower end 92A of the agitator which can be in the shape of a corkscrew or a zigzag and which is disposed in the end 90a.
  • an air supply pipe 96 is connected to the injector 24, more particularly to an upstream end 90b of the injection tube 90, while it is fed through a connector 98 by a flow A1 coming from a pressurized air source not shown.
  • a two-way solenoid valve 100 controls the flow of air in the pipe 96. This solenoid valve 100 allows, when it is open, the injection of compressed air into the tube 90 in order to drain the material located in this tube by end of gasification device operating cycle 6.
  • the gasification device 6 also comprises a burner 110 which can be single-outlet, as shown in FIG. 1, or multiple-outlet. Alternatively, several burners are incorporated into the gasification device 6.
  • the or each burner 110 is supplied with combustion gas G1 such as air, oxygen or oxygen-enriched air, through a first pipe 112 whose upstream end is formed by a connector 114.
  • the or each burner 112 is also supplied with combustible gas G2, such as butane, propane or hydrogen, by a second pipe 116 whose upstream end is formed by a connector 118.
  • a three-way solenoid valve 120 is arranged on line 116, between connector 118 and burner 110.
  • 110A denotes the outlet orifice of the burner 110 in the gasification chamber 8. A flame F is formed in the gasification chamber 8 from this orifice 110A, when the burner is operating.
  • a synthesis gas collector 130 makes it possible to recover a product of the gasification which takes place within the chamber 8, namely the synthesis gas Gs.
  • this manifold 130 is arranged around the injection tube 90, while the burner 110 runs along the manifold on one side.
  • the collector 130 can be arranged close to the injection tube 90, without necessarily surrounding it.
  • the downstream end 130b of the collector 130 which is opposite its mouth, is connected to the pipe 70.
  • H A a height measured parallel to the axis Z8 between the lowest point of the gasification chamber 8, in the example the lower end of the surface S10, and the highest of the elements 90A, 110A and 130A .
  • the end 90A, the orifice 110A and the mouth 130A are arranged in the upper part of the gasification chamber 8.
  • the H A /H ratio is greater than 0.6, preferably 0.75, more preferably 0.80.
  • the height H A is strictly less than the height H, which corresponds to the fact that the gasification chamber extends above the highest of the elements 90A, 110A and 130A. This can be compared to the lobe shape of the radial section of the surface S10 in the part H2 of its total height H.
  • the H A / H ratio is less than 0.95, preferably 0.90, more preferably 0.80.
  • the heights of the elements 90A, 110A and 130A with respect to the lower end of the surface S10 are the same to within 10%, preferably within 5%.
  • This positioning of the elements 90A, 110A and 130A and the geometry of the surface S10 allow recirculation of the synthesis gas resulting from the gasification of the sludge within the chamber 8, as represented by the arrows Gs , which allows good homogenization gas and a complete treatment of the sludge, while the gasification chamber 8 can be relatively compact.
  • the casing 10 is surrounded by a metal protective shell 140 which is placed within a tank 142 filled with a heat transfer liquid.
  • This tank is connected to a heat exchanger 144 by a closed loop pipe 146 on which a circulator 148 is mounted. makes it possible to cool the shell 140 and the envelope 10.
  • the collector 130 passes through the tank 142 and is in thermal contact with the heat transfer liquid, which allows rapid cooling of the synthesis gas Gs leaving the gasification chamber 8. This has the effect of concentrating the impurities contained in the gas, these impurities tending to fall back into the chamber 8 and again be subjected to the high temperature of the flame F, therefore to a new gasification.
  • the impurities which are not completely burned fall by gravity into the ashtray 14.
  • Syngas flow E passes from manifold 130 to base 68 of preheater 64 through line 70, which increases the temperature of sludge flow F1, as mentioned above. From the base 68, the flow E passes through the pipe 70 into a cyclonic filter 150, where it is freed from a residual part of its impurities, which are recovered in an ashtray 152 associated with an extraction device 154 with sealed screw 156, according to an approach comparable to that mentioned previously about the ashtray 14 of the extraction device 16 and the sealed screw 18 located under the gasification chamber 8.
  • the flow E of synthesis gas flows in a pipe 158 into a tank 160 to which are connected an oxygen sensor 162, a hydrogen sensor 164, a methane sensor 166 and a temperature probe 168.
  • the synthesis gas has a conforming composition and temperature.
  • the temperature in the gasification chamber 8 is less than or equal to 1000° C.
  • the synthesis gas has a high concentration of methane
  • this temperature is strictly greater than 1000° C.
  • the Syngas has a significant concentration of hydrogen.
  • the ratio of the concentrations of methane and hydrogen detected by the probes 164 and 166 therefore makes it possible to deduce the temperature of the reaction within the gasification chamber, which makes it possible to adjust the operating parameters of the or each burner 110 and the pump 26 to reach an optimized reaction temperature, for example of the order of 1250°C.
  • the adjustment of the ratio of the flow rate of fuel gas and oxidizing gas supplied to the burner 110 makes it possible to adjust the size and the power of the flame F.
  • the quantity of oxidizing gas is adjusted to avoid complete combustion, which allows the gasification process to occur within chamber 8 by converting organic material into syngas.
  • a pipe 170 connects the tank 160 to a three-way solenoid valve 172 which makes it possible to direct the flow E of synthesis gas either towards an external tank 200, through a pipe portion 174 and a connector 176, or towards the three-way solenoid valve lanes 120 through another section of pipe 178.
  • the synthesis gas is stored in the tank 200, which is not part of the installation 2, with a view to its use in another installation or subsequently in the installation 2, for example as fuel gas.
  • the synthesis gas from flow E participates in supplying the burner 110 with combustible gas and makes it possible to treat the rest of the flow F1 of sludge loaded with organic matter which reaches the combustion chamber 8.
  • At least one of the three-way valves 120 and 172 is advantageously a proportional valve, which makes it possible to control the flow of synthesis gas recirculated towards the burner 110, according to the fuel gas requirements in this burner.
  • the envelope 10 and the tank 142 are each equipped with a temperature probe 180, respectively 182, making it possible to know the temperature inside the gasification chamber 8 and the temperature of the heat transfer liquid.
  • the solenoid valves 34, 46, 48, 56, 58, 62, 86, 120 and 172 allow automated operation of the device 6, being controlled by the electronic unit 28, by the implementation of a computer program executed by the microcontroller 30.
  • these solenoid valves can be replaced by manually operated valves.
  • the gasification device 6 has the advantage of good compactness and relative simplicity, which makes it possible to control its cost of manufacture and operation. This also allows its integration within the maritime container 4, in order to constitute the mobile installation 2.
