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FR2609039A1 - Systeme et procede de production d'energie utilisant l'hydropyrolyse - Google Patents

Systeme et procede de production d'energie utilisant l'hydropyrolyse Download PDF

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FR2609039A1
FR2609039A1 FR8718305A FR8718305A FR2609039A1 FR 2609039 A1 FR2609039 A1 FR 2609039A1 FR 8718305 A FR8718305 A FR 8718305A FR 8718305 A FR8718305 A FR 8718305A FR 2609039 A1 FR2609039 A1 FR 2609039A1
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gas
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steam
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FR8718305A
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English (en)
Inventor
Radon Tolman
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US Department of Energy
Original Assignee
US Department of Energy
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Publication date
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Abstract

LA CHALEUR ET LES GAZ UTILISES COMME REACTIFS SONT DE PREFERENCE FOURNIS A LA ZONE D'HYDROPYROLYSE 1 PAR UN MELANGE GAZEUX CHAUD PROVENANT DE LA ZONE 9 DE CONVERSION DU CARBONE. LE CYCLONE 7 EST UN DISPOSITIF EN FORME D'ENTONNOIR POUR ELIMINER LA MATIERE PARTICULAIRE DU GAZ PAR DES MOYENS CENTRIFUGES. LES PARTICULES GROSSIERES QUI SONT ELIMINEES DU GAZ SONT EMPORTEES PAR LE COURANT 8 ET INTRODUITES DANS UNE ZONE DE CONVERSION DU CARBONE 9. LA ZONE 9 DE CONVERSION DU CARBONE EST DE PREFERENCE UN LIT FLUIDISE AVEC BARBOTAGE. DE L'AIR EST EGALEMENT INTRODUIT DANS LE BRULEUR PAR UN COMPRESSEUR AUXILIAIRE 10 EN PASSANT PAR LE COURANT 11, ET DE L'EAU PAR LE COURANT 12.

Description

SYSTEME ET PROCEDE DE PRODUCTION D'ENERGIE UTILISANT
L'HYDROPYROLYSE.
La présente invention concerne d'une manière générale un système et un procédé de production d'énergie utilisant l'hydropyrolyse, et plus particulièrement un système et un procédé dans lesquels le gaz combustible résultant de l'hydropyrolyse est brûLé dans une zone séparée, et le gaz de combustion obtenu alimente une turbine à gaz. L'invention est le résultat d'un contrat avec le département de l'énergie (Contrat
n W-7405-ENG-36).
Il existe diverses manières pour produire de l'énergie mécanique et thermique, et une pléthore de systèmes utilisant divers combustibles. Chacun des systèmes précédemment connus présente un certain
nombre d'inconvénients.
a) Systèmes utilisant des combustibles propres Un système de coproduction à turbine à gaz typique, c'est-à-dire un système qui produit de l'énergie mécanique utilisable ainsi que de l'énergie thermique, utilise un combustible propre ayant une faible teneur en soufre et en cendre. Le gaz naturel ou le mazout n 2 sont deux combustibles qui conviennent
bien pour les techniques ordinaires de cogénération.
Malheureusement, ces combustibles sont onéreux et ne sont pas aussi abondants que d'autres sources de combustibles possibles que le charbon. Dans un système de cogénération à turbines, une turbine entraîne à la fois un compresseur qui fournit de l'air à la
chambre de combustion et un générateur électrique.
De l'air est fourni à la chambre de combustion avec plus de deux fois le débit stmchiométrique nécessaire pour la combustion complète du combustible pour régler la température d'entrée dans la turbine. L'échappement
est évacué de la turbine sous des pressions légère-
ment supérieures à une atmosphère et à une température d'environ 550 C, puis il est envoyé à travers plusieurs chaudières de récupération de chaleur produisant une température à une pression suffisante pour faire fonctionner un générateur à turbine à vapeur. Le rendement de ce type de système est généralement
inférieur à environ 40 %.