  • the connectors 20, 98, 114, 118 and 176 are represented schematically in the walls of the container 4 to show that they constitute the limit of the installation 2. They can actually be integrated into these walls or, alternatively, be placed on a plate arranged inside the maritime container 4 and accessible when one of the doors of this container is open.
  • the preheater 64 of the first embodiment is replaced by a separator 264 supplied with the flow F1 by the section 22b of the pipe 22.
  • the separator 264 is crossed by the pipe 70 d evacuation of synthesis gas G s leaving the gasification chamber 8, this gasification chamber being built on the same principle as that of the first embodiment.
  • the pipe 70 is connected to an inlet 266 located in the lower part of a cylindrical casing 268 of the separator 264 and extends inside this casing, as shown in dotted lines in FIG. 269 to a heat exchanger 270.
  • the outlet 269 is provided in the upper part of the envelope 268.
  • the heat exchanger 270 is supplied, in reverse flow, by the pipe 112 supplying the gasification chamber with oxidizing gas G1.
  • the oxidizing gas G1 and the synthesis gas G s intersect in the heat exchanger 270.
  • the heat exchanger 270 makes it possible, thanks to the residual heat of the synthesis gas G s leaving the separator 264, to heat the oxidizing gas G1 before it enters the burner 110, which improves the efficiency of the combustion. .
  • the heat exchanger 270 is located between the separator 264 and the cyclonic filter 150.
  • Separator 264 is fed with sludge flow F1 through an inlet 272 located halfway up envelope 268 and to which section 22b is connected.
  • An outlet 274 for the thickened sludge is provided in the lower part of the separator 264.
  • the water contained in the sludge of the flow F1 tends to vaporize on contact with the pipe 70 inside the separator 264 and is evacuated to the outside. of the envelope 268 through an outlet 276 protected by a grid 278.
  • the outlet 276 is connected to a pipe 280 which makes it possible to bring the water vapor collected in the separator 264 towards the gasification chamber 8 or, alternatively , to evacuate it to another part of the installation 2.
  • the separator 264 makes it possible to separate part of the water present in the sludge conveyed by the section 22b of the pipe 22 from the rest of this sludge which comes out of the separator, in a thickened form, through exit 274.
  • the thickened sludge leaving the separator 264 is brought by the section 22c of the pipe 22 to a conveyor 284 with endless screw 286 which feeds the injector 24.
  • a solid waste grinder 290 feeds conveyor 284, parallel to separator 264.
  • the gasification device 6 of the second embodiment makes it possible to treat both solid waste and thickened sludge which are brought to the injection tube 90 of the injector 24.
  • the internal dimensions of the injector, in particular, the section of the injection tube 90 are adapted to the size of the crushed waste and the viscosity of the thickened sludge.
  • An element 294 consisting of two hollow and superimposed truncated cones 294a, 294b connected by lugs 294c, is positioned at the level of the outlet of the injection tube 90 in the gasification chamber 8.
  • the two hollow truncated cones converge towards the low. They open up and down.
  • This element 294 has several functions. It makes it possible to direct the flame of the burner 110 towards the sludge to be treated and to contain the reduction zone of the injected materials, in order to avoid direct contact of these materials with the refractory wall of the chamber.
  • Such an element 294 can also be used in the first embodiment.
  • the invention is likely to be adapted to these actual conditions of use, both in terms of structure and in terms of operation.
  • the end 90a is equipped with a projection head for the sludge from the flow F1 within the gasification chamber 8, in which case this projection head constitutes the outlet of the injector 24 in chamber 8.
  • the tank 160 can be omitted, the pipes 70 and 170 can be directly connected to each other, the probes 162 to 168 then being connected to one of these two pipes. .
  • the ashtrays 14 and 152 and the associated extraction devices 16 and 164 can be replaced by other equivalent equipment.
  • the surface S10 of the casing 10 has an increasing width from bottom to top over its entire height H.
  • the surface S10 is not rotationally symmetrical about the axis Z8, while maintaining an increasing width from bottom to top, over at least part of its height.
  • bladder tanks 42 and 44 are replaced by other pressure tanks, for example piston tanks or pressurized air pots.
  • the filter 150 is not a cyclonic filter but a filter of another type, such as for example a bag filter or a candle filter.
  • the number of downstream filters of the collector 130 can, moreover, be greater than or equal to 2, with filters in cascade, of the same type or of different types.
  • the agitator 92 may be movable in translation parallel to its longitudinal axis, in addition to or instead of, in rotation around this axis.
  • the gasification device 6 is installed in a fixed position, without being mounted inside the container. This may be appropriate in a place where sludge loaded with organic matter is produced on a regular and continuous basis.
  • the invention is described above in the case of its implementation for the gasification of a fluid product, of the mud or equivalent type, but it also applies to the gasification of a solid product or algae, through an arrangement of the supply line 22, the equipment connected thereto, the injector 24 and the pump 26.

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Abstract

Ce dispositif de gazéification (6) de produit (F1) chargé en matière organique comprend une chambre de gazéification (8) définie par une enveloppe (10), un injecteur (24) de produit dans la chambre de gazéification, un collecteur (130) de gaz de synthèse à partir de la chambre de gazéification et un brûleur (110). Un débouché (90a) de l'injecteur (24), un orifice de sortie (110a) du brûleur (110) et une embouchure (130a) du collecteur (130) sont ménagés en partie haute de la chambre de gazéification (8). La surface (S10) de l'enveloppe qui définit la chambre de gazéification présente une largeur croissante de bas en haut sur une partie au moins (H1) de sa hauteur (H). La chambre de gazéification (8) se prolonge au-dessus du débouché (90a) de l'injecteur (24), de l'orifice de sortie (110a) du brûleur (110) et de l'embouchure (130a) du collecteur (130).

Description

TITRE : Dispositif et installation de gazéification de produit chargé en matière organique
La présente invention concerne un dispositif de gazéification de produit chargé en matière organique, ainsi qu’une installation comprenant un tel dispositif de gazéification.
Le domaine technique de l’invention est celui du traitement par gazéification des déchets, de la biomasse et, plus particulièrement, des produits ayant un taux d’humidité élevé et qui se présentent sous la forme de boue liquide ou pâteuse, plus généralement de fluide, chargé en matière organique.
Dans ce domaine, on connaît des stations capables de traiter des matières organiques sèches en les gazéifiant au sein d’une chambre de réduction. Lorsque ces matières organiques se présentent sous la forme de boue, il est nécessaire de les faire sécher préalablement à leur traitement, ce qui est énergivore et polluant dans le cas où ces boues sont épandues car elles ont tendance à s’écouler sur les sites d’épandage, au point de polluer les nappes phréatiques. En particulier, une telle station peut comprendre une colonne de réduction multi-étage et des lits entraînés, qui sont encombrants.
D’autres part, il est connu de JP-A-2004249280 de traiter des boues séchées dans une chambre alimentée en oxygène ou en air enrichi en oxygène, ce qui est relativement complexe et nécessite une installation de grandes dimensions, difficile à mettre en œuvre et à piloter.
Il est par ailleurs connu de CN-A- 106316049 de traiter des boues déshydratées, broyées au moyen d’ondes ultrasoniques. Une telle approche est également complexe et nécessite des matériels coûteux et fragiles, ce qui renchérit les coûts d’exploitation d’un dispositif de gazéification basé sur cette technique.
D’autre part, DE-B-1209967 divulgue un procédé d’oxydation de composant organique contenu dans des solutions, des lessives ou des boues au moyen d’un dispositif de de gazéification qui comprend une chambre de réaction en partie supérieure de laquelle est prévue une ouverture d’évacuation et dans laquelle est disposée une hélice mise en rotation rapide par un moteur.
US-A-5636451 divulgue, quant à lui, un procédé et un appareil d’alimentation en boue déshydratée d’un réacteur de combustion. Enfin, DE-U-8623726 divulgue un dispositif d’incinération dans lequel un injecteur de produit est disposé en partie supérieure d’un réacteur, alors qu’un tube d’injection d’un gaz de séchage est disposé en partie inférieure. Ces matériels ne permettent pas une gazéification efficace des matières organiques.
Des problèmes comparables se posent avec les dispositifs de gazéification de produit solide.
C’est à ces problèmes qu’entend plus particulièrement remédier l’invention en proposant un nouveau dispositif de gazéification dont la configuration est optimisée, au point qu’il peut être compact et peu onéreux à fabriquer et à utiliser.
A cet effet, l’invention concerne un dispositif de de gazéification de produit chargé en matière organique, comprenant une chambre de gazéification définie par une enveloppe, un injecteur de produit dans la chambre de gazéification, un collecteur de gaz de synthèse à partir de la chambre de gazéification et un brûleur. Selon l’invention, un débouché de l’injecteur, un orifice de sortie du brûleur et une embouchure du collecteur sont ménagés en partie haute de la chambre de gazéification. En outre, la surface de l’enveloppe qui définit la chambre de gazéification présente une largeur croissante de bas en haut sur une partie au moins de sa hauteur. Enfin, la chambre de gazéification se prolonge au-dessus du débouché de l’injecteur, de l’orifice de sortie du brûleur et de l’embouchure du collecteur.
Grâce à l’invention, le positionnement du débouché de l’injecteur, de l’orifice de sortie du brûleur et de l’embouchure du collecteur en partie haute de la chambre de gazéification et la géométrie de cette chambre permettent une recirculation efficace du gaz de synthèse résultant de la gazéification des matières organiques, ce qui améliore le rendement de l’installation et permet de générer un gaz de synthèse de bonne qualité, au sein d’un dispositif relativement simple et compact.
Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l’invention, un tel dispositif de gazéification peut incorporer une ou plusieurs caractéristiques suivantes prises selon toute combinaison techniquement admissible :
- La chambre de gazéification est à symétrie de révolution autour d’un axe vertical et la surface de l’enveloppe qui définit la chambre de gazéification présente, en coupe radiale à l’axe vertical, une forme divergente à partir du bas, sur une première partie de sa hauteur, et une forme de lobe, sur une deuxième partie de sa hauteur située au-dessus de sa première partie.
- Une conduite d’amenée de produit à l’injecteur est équipée d’au moins deux réservoirs, de préférence à vessie, et d’un jeu de vannes permettant le remplissage d’un premier réservoir en produit chargé pendant que le deuxième réservoir alimente la chambre de gazéification, et réciproquement. - La conduite d’amenée est équipée d’au moins un préchauffeur raccordé à une conduite d’évacuation de gaz de synthèse, en aval du collecteur et, de préférence, ce préchauffeur est équipé d’un clapet anti-retour en entrée, d’un clapet anti-retour en sortie et d’une soupape de sécurité raccordée à un réservoir de sécurité.
- L’injecteur comprend un tube d’injection dont une extrémité constitue son débouché dans la chambre de gazéification ou est équipée d’une tête de projection qui constitue son débouché dans la chambre de gazéification ; un agitateur) mobile, de préférence au moins en rotation, à l’intérieur du tube d’injection ; un moteur d’entraînement de l’agitateur à l’intérieur du tube d’injection ; une conduite d’amenée d’air de nettoyage à l’intérieur du tube d’injection ; et une vanne de contrôle de l’écoulement d’air dans la conduite d’amenée d’air.
- L’enveloppe de la chambre de gazéification est disposée au sein d’une cuve contenant un liquide caloporteur, cette cuve est raccordée à un échangeur de chaleur vers lequel circule le liquide caloporteur et, de préférence, la chambre de gazéification et/ou la cuve est équipée d’une sonde de température.
- Le collecteur est en contact thermique avec le liquide caloporteur présent dans la cuve.
- Un filtre, de préférence de type cyclonique, est disposé sur une conduite d’évacuation de gaz de synthèse, en aval du collecteur.
- Le dispositif de gazéification comprend un cendrier disposé sous la chambre de combustion et, le cas échéant, un cendrier disposé sous le filtre et un extracteur est associé à chaque cendrier pour évacuer les cendres qui s’y accumulent.
- Un séparateur est disposé sur une conduite d’amenée de produit à l’injecteur et ce séparateur est configuré pour séparer de l’eau présente dans le produit à injecter du reste de ce produit qui sort du séparateur sous forme épaissie.
- Le séparateur est équipée d’une sortie pour de la vapeur d’eau.
- Le dispositif de gazéification comprend un broyeur de déchets solides qui alimente l’injecteur.
-Le dispositif de gazéification comprend un convoyeur à vis sans fin alimenté par le séparateur et par le broyeur - Le dispositif de gazéification comprend un échangeur de chaleur entre un gaz de synthèse sortant de la chambre de gazéification et un gaz comburant d’alimentation de la chambre de gazéification.
Selon un autre aspect, l’invention concerne une installation mobile de gazéification de produit chargé en matière organique, cette installation comprenant un dispositif de gazéification tel que mentionné ci-dessus installé à l’intérieur d’un conteneur, de préférence de type conteneur maritime.