Le système classique exige une tour de refroidissement et un condenseur de vapeur qui rejette la chaleur de vaporisation dans l'atmosphère tout
en renvoyant le condensat au système d'eau d'ali-
mentation de La chaudière. Lorsque de La vapeur de traitement est nécessaire, elle est extraite sous la pression exigée, et la chaleur de vaporisation est rejetée dans Le procédé. Ceci permet d'augmenter le rendement thermique du système tout en réduisant
la puissance électrique.
Des minéraux et des gaz sont présents dans l'eau d'alimentation de la chaudière (BFW) et dans l'eau d'appoint. Une filtration, une désionisatior, une désaréation et un balayage sont nécessaires pour préparer la BFW pour la chaudière. Une purge est nécessaire pour éliminer du système les solides
qui ont précipité.
Ce type de système simple de cogénération donne lieu à un certain nombre de difficultées graves parmi lesquelles une production élevée d'oxyde d'azote (MOX). La température élevée de la flamme dans un brûleur de turbine à gaz classique peut produire plus de 100 parties par million (ppm) de MOX, bien
que le temps de séjour soit court. Certaines règlemen-
tations sur l'environnement exigent un abaissement à moins d'environ 50 ppm, ce qui exige une injection
d'eau pour régler la température maxima de flamme.
Ce procédé peut réduire l'énergie dans le système s'il n'est pas appliqué convenablement. Une réduction catalytique sélective peut être nécessaire pour abaisser
les NOX au-dessous d'environ 10 ppm.
Une des améliorations au système à turbine à gaz classique décrit cidessus, qui ont eu le plus de succès est le cycle à deux fluides, qui augmente à la fois la puissance utile et le rendement thermique d'une turbine à injection de vapeur dans la chambre de combustion, augmentant ainsi la puissance spécifique du système. Par exemple, le cycle de Cheng introduit l'échappement de la turbine dans un générateur de
vapeur à récupération de chaleur classique (HRSG).
C'est là que l'échappement à 540 C environ produit de la vapeur à 430 C environ. Cette vapeur est injectée dans la chambre de conduction et mélangée à l'air
en excès dans la chambre et à du combustible supplémen-
taire. Le rapport de la vapeur au combustible va
jusqu'à 8 environ. Après combustion, les gaz se dila-
tent à travers la turbine et produisent une augmentation de puissance allant jusqu'à 60 %. Un rendement thermique d'environ 40 % a été atteint dans des essais dans lesquels la température d'entrée dans la turbine était maintenue par une augmentation de 18 % du débit de combustible. Ceci constitue une amélioration par
rapport à la cogénération par turbine à gaz classique.
Le cycle de Cheng utilise davantage de combustible qu'un système à turbine à gaz classique, mais il n'y a pas de coût supplémentaire de compression pour l'air qui se trouve déjà dans la chambre de combustion pour maintenir la température d'entrée dans la turbine au-dessous d'environ 980 C. En améliorant la puissance spécifique de la turbine à gaz classique, les coûts fixes restent les mêmes, tandis que la production d'énergie augmente. En utilisant un cycle à double fluide, le NOX est réduit à peu près dans la même proportion que l'injection d'eau; cependant la vapeur est perdue dans l'atmosphère. Ceci exige un appoint de 100 % et multiplie la capacité nécessaire et les coûts pour l'eau d'appoint et Les systèmes de traitement d'eau. L'invention a cherché à éliminer ses problèmes, s'ajoutant à la nécessité d'épurer les combustibles dans les systèmes. de cogénération
à turbine à gaz de la technique antérieure.
Le système de cogénération classique décrit
ci-dessus ainsi que le cycle à deux fluides ont l'incon-
vénient que l'on est obligé d'utiliser un "combustible critique" tel que le mazout. Il serait avantageux de pouvoir utiliser un combustible sale tel que le
charbon comme une source d'énergie propre.
b) Systèmes à combustible sale Les Lits fluidisés ont été utilisés pour la combustion, la pyrolyse et la gazéification de
combustibles sales peu onéreux tels le charbon.
Si le lit est réapprovisionné avec des solides recyclés, il est dit "lit circulant". Un lit contenant une large gamme de tailles et de densités de particules peut fonctionner avec un lit à barbotage de particules plus grandes et plus denses et avec un lit à recyclage
contenant des particules plus petites et plus légères.