Une telle installation bénéficie des mêmes avantages que le dispositif de gazéification de l’invention et permet, grâce à son caractère mobile et au fait que le dispositif de gazéification est disposé à l’intérieur d’un conteneur, de pouvoir déplacer cette installation jusqu’au plus près d’un site de production de boues chargées en matière(s) organique(s) pour le traitement de ces boues sur une durée déterminée, par exemple saisonnière, après quoi l’installation peut être acheminée vers un autre site d’utilisation. La réalisation de l’installation mobile au sein d’un conteneur maritime résulte du caractère compact de la chambre de gazéification, qui découle notamment de la géométrie de sa chambre de gazéification.
L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d’un mode de réalisation d’un dispositif et d’une installation de gazéification conformes à son principe, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels
[Fig 1] la figure 1 est un schéma de principe d’une installation de gazéification conforme à un premier mode de réalisation de l’invention incorporant un dispositif de gazéification conforme à l’invention ; et
[Fig 2] la figure 2 représente, de façon schématique, une partie d’un dispositif de gazéification et d’une installation conformes à un deuxième mode de réalisation de l’invention.
Sur la figure 1 , les différents éléments constitutifs de l’installation et du dispositif de gazéification conformes à l’invention sont représentés de façon très schématique, sans être à l’échelle les uns par rapport aux autres.
L’installation 2 représentée à la figure 1 comprend un conteneur maritime 4 de type 20 pieds qui présente les dimensions externes suivantes : longueur environ 6,00 m, largeur environ 2,40m, hauteur environ 2,60 m. Ces valeurs peuvent varier en fonction du fabricant de ce conteneur maritime 4. En variante, le conteneur maritime 4 peut être un conteneur de type 40 pieds, dont la longueur est le double de celle d’un conteneur 20 pieds, ses autres dimensions étant analogues. Un conteneur maritime présente davantage d’être en matériel standard, économique et dont le transport par la route, par la mer ou sur voie ferrée est aisé, sur un véhicule industriel ou une remorque adaptée.
En variante, le conteneur 4 peut être d’un type autre qu’un conteneur maritime, tout en étant, de préférence, adapté à un transport par la route, par la mer ou sur voie ferrée.
Un dispositif de gazéification 6 est installé au sein du conteneur 4 et comprend une chambre 8 de gazéification de fluide chargé en matière organique, qui est définie par une enveloppe 10 en matériau réfractaire dont on note S10 la surface interne qui délimite la chambre 8.
Le matériau réfractaire de l’enveloppe 10, par exemple du béton à base d’alumine et d’oxyde de chrome ou un béton à base d’andalousite, de chamotte d’argile et du corindon.
En configuration d’utilisation du dispositif 6, la chambre 8 est centrée sur un axe vertical Z8 et la surface S10 est à symétrie de révolution autour de cet axe.
En section radiale par rapport à l’axe Z8, la surface S10 est approximativement en forme de cœur, avec un rayon R10 de la surface S10 qui augmente de bas en haut sur une portion H1 de la hauteur totale H de la surface S10. Sur une autre portion H2 de la hauteur H, située au-dessus de la portion H1 , la surface S10 forme un anneau concave dont la concavité est tournée vers le bas et vers l’axe Z8. La partie de la surface S10 située dans la portion H2 de la hauteur H se développe en forme de lobe du cœur défini par la section de cette surface radiale à l’axe Z8.
En partie basse, l’enveloppe 10 délimite un conduit 12 qui est situé en dessous de la surface S10 et relie la chambre 8 à un cendrier 14 dans lequel tombe par gravité la part vitrifiée de la matière organique. Ce cendrier 14 est connecté à un appareil 16 d’extraction automatique qui est avantageusement de type avec convoyeur à vis étanche 18.
Un connecteur 20 constitue l’extrémité amont d’une conduite 22 d’amenée de boue chargée en matière organique à un injecteur 24 qui débouche dans la chambre de gazéification 8.
Dans la présente description, le terme « boue » est utilisé pour désigner un fluide chargé en matière organique qui peut se présenter sous forme plus ou moins liquide ou pâteuse et qui comprend une proportion substantielle d’eau, par exemple au moins au moins 50% d’eau en volume.
La conduite 22 est équipée d’une pompe broyeuse et centrifuge 26 qui permet d’homogénéiser un flux F1 de boue provenant du connecteur 20. La pompe 26 est contrôlée par une unité électronique de commande 28 qui comprend un microprocesseur 30 et une mémoire 32 dans laquelle est stocké un programme de pilotage du dispositif de gazéification 6 mis en œuvre au moyen du microprocesseur 30. L’unité électronique de commande 28 est reliée à la pompe 26 par une liaison filaire ou non filaire non représentée.
De façon générale, l’unité électronique de commande 28 est reliée aux électrovannes, aux sondes, aux capteurs, aux moteurs électriques, au(x) brûleur(s), au(x) soupape(s) de sécurité et à tous les organes du dispositif 6 qui doivent être pilotés, au moyen de liaisons filaires ou non filaires qui ne sont pas représentées sur la figure 1.
Une électrovanne deux voies 34 est disposée sur la conduite 22 en aval de la pompe 26 et permet de contrôler l’écoulement du flux F1 de boue en aval de la pompe 26. Deux réservoirs à vessie 42 et 44 sont raccordés en parallèle sur la conduite 22, en aval de l’électrovanne 34. Deux électrovannes deux voies 46 et 48 sont montées sur une première branche de la conduite 22 respectivement en amont et en aval d’un piquage 50 alimentant le réservoir à vessie 42, alors que deux autres électrovannes deux voies 56 et 58 sont montées sur une deuxième branche de la conduite 22, parallèle à la première branche, les électrovannes 56 et 58 étant disposées respectivement en amont et en aval d’un piquage 60 d’alimentation du réservoir à vessie 44.
Les réservoirs à vessie 42 et 44 et les électrovannes 46, 48, 56 et 58 permettent d’alimenter l’injecteur 24 en fluide à gazéifier avec une pression constante. En effet, le réservoir 42 peut être utilisé pour alimenter l’injecteur 24 pendant que le réservoir 44 est en cours de remplissage au moyen de la pompe 26 et alors que l’électrovanne deux voies 34 est ouverte. Dans cette configuration, les électrovannes 56 et 48 sont ouvertes, alors que les électrovannes 46 et 58 sont fermées. Lorsque le réservoir à vessie 44 est utilisé pour alimenter l’injecteur 24, les électrovannes 34, 46 et 58 sont ouvertes, alors que les électrovannes 48 et 56 sont fermées.
Cette arrangement avec deux réservoirs à vessie et quatre électrovannes permet de délivrer un flux F1 de boue à l’injecteur 24 sous un débit et une pression constants, en remplissant chaque réservoir à vessie en temps masqué à partir de la pompe 26, pendant que l’autre réservoir à vessie est utilisé pour délivrer le flux F1 à l’injecteur 24.
Une autre électrovanne deux voies 62 est montée sur la conduite 22, en aval des réservoirs 42 et 44, et contrôle le flux F1 de boue à gazéifier en aval de ces réservoirs et en amont d’un préchauffeur 64, autrement dit d’un échangeur de chaleur permettant de préchauffer la boue du flux F1. Ce préchauffeur 64 comprend une cuve 66 dont la base 68 est traversée par un écoulement E de gaz de synthèse Gs sortant de la chambre de gazéification 8 et transitant par une conduite d’évacuation 70. Ce gaz de synthèse Gs, qui est parfois appelé « syngas » ou « syngaz », est composé majoritairement de monoxyde de carbone et de dihydrogène et est combustible.
Deux clapets anti-retour 72 et 74 sont montés sur la conduite 22, respectivement en amont et en aval du préchauffeur 64 et évitent une possible inversion du sens de l’écoulement F1 dans la conduite 22.
Le préchauffeur 64 est équipé d’une sonde de pression 76 et d’une sonde de température 78 dont les signaux de sortie sont fournis à l’unité électronique de contrôle 28 et qui permettent de contrôler le préchauffage du flux de boue F1 .
En pratique, le débit du flux F1 au sein du préchauffeur 64 peut être régulé grâce aux organes 26 et 62 et en tenant compte du débit et de la température de l’écoulement E de gaz de synthèse Gs pour que la température du flux de boue F1 en sortie du préchauffeur 64 soit supérieure ou égale à 50 degré Celsius (°C).
Une soupape de sécurité 80 est installée sur une conduite 82 qui relie le préchauffeur 64 à un réservoir de sécurité 84. Si la pression P64 au sein du préchauffeur 64, détectée par la sonde 76, dépasse une valeur de seuil prédéterminée V76, l’unité électronique 28 peut piloter la soupape de sécurité 80 à l’ouverture pour évacuer une partie de la boue présente dans le préchauffeur 64 en direction du réservoir de sécurité 84 et abaisser ainsi la pression P64 au sein du préchauffeur 64.
Une électrovanne deux voies 86 est disposée sur la conduite 22, entre le clapet anti-retour 74 et l’injecteur 24 et permet de contrôler l’alimentation de l’injecteur en boue à gazéifier.
La conduite 22 comprend principalement trois tronçons, à savoir :
- un premier tronçon sur lequel est montée la pompe 26 et qui s’étend entre le connecteur 24 et l’électrovanne deux voies 34,
- un deuxième tronçon 22b qui s’étend entre l’électrovanne deux voies 34 et le préchauffeur 64 et qui comprend les deux branches parallèles sur lesquelles sont raccordés les réservoirs à vessie 42 et 44, et
- un troisième tronçon 22c qui relie le préchauffeur 64 à l’injecteur 24.
L’injecteur 24 comprend un tube d’injection 90 disposé pour l’essentiel au-dessus de la chambre de gazéification 8 et dont l’extrémité inférieure 90A constitue le débouché de l’injecteur 24 dans la chambre d’injection 8.
Un agitateur mobile 92 appartient également à l’injecteur et se présente sous la forme d’un doigt ou d’une barre rectiligne disposé à l’intérieur de l’injecteur 24 et qui est animé d’un mouvement de rotation le long de son axe longitudinal, au moyen d’un moteur électrique 94 qui appartient également à l’injecteur 24. Le tube d’injection 90 et l’agitateur mobile 92 sont, de préférence, réalisés en métal, par exemple en acier.
Sur la figure 1 , l’agitateur 92 et le tube d’injection 90 sont alignés sur l’axe Z8. Ceci n’est toutefois pas obligatoire et les éléments 90 et 92 peuvent être décalés latéralement par rapport à l’axe Z8. Il est préférable que ce tube d’injection et cet agitateur soient alignés sur un axe vertical ou légèrement incliné par rapport à la verticale, de moins de 15°.
Le mouvement de l’agitateur 92 à l’intérieur du tube d’injection 90 facilite l’écoulement du flux F1 de boue à l’intérieur du tube 90 et empêche une obstruction de l’extrémité 90a par de la boue séchée sous l’effet de la chaleur régnant dans la chambre de gazéification 8.
A cet égard, l’agitateur 92 peut être strié ou rainuré sur une première partie de sa longueur s’étendant entre le moteur 94 et une extrémité inférieure 92A de l’agitateur qui peut être en forme de tire-bouchon ou de zigzag et qui est disposée dans l’extrémité 90a.
Avantageusement, une conduite 96 d’amenée d’air est raccordée à l’injecteur 24, plus particulièrement à une extrémité amont 90b du tube d’injection 90, alors qu’elle est alimentée à travers un connecteur 98 par un flux A1 provenant d’une source d’air sous pression non représentée. Une électrovanne deux voies 100 contrôle l’écoulement d’air dans la conduite 96. Cette électrovanne 100 permet, lorsqu’elle est ouverte, l’injection d’air comprimé dans le tube 90 afin de vidanger la matière se trouvant dans ce tube en fin de cycle de fonctionnement du dispositif de gazéification 6.
Le dispositif de gazéification 6 comprend également un brûleur 110 qui peut être à sortie simple, comme représenté sur la figure 1 ou à sortie multiples. En variante, plusieurs brûleurs sont incorporés au dispositif de gazéification 6.
Le ou chaque brûleur 110 est alimenté avec en gaz comburant G1 tel que de l’air, de l’oxygène ou de l’air enrichi en oxygène, à travers une première conduite 112 dont l’extrémité amont est formée par un connecteur 114. Le ou chaque brûleur 112 est également alimenté en gaz combustible G2, tel que du butane, du propane ou de l’hydrogène, par une deuxième conduite 116 dont l’extrémité amont est formée par un connecteur 118. Une électrovanne trois voies 120 est disposée sur la conduite 116, entre le connecteur 118 et le brûleur 110.
On note 110A l’orifice de sortie du brûleur 110 dans la chambre de gazéification 8. Une flamme F se forme dans la chambre de gazéification 8 à partir de cet orifice 110A, lorsque le brûleur fonctionne.
Un collecteur de gaz de synthèse 130 permet de récupérer un produit de la gazéification qui a lieu au sein de la chambre 8, à savoir le gaz de synthèse Gs. Avantageusement, comme représenté sur la figure 1 , ce collecteur 130 est disposé autour du tube d’injection 90, alors que le brûleur 110 longe le collecteur sur un côté.