Ceci est le principe de la technologie du lit fluidisé multisolide (MSFB). Le lit fluidisé fonctionne au voisinage de l'isothermicité. Même si les solides froids et des gaz chauds pénètrent dans le réacteur fluidisé, les températures à n'importe quel endroit
du lit sont à quelques degrés les unes des autres.
L'un des inconvénients de cette technologie est qu'il se produit une abrasion des surfaces de transfert de chaleur dans le lit, qui est la plus grave à des angles de 45 % tangent à L'écoulement du gaz. L'utilisation d'une suspension dynamiquement stabilisée, dans un état quasi-stationnaire, d'un essain de particules solides, dans un courant de gaz montant, en tant que dispositif de la technologie des procédés est bien connue des secteurs de la fabrication des produits chimiques du traitement du pétrole et de la métallLrgie de tous les pays industrialisés. Elle a été adaptée à d'autres processus chimiques catalytiques et à la réduction de minerais métalliques. Quelle que soit l'application, toutes les unités à lit fluidisé comprennent les mêmes éléments principaux: à la base, un plénum ou chambre de surpression pour contenir le gaz fluidisant sous la pression nécessaire pour son injection dans le lit fluide; une chambre de fluidisation au-dessus de la chambre de surpression; et une section franc-bord à
la pression de fonctionnement nécessaire.
En plus de ces éléments principaux,.'instal-
lation comporte des buses pour l'injection et l'élimina-
2R tion des gaz et des moyens pour l'introduction et
l'élimination de la matière soluble.
Le réacteur à lit fluidisé est conçu pour l'utilisation pour la combustion en utilisant des particules non combustibles telles qu'une matière minéraLe provenant d'un combustible à forte teneur en cendre, du sable ou une matière qui réagirait avec les produits de combustion nuisibles et les fixeraient. Il peut fonctionner soit sous la pression atmosphérique soit sous une pression de plusieurs bars. Les lits fluidisés qui fonctionnent sous la pression atmosphérique ont connu un grand développement et sont utilisés comme chaudières et incinérateurs industriels dans de nombreuses
installations commerciales.
Les brûleurs à lit fluidisé sous pression (PFBC) ne sont pas bien développés. Dans un PFBC,
l'air de combustion pénètre dans la chambre de sur-
pression sous une pression éLevée, de 0,3 à 1,8 MPa (3 à 18 bars) et traverse la plaque (ou la grille) de distribution de l'air dans le lit de particules fluidisées chaud (entre environ 785 et 980 C). En
général, les particules du lit d'un PFBC sont consti-
:ées d'un sorbant partiellement su.faté qui est ajouté pour réagir avec le S02 qui est libéré lorsque le charbon présent dans le réacteur brûle. Dans le
PFBC, le sorbant préféré est la dolomie (CaCO3MgC03).
Une certaine quantité de cendre et de particules de carbone non brûLé est également présente dans le lit. Le combustible, généralement du charbon, est ajouté en continu dans Le brûleur en même temps
que le sorbant.
Au fur et à mesure que le charbon brûLe, une partie de la chaleur de combustion est éliminée en chauffant un fluide, soit de l'air soit de la vapeur, s'écoulant à travers des tubes d'un faisceau d'échange de chaleur dans le lit fluidisé. Une partie de l'énergie présente dans le gaz d'échappement chaud sortant quitte le brOleur en passant par une turbine
à gaz qui peut à son tour produire de l'électricité.
L'effluent sortant des turbines à gaz peut être refroidi dans des générateurs de vapeur qui alimentent une turbine à vapeur. Un système dans lequel on utilise à la fois des turbines à gaz et
à vapeur est parfois appelé ainsi "turbochargé".
La coélimination de liquide à haute teneur en humidité et de déchets solides peut être effectuée dans un système à lit fluidisé fonctionnant sur un mode de pyrolyse (air sous-stoechiométrique) avec un post-brûLeur fournissant la température et L'air nécessaires pour
une oxydation complète. Ceci est analogue à un inciné-
rateur à air contrôlé. En outre, certains déchets dangereux peuvent être des candidats à un traitement en lit fLuidisé permettant une élimination plus complète
à moindre çoût.
Sur la plan des concepts, il existe trois manières d'éliminer la chaleur de combustion d'un
lit fluidisé pour une installation à cycles combinés.
Les jeux premières utilisent un échangeur de chaleur
qui est placé directement au sein du lit fluidisé.
Dans le premier cas, de l'eau est envoyée dans le lit fluidisé pour produire de La vapeur. Une seconde manière d'éliminer la chaleur de combustion consiste à chauffer de l'air dans un échangeur de chaleur à lit. La dernière manière d'éliminer la chaleur de combustion est d'envoyer de L'air en excès pour éliminer la chaleur de combustion -sans qu'un échangeur de chaleur soit nécessaire. Des installations à cycle combiné produisent typiquement 70 % de la puissance électrique par la turbine à vapeur et Les 30 % restarts par excansion du gaz d'échappement chaud épuré à travers une turbine à gaz entraTnent un compresseur
d'air pour la combustion.
Dans le système à refroidissement par air, l'air chauffé au sein de l'échangeur dans le lit
est combiné à un gaz d'échappement chaud, épuré.
Le mélange environ deux tiers d'air chauffé et un tiers de gaz de combustion, se dilate à travers une turbine à gaz qui entraTne un générateur électrique, et aussi un compresseur d'air pour l'air de combustion et de refroidissement. Le gaz quittant La turbine pénètre dans une chaudière à chaleur perdue, dans laquelle de la vapeur est produite pour entrainer une turbine à vapeur. Environ 60 % de la puissance électrique de l'installation sont produits dans la turbine à air, les 40 % restants étant produits dans
la turbine à vapeur.
Lorsqu'on utilise La troisième conception, La chaLeur de combustion est éLiminée en faisant passer un excès d'air allant jusqu'à 200 % par rapport aux exigences stochiométriques à travers le réacteur à lit fluidisé. On n'utilise pas d'échangeur de chaleur, et. le gaz de combustion épuré et chaud se détend à travers une turbine à gaz puis pénètre dans une chaudière à chaleur perdue pour produire de la vapeur pour une turbine. Un inconvénient de ce procédé est la perte de puissance parasitique élevée pour
le compresseur d'air.
La puissance nette de La turbine à combustion est basée sur la puissance de la turbine moins la puissance fournie au compresseur à air. Les turbines à gaz classiques fonctionnant jusqu'a une température d'entrée de 1150cC exigent un excès d'air pour régLer
la température d'entrée. Un rapport pondéral air/combus-
tible allant jusqu'a environ 64 est nécessaire lorsqu'on utilise du méthane comme combustible. Celui-ci -peut
être plus de trois fois l'air théorique pour la combus-
tion Stoechiométrique. Ainsi, la puissance classique est limitée par la nécessité de régler la température d'entrée dans la turbine. Une température d'entrée dans la turbine plus élevée conduit à un rendement du cycle plus élevé, et dépasse la température normale de fonctionnement d'un système PFBC. Un des buts de la présente invention est d'augmenter la puissance spécifique d'une turbine à gaz de telle sorte que l'on puisse obtenir davantage de travail net (exergie) à partir du combustible. La puissance spécifique
est définie comme le travail fourni par livre d'air.
Dans un moteur à turbine à gaz classique, la plus grande partie de l'air utilisé est utilisée pour
régler la température d'entrée.
Un autre problème dans les systèmes connus est l'agglomération de cendres dans les procédés qui tentent de porter à son maximum la conversion du carbone en brûlant le carbone résiduel avec de l'oxygène. Lorsque la chambre de charbon est chauffée au-dessus dE la température de ramollissement de la cendre, la cendre commence à s'agglomérer ou à se fritter. Certains procédés se fondent en fait sur
ce phénomène pour l'élimination de la cendre du procédé.
Comme dans le cas du collage, l'agglomération de cendres peut provoquer la formation d'une masse de dimensions importantes ou mâchefer qui peut rendre le réacteur incapable de fonctionner ou colmater le système d'évacuation de la cendre. Dans la présente invention, l'agglomération est efficacement empêchée par une vitesse élevée des circulations des solides
dans la zone d'hydropyrolyse.