En variante non représentée, le collecteur 130 peut être disposé au voisinage du tube d’injection 90, sans forcément l’entourer.
On note 130A l’embouchure du collecteur 130, qui est ici annulaire et qui entoure l’extrémité 90A du tube d’injection 90.
L’extrémité aval 130b du collecteur 130, qui est opposée à son embouchure, est raccordée à la conduite 70.
On note HA une hauteur mesurée parallèlement à l’axe Z8 entre le point le plus bas de la chambre de gazéification 8, dans l’exemple l’extrémité inférieure de la surface S10, et le plus haut des éléments 90A, 110A et 130A.
L’extrémité 90A, l’orifice 110A et l’embouchure 130A sont disposés en partie haute de la chambre de gazéification 8. Par « en partie haute », on entend que le rapport HA/H est supérieur à 0,6, de préférence à 0,75, de préférence encore à 0,80.
D’autre part, comme visible sur la figure 1 , la hauteur HA est strictement inférieure à la hauteur H, ce qui correspond au fait que la chambre de gazéification se prolonge au- dessus du plus haut des éléments 90A, 110A et 130A. Ceci peut être rapproché de la forme en lobe de la section radiale de la surface S10 dans la partie H2 de sa hauteur totale H. Par « se prolonge au-dessus du plus haut des éléments 90A, 110A et 130A », on entend que le rapport HA/H est inférieur à 0,95, de préférence à 0,90, de préférence encore à 0,80.
D’autre part, les hauteurs des éléments 90A, 110A et 130A par rapport à l’extrémité inférieure de la surface S10 sont les mêmes à 10% près, de préférence à 5% près.
Ce positionnement des éléments 90A, 110A et 130A et la géométrie de la surface S10 permettent une recirculation du gaz de synthèse résultant de la gazéification de la boue au sein de la chambre 8, comme représenté par les flèches Gs, ce qui permet une bonne homogénéisation du gaz et un traitement complet de la boue, alors que la chambre de gazéification 8 peut être relativement compacte.
L’enveloppe 10 est entourée d’une coque de protection métallique 140 qui est disposée au sein d’une cuve 142 remplie d’un liquide caloporteur.
Cette cuve est reliée à un échangeur de chaleur 144 par une conduite 146 en boucle fermée sur laquelle est monté un circulateur 148. Ainsi, le liquide caloporteur transite entre la cuve 142 et l’échangeur de chaleur 144 où il est refroidi, ce qui lui permet de refroidir la coque 140 et l’enveloppe 10. Le collecteur 130 traverse la cuve 142 et est au contact thermique du liquide caloporteur, ce qui permet un refroidissement rapide du gaz de synthèse Gs sortant de la chambre de gazéification 8. Ceci a pour effet de concentrer les impuretés contenues dans le gaz, ces impuretés ayant tendance à retomber dans la chambre 8 et être à nouveau soumises à la température élevée de la flamme F, donc à une nouvelle gazéification.
Les impuretés qui ne sont pas totalement brûlées tombent par gravité dans le cendrier 14.
Ainsi, il n’est pas nécessaire d’avoir un grand nombre de filtres en sortie de la chambre de gazéification 8 car le gaz de la synthèse Gs, qui y est produit, est débarrassé d’une partie substantielle de ses impuretés lors de son passage dans le collecteur 130.
L’écoulement E de gaz de synthèse passe du collecteur 130 vers la base 68 du préchauffeur 64 à travers la conduite 70, ce qui permet d’augmenter la température du flux F1 de boue, comme mentionné ci-dessus. A partir de la base 68, l’écoulement E transite dans la conduite 70 jusque dans un filtre cyclonique 150, où il est débarrassé d’une partie résiduelle de ses impuretés, lesquelles sont récupérées dans un cendrier 152 associé à un appareil d’extraction 154 à vis étanche 156, selon une approche comparable à celle mentionnée précédemment au sujet du cendrier 14 de l’appareil d’extraction 16 et de la vis étanche 18 situés sous la chambre de gazéification 8.
En aval du filtre 150, l’écoulement E de gaz de synthèse s’écoule dans une conduite 158 jusque dans un réservoir 160 sur lequel sont connectées une sonde d’oxygène 162, une sonde d’hydrogène 164, une sonde de méthane 166 et une sonde de température 168.
Ces sondes permettent de s’assurer que, après passage dans le filtre 150, le gaz de synthèse présente une composition et une température conformes. En particulier, il est connu que si la température dans la chambre de gazéification 8 est inférieure ou égale à 1000 °C, le gaz de synthèse présente une concentration importante de méthane, alors que si cette température est strictement supérieure à 1000 °C, le gaz de synthèse présente une concentration importante d’hydrogène. Le rapport des concentrations de méthane et d’hydrogène détectées par les sondes 164 et 166 permet donc de déduire la température de la réaction au sein de la chambre de gazéification, ce qui permet d’ajuster les paramètres de fonctionnement du ou de chaque brûleur 110 et de la pompe 26 pour atteindre une température de réaction optimisée, par exemple de l’ordre de 1250 °C.
En pratique, l’ajustement du rapport du débit du gaz combustible et de gaz comburant fourni au brûleur 110 permet d’ajuster la taille et la puissance de la flamme F. La quantité de gaz comburant est ajustée pour éviter une combustion complète, ce qui permet au processus de gazéification de se produire au sein de la chambre 8 en convertissant les matières organiques en gaz de synthèse.
Une conduite 170 relie le réservoir 160 à une électrovanne trois voies 172 qui permet de diriger l’écoulement E de gaz de synthèse soit vers un réservoir externe 200, à travers une portion de conduite 174 et un connecteur 176, soit vers l’électrovanne trois voies 120 à travers une autre portion de conduite 178.
Dans le premier cas, le gaz de synthèse est stocké dans le réservoir 200, qui ne fait pas partie de l’installation 2, en vue de son utilisation dans une autre installation ou ultérieurement dans l’installation 2, par exemple comme gaz combustible.
Dans le deuxième cas, le gaz de synthèse de l’écoulement E participe à l’alimentation du brûleur 110 en gaz combustible et permet de traiter la suite du flux F1 de boue chargée en matière organique qui parvient dans la chambre de combustion 8.
L’une au moins des vannes trois voies 120 et 172 est avantageusement une vanne proportionnelle, ce qui permet de piloter le débit de gaz de synthèse re-circulé vers le brûleur 110, en fonction des besoins en gaz combustible dans ce brûleur.