Le collage de charbons bituminés dans des réacteurs à lit fluidisé est une autre oifficulté
que l'on rencontre avec les réacteurs classiques.
Par chauffage dans une atmosphère chimiquement réductrice, la surface des particules de charbon fond et devient collante. Dans un réacteur à lit fluidisé, le collage du charbon peut provoquer la fusion ou lit en une masse de dimensions importantes, empêchant effectivement le réacteur de fonctionner. La manipulation de charbons collants a constitué un grave obstacle au développement des procédés d'hydrocarbonisation et a été un des principaux
facteurs contribuant à l'échec de ce type de procédé.
Des essais ont été effectués pour surmonter ce problème en utilisant des stades multiples, des lits à recyclage,
des aspirateurs-diffuseurs et un pré-traitement oxydant.
Aucune de ces solutions n'a donné satisfaction pour tous les charbons collants. La préoxydation du charbon est techniquement réalisable, mais ce pré-traitement
réduit gravement le rendement en gaz combutible.
Dans la présente invention, l'injection de charbons collants dans une bouillie avec de l'eau empêche
efficacement le collage.
Un autre problème rencontré dans les essais antérieurs poulir utiliser des réacteurs à lit fluide sous pression plur produire de l'énergie est le problème
des dépôts de carbone qui s'accumulent dans les canalisa-
tions et les échangeurs de chaleur. Cette accumulation provoque un colmatage et peut réduire gravement les capacités de transfert de chaleur de l'échangeur
de chaleur. Du carbone peut se déposer sur la canalisa-
tion ou l'échangeur de chaleur par une des réactions bien connues suivantes:
2C0)CO2 + C
CH4$ - 2H2 + C
CO + H2< H20 (g) + C Naturellement, des quantités adéquates d'hydrogène et de vapeur, respectivement, peuvent
être utilisées pour inverser les deux dernières réactions.
En général, les constituants du mélange gazeux sont
en équilibre en ce qui concerne la réaction de dépla-
cement du gaz à l'eau: CO + H20 (g) H2 + C02
si la température des gaz est supérieure à 700cC.
La concentration de l'oxyde de carbone dans le gaz est déterminée par la concentration de la vapeur et du gaz carbonique, ainsi que par la température de réaction. Dans la pratique industrielle de la production du gaz par la réaction suivante: C + H20 (g) -H2 + CO L'utilisation d'un excès de vapeur s'est révélée utile pour éviter la formation de carbone, et il a l'avantage de favoriser la conversion de l'oxyde de carbone en gaz carbonique par la réaction de déplacement indiquée-ci-dessus. La vapeur en excès peut être produite in situ par évaporation directe d'eau introduite avec le combustible sous forme de bouillie. Pour n'importe queLle teneur donnée en gaz carbonique dans le mélange réactionnel, une tempé- rature basse et uno teneur éLevée en vapeur favorisent la formation d'un gaz contenant un pourcentage éLevé de gaz carbonique supplémentaire et d'hydrogène par
la même réaction de CO et de la vapeur.
Plusieurs essais ont été effectués pour
réduire la teneur en soufre des produits d'hydropyro-
lyse en utilisant l'absorbant du soufre. Aucun de ces essais n'a réussi à trouver un absorbant qui conduise à une désulfuration complète. Une élimination d'environ 90 % est nécessaire pour satisfaire à la Best Available ControL Technology exigée dans les
apiications utilisant de l'air propre.
Un des buts de l'invention est donc d'utiliser la pression supérieure à la pression atmosphérique fournie par un compresseur à turbine à gaz cLassiQue et l'évaporation directe d'eau pour augmenter le flux massique et la chaleur spécifique du gaz à l'entrée et pour augmenter la puissance de la turbine au-delà
de celle fournie par un cycle à deux fluides.
Un autre but de l'invention est de permettre l'utilisation de combustibles sales faciles à se procurer et peu onéreux, qui peuvent contenir du soufre, des halogènes et de grandes quantités de solides non combustibles dans des turbines à gaz
classiques.
Un autre but de l'invention est de réduire au minimum l'utilisation de combustibles propres onéreux comme combustibles supplémentaires pour atteindre la température d'entrée plus élevée et par conséquent le rendement thermique plus élevé des turbines à
gaz classiques modernes.