L’enveloppe 10 et la cuve 142 sont chacune équipée d’une sonde de température 180, respectivement 182, permettant de connaître la température à l’intérieur de la chambre de gazéification 8 et la température du liquide caloporteur.
Les électrovannes 34, 46, 48, 56, 58, 62, 86, 120 et 172 permettent un fonctionnement automatisé du dispositif 6, en étant commandées par l’unité électronique 28, par la mise en œuvre d’un programme informatique exécuté par le microcontrôleur 30. Toutefois, en variante, ces électrovannes peuvent être remplacées par des vannes à commande manuelle.
Le dispositif de gazéification 6 présente l’avantage d’une bonne compacité et d’une relative simplicité, ce qui permet de maîtriser son coût de fabrication et d’exploitation. Ceci permet également son intégration au sein du conteneur maritime 4, afin de constituer l’installation mobile 2.
Les connecteurs 20, 98, 114, 118 et 176 sont représentés de façon schématique dans les parois du conteneur 4 pour montrer qu’ils constituent la limite de l’installation 2. Ils peuvent effectivement être intégrés dans ces parois ou, en variante, être placés sur une platine disposée à l’intérieur du conteneur maritime 4 et accessibles lorsque l’une des portes de ce conteneur est ouverte.
Dans le deuxième mode de réalisation représenté partiellement à la figure 2, les éléments analogues à ceux du premier mode de réalisation portent les mêmes références. En outre, si un composant du dispositif de gazéification ou de l’installation est mentionné dans la présente description sans être représenté sur la figure 2, il s’agit du même élément que celui portant la même référence sur la figure 1. Dans ce qui suit, on décrit principalement ce qui distingue ce deuxième mode de réalisation du premier mode de réalisation
Dans le dispositif de gazéification 6 du deuxième mode de réalisation, le préchauffeur 64 du premier mode de réalisation est remplacé par un séparateur 264 alimenté avec le flux F1 par le tronçon 22b de la conduite 22. Le séparateur 264 est traversé par la conduite 70 d’évacuation de gaz de synthèse Gs sortant de la chambre de gazéification 8, cette chambre de gazéification étant construite sur le même principe que celle du premier mode de réalisation. La conduite 70 est raccordée à une entrée 266 située en partie basse d’une enveloppe cylindrique 268 du séparateur 264 et se prolonge à l’intérieur de cette enveloppe, comme représenté en traits pointillés à la figure 2, jusqu’à déboucher par une sortie 269 vers un échangeur de chaleur 270. La sortie 269 est prévue en partie haute de l’enveloppe 268.
L’échangeur de chaleur 270 est alimenté, à flux inversé, par la conduite 112 d’alimentation de la chambre de gazéification en gaz comburant G1. Ainsi le gaz comburant G1 et le gaz de synthèse Gs se croisent dans l’échangeur de chaleur 270.
L’échangeur de chaleur 270 permet, grâce à la chaleur résiduelle du gaz de synthèse Gs sortant du séparateur 264, de réchauffer le gaz comburant G1 avant qu’il ne pénètre dans le brûleur 110, ce qui améliore l’efficacité de la combustion.
Sur le trajet du gaz de synthèse Gs sortant de la chambre de gazéification 8 par la conduite 70, l’échangeur de chaleur 270 est situé entre le séparateur 264 et le filtre cyclonique 150.
Le séparateur 264 est alimenté avec le flux F1 de boue à travers une entrée 272 située à mi-hauteur de l’enveloppe 268 et sur laquelle est raccordée le tronçon 22b. Une sortie 274 pour la boue épaissie est prévue en partie basse du séparateur 264. L’eau contenue dans la boue du flux F1 tend à se vaporiser au contact de la conduite 70 à l’intérieur du séparateur 264 et est évacuée vers l’extérieur de l’enveloppe 268 à travers une sortie 276 protégée par une grille 278. La sortie 276 est raccordée à une conduite 280 qui permet d’amener la vapeur d’eau collectée dans le séparateur 264 vers la chambre de gazéification 8 ou, en variante, de l’évacuer vers une autre partie de l’installation 2. Ainsi, le séparateur 264 permet de séparer une partie de l’eau présente dans la boue acheminée par le tronçon 22b de la conduite 22 du reste de cette boue qui sort du séparateur, sous une forme épaissie, par la sortie 274.
La boue épaissie sortant du séparateur 264 est amenée par le tronçon 22c de la conduite 22 à un convoyeur 284 à vis sans fin 286 qui alimente l’injecteur 24. Un broyeur 290 de déchets solides alimente le convoyeur 284, en parallèle du séparateur 264.
Ainsi, le dispositif de gazéification 6 du deuxième mode de réalisation permet de traiter à la fois des déchets solides et de la boue épaissie qui sont amenés au tube d’injection 90 de l’injecteur 24. Dans ce cas, les dimensions internes de l’injecteur, notamment, la section du tube d’injection 90, sont adaptées à la taille des déchets broyés et à la viscosité de la boue épaissie.
Un élément 294, constitué de deux troncs de cône creux et superposés 294a, 294b reliés par des pattes 294c, est positionné au niveau du débouché du tube d’injection 90 dans la chambre de gazéification 8. Les deux troncs de cône creux convergent vers le bas. Ils débouchent vers le haut et vers le bas. Cet élément 294 a plusieurs fonctions. Il permet de diriger la flamme du brûleur 110 vers la boue à traiter et de contenir la zone de réduction des matières injectées, afin d’éviter un contact direct de ces matières avec la paroi réfractaire de la chambre. Un tel élément 294 peut également être utilisé dans le premier mode de réalisation.
Quel que soit le mode de réalisation, l’invention est susceptible d’être adaptée à ces conditions réelles d’utilisation, tant en termes de structure qu’en termes de fonctionnement.
Selon une variante non représentée de l’invention, l’extrémité 90a est équipée d’une tête de projection des boues de l’écoulement F1 au sein de la chambre de gazéification 8, auquel cas cette tête de projection constitue le débouché de l’injecteur 24 dans la chambre 8.
Selon une autre variante non représentée de l’invention, le réservoir 160 peut être omis, les conduites 70 et 170 être reliées directement l’une à l’autre, les sondes 162 à 168 étant alors branchées sur l’une de ces deux conduites.
Les cendriers 14 et 152 et les appareils d’extraction associés 16 et 164 peuvent être remplacés par d’autres matériels équivalents.
Selon une autre variante non représentée de l’invention, la surface S10 de l’enveloppe 10 présente une largeur croissante de bas en haut sur toute sa hauteur H.
En variante, la surface S10 n’est pas à symétrie de révolution autour de l’axe Z8, tout en conservant une largeur croissante de bas en haut, sur une partie au moins de sa hauteur.