Un autre but de l'invention est de permettre la destruction thermique de certaines matières de déchets-solides et liquides qui peuvent contenir du soufre et/ou du chlore et de certaines matières de déchets dangereuses soit seules soit en association
avec d'autres combustibles dans un procédé de récupé-
ration de l'énergie ayant un bon rendement thermique, et respectant l'environnement, dans lequel les réactions nécessaires sont favorisées sous une pression supérieure
à la pression atmosphérique.
Un autre but de l'invention est de fournir un procédé dans lequel l'agglomération de cendres dans une zone d'hydropyrolyse à combustion partielle et la perte de capacité qui en résulte sont réduites
au minimum ou supprimées.
Un autre but de l'invention est de fournir
un procédé qui réduit au minimum ou supprime le colma-
tage des canalisations, la perte de valeurs thermiques du gaz produit et l'abaissement de l'échange de chaleur
dûs au dépôt de carbone.
Un autre but de l'ivnention est de fournir
un procédé dans lequel les produits gazeux sont désuL-
furés et déshalogénés in situ en utilisant un absorbant multifonction dans une zone d'hydropyroLyse à deux
stades, dans des conditions soigneusement régLées.
Un autre but de l'invention est de fournir un procédé pour la séparation sélective de produits solides et gazeux, dans lequel les liquides indésirables
et le goudron sont craqués pour fournir un gaz combus-
tible ayant une enthalpie plus élevée pour la combustion
ultérieure dans le procédé.
Un autre but de l'invention est de fournir un procédé dans lequel la matière charbonnée résiduelle qui peut être non réactive dans la zone d'hydropyroLyse et qui peut contenir du soufre, est ultérieurement transformée au contact d'un absorbant multifonction dans une zone de combustion, en donnant un absorbant multifonct.ion régénéré, une cendre propre et un gaz
d'échappement désulfuré.
Un autre but de l'invention est de produire
un mélange propre de cendres et d'absorbant multi-
fonction soufré, dans lequeL le résidu charbonné est réduit ou supprimé, et les métaux lourds et le
soufre sont transformés en sels insolubles ou encap-
sulés avec une matrice analogue à un ciment d'absor-
bant multifonction ayant des propriétés pouzzolaniques.
Pour atteindre les objectifs qui précèdent ainsi que d'autres, et conformément aux buts de la présente invention tels que réalisés et décrits d'une manière générale ici, le système de production d'énergie-de la présente invention comprend deux zones. Ur de ces zones est un hydropyroliseur à deux
étages tel qu'un lit fluidisé sous une pression supé-
rieure à la pression atmosphérique pour l'hydropyro-
lyse, comportant un étage supérieur et un étage infé-
rieur.
Une charge d'alimentation charbonnée, mélan-
gée à de l'eau pour former une bouillie, est intro-
duite dans la zone d'hydropyrolyse en un emplacement situé entre les deux étages du lit fluidisé. Les deux étages sont délimités par la position d'introduction de la charge d'alimentation, mais il n'y a pas de
barrière mécanique entre les deux étages.
Le produit de carbonisation est éliminé du gaz combustible quittant la chambre d'hydropyrolyse et introduit dans une zone de conversion du produit
de carbonisation et de calcination. Le gaz combus-
tible épuré est refroidi et il est soumis à une épu-
ration supplémentaire au moyen du dispositif classique
pour l'épuration des gaz froids.
La matière particulaire restante provenant de l'appareil d'épuration du gaz froid est soit injectée dans la zone de conversion du produit de carbonisation, soit évacuée pour être jetée. Le gaz combustible propre est brûlé dans une zone de combustion telle qu'un brûteiJr à gaz de hautfourneau
et le gaz chaud est envoyé dans une turbine classique.
Un des aspects de l'invention est l'utilisa-
tion d'un absorbant multifonction en combinaison avec la charge d'alimentation charbonneuse. Le mélange absorbant multifonction comprend au moins un élément ou constituant du groupe de transition et au moins un éLément ou constituant alcalino-terreux dans la zone d'hydropyrolyse en présence d'oxygène et de vapeur, dans des conditions réglées. Le contact est normalement effectué dans un réacteur à charbon, tel qu'un lit fi. disé. Des conditions d'hydropyrolyse appropriées comprennent une température d'environ
600PC à environ 900cC.
Le procédé de la présente invention est un procédé pour produire de l'énergie en injectant d'abord une charge d'alimentation charbonneuse entre les étages
supérieur et inférieur d'un lit fluidisé sous une pres-
sion supérieure à la pression atmosphérique. Le lit fluidisé est utilisé pour l'hydropyrolyse. Le gaz
combustible et le produit de carbonisation sont éli-
minés du lit fluidisé et le gaz et le produit de car-
bonisation sont séparés. Le gaz combustible est refroidi, puis à nouveau nettoyé dans un système de nettoyage du gaz froid. Le gaz combustible épuré
obtenu est brûlé dans une zone de combustion produi-
sant un gaz d'échappement et de la vapeur. Cette vapeur et ce gaz d'échappement sont utilisés pour
obtenir de l'énergie.
Un autre aspect de ce procédé consiste à recycler le produit de carbonisation éliminé du gaz combustible et à injecter le produit de carbonisation
dans une zone de combustion et de calcination du pro-
duit de carbonisation. Le gaz sortant de la zone de
calcination est réintroduit dans le lit fluidisé.
Un avantage de l'invention est que les tur-
bines à gaz existantes conçues pour brûler des combus-
tibles propres peuvent être modifiées pour brûler des combustibles sales grâce à la pratique de l'invention, évitant par conséquent La nécessité d'une mise de fonds
importante pour un remplacement complet.
Un autre avantage de l'invention est que la
puissance spécifique est augmentée. En outre, l'in-
vention maîtrise les émissions résultant normalement de l'utilisation de combustibles sales conformément aux exigences de la "Best Available Control Technology" Les dessins annexes, qui sont incorporés à la
présente description et en font partie, illustrent les
modes de réalisation de la présente invention et, con-
jointement avec la description, servent à expliquer les
principes de l'invention. Dans les dessins: - La figure 1 est un schéma d'un mode de réalisation de l'invention; - La figure 2 est un schéma simplifié d'un cycle fondamental de transmission de la vapeur; - La figure 3 est un schéma d'un mode de
réalisation de la présente invention.
Dans les dessins annexes, la figure 1 est
un schéma d'un mode de réalisation du cycle de trans-
mission de la vapeur de cogénération de la présente invention.
On prépare une bouillie d'une matière carbo-
née et on l'introduit dans un hydropyrolyseur 1. L'hydro-
pyrolyseur 1 est de préférence un réacteur à lit flui-
disé sous pression (désigné ci-après par PFBC) fonctionnant sous une pression comprise entre 2 et environ 4000 kPa et à une température d'environ 600 C à environ 900 C. Le PFBC est d'une longueur suffisante pour fournir deux étages parfaitement mélangés. Ces étages, un étage supérieur 2 et un étage inférieur 3,
qui seront expliqués en détail ci-dessous, sont déli-
mités d'une manière générale par;'élévation de l'in-
jection de l'alimentation dans la zone, et il n'existe
pas de barrière physique qui définisse ces deux zones.
Ceci permet un mélange des solides et un transfert de chaleur uniformepour obtenir une température constante
tout au long de la zone d'hydropyrolyse 1.
En utilisant une bouillie de matière combus-
tible, il se produit une évaporation directe d'eau dans la zone d'hydropyrolyse 1 qui fournit de la vapeur supplémentaire pour l'hydropyrolyse et le craquage et permet l'injectior de matières d'alimentation carbonées solides dans le PFBC 1 par la pompe 4. Ceci supprime la nécessité de tubes de chaudière dans le lit et de dispositifs d'alimentation mécanique compliqués tels que des trémies sous pression. Il peut aussi être en fait préférable, au fur et à mesure que la technologie progresse et que les températures d'entrée des turbines
augmentent, d'utiliser une alimentation solide sèche.