En variante, les réservoirs à vessie 42 et 44 sont remplacés par d’autres réservoirs sous pression, par exemple des réservoirs à piston ou des pots à air sous pression.
En variante, le filtre 150 n’est pas un filtre cyclonique mais un filtre d’un autre type, tel que par exemple un filtre à manche ou un filtre à bougie. Le nombre de filtres en aval du collecteur 130 peut, en outre, être supérieur ou égal à 2, avec des filtres en cascade, de même type ou de types différents.
En variante, l’agitateur 92 peut être mobile en translation parallèlement à son axe longitudinal, en plus de ou à la place de, en rotation autour de cet axe. Selon encore une autre variante non représentée de l’invention, le dispositif de gazéification 6 est installé à posté fixe, sans être monté à l’intérieur conteneur. Ceci peut être opportun en un lieu ou des boues chargées en matière organique sont produites de façon régulière et continue.
L’invention est décrite ci-dessus dans le cas de sa mise en œuvre pour la gazéification d’un produit fluide, de type boue ou équivalent, mais elle s’applique également à la gazéification d’un produit solide ou d’algues, moyennant un aménagement de la conduite d’amenée 22, des équipements qui y sont raccordés, de l’injecteur 24 et de la pompe 26.
Les modes de réalisation et les variantes envisagés ci-dessus peuvent être combinés pour générer de nouveaux modes de réalisation de l’invention, dans le cadre des revendications annexées.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de gazéification (6) de produit (F1) chargé en matière organique, comprenant une chambre de gazéification (8) définie par une enveloppe (10), un injecteur (24) de produit dans la chambre de gazéification, un collecteur (130) de gaz de synthèse à partir de la chambre de gazéification et un brûleur (110), caractérisé en ce que
- un débouché (90a) de l’injecteur (24), un orifice de sortie (110a) du brûleur (110) et une embouchure (130a) du collecteur (130) sont ménagés en partie haute de la chambre de gazéification (8) ;
- la surface (S10) de l’enveloppe qui définit la chambre de gazéification présente une largeur croissante de bas en haut sur une partie au moins (H1) de sa hauteur (H) ; et
- la chambre de gazéification (8) se prolonge au-dessus du débouché (90a) de l’injecteur (24), de l’orifice de sortie (110a) du brûleur (110) et de l’embouchure (130a) du collecteur (130).
2. Dispositif de gazéification selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la chambre de gazéification (8) est à symétrie de révolution autour d’un axe vertical (Z8) et en ce que la surface (S10) de l’enveloppe (10) qui définit la chambre de gazéification présente, en coupe radiale à l’axe vertical, une forme divergente à partir du bas, sur une première partie (H1) de sa hauteur (H), et une forme de lobe, sur une deuxième partie (H2) de sa hauteur située au-dessus de sa première partie.
3. Dispositif de gazéification selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’une conduite (22) d’amenée de produit (F1) à l’injecteur (24) est équipée d’au moins deux réservoirs (42, 44), de préférence à vessie, et d’un jeu de vannes (46, 48, 56, 58) permettant le remplissage d’un premier réservoir (42) en produit chargé pendant que le deuxième réservoir (44) alimente la chambre de gazéification (8), et réciproquement.
4. Dispositif de gazéification selon la revendication 3, caractérisé en ce que la conduite d’amenée (22) est équipée d’au moins un préchauffeur (64) raccordé à une conduite (70) d’évacuation de gaz de synthèse, en aval du collecteur (130) et en ce que, de préférence, ce préchauffeur est équipé d’un clapet anti-retour (72) en entrée, d’un clapet anti-retour (74) en sortie et d’une soupape de sécurité (80) raccordée à un réservoir de sécurité (84).
5. Dispositif de gazéification selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’injecteur (24) comprend un tube d’injection (90) dont une extrémité (90a) constitue son débouché dans la chambre de gazéification (8) ou est équipée d’une tête de projection qui constitue son débouché dans la chambre de gazéification ; un agitateur (92) mobile, de préférence au moins en rotation, à l’intérieur du tube d’injection ; un moteur (94) d’entraînement de l’agitateur à l’intérieur du tube d’injection ; une conduite (96) d’amenée d’air de nettoyage à l’intérieur du tube d’injection ; et une vanne (100) de contrôle de l’écoulement d’air dans la conduite d’amenée d’air.
6. Dispositif de gazéification selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’enveloppe (10) de la chambre de gazéification est disposée au sein d’une cuve (142) contenant un liquide caloporteur, en ce que cette cuve est raccordée à un échangeur de chaleur (144) vers lequel circule le liquide caloporteur et en ce que, de préférence, la chambre de gazéification et/ou la cuve est équipée d’une sonde de température (180, 182).
7. Dispositif de gazéification selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le collecteur (130) est en contact thermique avec le liquide caloporteur présent dans la cuve (142).
8. Dispositif de gazéification selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’un filtre (150), de préférence de type cyclonique, est disposé sur une conduite (70) d’évacuation de gaz de synthèse, en aval du collecteur (130).
9. Dispositif de gazéification selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un cendrier (14) disposé sous la chambre de combustion (8) et, le cas échéant, un cendrier (152) disposé sous le filtre (150), et en ce qu’un extracteur (16, 154) est associé à chaque cendrier pour évacuer les cendres qui s’y accumulent.
10. Dispositif de gazéification selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’un séparateur (264) est disposé sur une conduite (22) d’amenée de produit (F1) à l’injecteur (24) et en ce que ce séparateur est configuré pour séparer de l’eau présente dans le produit à injecter (F1) du reste de ce produit qui sort du séparateur sous forme épaissie.
11. Dispositif de gazéification selon la revendication 10, caractérisé en ce que le séparateur (264) est équipée d’une sortie (276) pour de la vapeur d’eau.
12. Dispositif de gazéification selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un broyeur (290) de déchets solides qui alimente l’injecteur (24).
13. Dispositif de gazéification selon les revendications 10 et 12, caractérisé en ce qu’il comprend un convoyeur à vis sans fin (284) alimenté par le séparateur (264) et par le broyeur (290).
14. Dispositif de gazéification selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un échangeur de chaleur (270) entre un gaz de synthèse (Gs) sortant de la chambre de gazéification (8) et un gaz comburant (G1) d’alimentation de la chambre de gazéification.
15. Installation mobile (2) de gazéification de produit chargé en matière organique, cette installation comprenant un dispositif (6) de gazéification selon l’une des revendications précédentes installé à l’intérieur d’un conteneur (4), de préférence de type conteneur maritime.
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