La vapeur supplémentaire ajoutée par la bouillie contribue à craquer l'huile lourde et le goudron et fournit de la vapeur pour la production
d'hydrogène pour la combustion ultérieure par la réac-
tion H20 + CO - H2 + C02. L'alimentation en bouillie 3Q est également avantageuse en ce qu'elle fournit un moyen pour purifier des eaux résiduaires et bouillies
nuisibles en injectant le résidu dans la zone d'hydro-
pyrolyse 1 sans qu'il soit nécessaire de sécher.
La bouillie destinée à l'introduction dans la zone d'hydropyrolyse 1, entre l'étage supérieur 2 et l'étage inférieur 3, est de préférence un mélange de charbon broyé et d'un absorbant multifonction,
et elle contient d'environ 35 à 80 % d'eau en poids.
Conformément au procédé de L'invention, la matière carbonée est mise en contact avec un mélange d'absorbant multifonction ayant au moins un élément ou constituant du groupe de transition et au moins un élément ou constituant alcalino-terr-ux dans la zone d'hydropyrolyse 1 en présence d'hydrogène et de vapeur dans des conditions réglées. Si la matière carbonée a
une teneur élevée en un élément du groupe de transi-
tion, du calcaire peut être utilisé comme absorbant,
l'élément du groupe de transition étant fourni direc-
tement par le combustible et le calcium étant fourni par le calcaire. Le contact est effectué dans le lit
fluidisé ou dans n'importe quel autre réacteur à char-
bon. Des conditions d'hydropyrolyse appropriées comprennent typiquement une température d'environ 600'C
à environ 900 C.
Des conditions d'hydropyrolyse soigneusement
réglées préférées sont celles qui tendent thermodynami-
quement à améliorer ou à favoriser les potentiels redox
désirés dans les constituants des absorbants multi-
fonction en maintenant la concentration désirée en réactifs dans la zone. Par exemple, les conditions qui tendront à réduire les matières minérales d'oxydes contenant des métaux du groupe de transition qui peuvent être présentes dans la matière d'alimentation carbonée, et celles qui tendront à réduire les matières minérales de sulfures contenant un métal du groupe de transition
qui peuvent aussi être présentes dans la matière d'ali-
mentation carbonée, tout en améliorant en même temps les réactions particulières désirées dans la zone
d'hydropyrolyse 1 sont préférées.
La chaleur et les gaz utilisés comme réactifs sont de préférence fournis à la zone d'hydropyrolyse 1 par un mélange gazeux chaud provenant de la zone 9 de conversion du carbone, et par l'air introduit à l'étage inférieur de la zone d'hydropyrolyse. La zone de conversion du carbone 9 est une cellule
de combustion du carbone.
Le gaz brut formé, contenant des gaz combustibles intéressants, des liquides Pn phase vapeur et des produits de carbonisation rarbonés
non convertis décantés fins et l'absorbant multi-
fonction sont évacués de la zone d'hydropyrolyse 1 par le courant 6 représenté à la figure 1. Ces produits bruts et ces matières solides fines sont introduits dans un cyclone 7 pour l'épuration et la séparation. Bien qu'un cyclone soit le composant préféré pour l'épuration de la matière particulaire du gaz, on peut utiliser n'importe quel autre moyen pour l'épuration. Le cyclone 7 est un dispositif
* en forme d'entonnoir pour Eliminer la matière par-
ticulaire du gaz par des moyens centrifuges. Les particules grossières qui sont éliminées du gaz sont emportées par le courant 8 et introduites dans une zone de conversion du carbone 9. La zone 9 de
conversion du carbone est de préférence un lit flui-
disé avec barbotage. De l'air est également introduit dans le brûleur par un compresseur auxiliaire 10 en
passant par le courant 11, et de l'eau par le cou-
rant 12. L'eau peut être apportée soit à partir d'une source indépendante du système décrit, soit à partir d'eau résiduaire comme il est décrit en
détail ci-dessous.
Dans la zone 9 de conversion du carbone,
ou la cellule de combustion du carbone, les réac-
tions principales suivantes s'effectuent: 1. C (dans le produit de carbonisation provenant de la zone H20 = CO + H2 d'hydropyrolyse 1)
2. 2C0 + 02 = 2C02
3. 2H2 + 02 = 2H20.À
Dans le mode de réalisation préféré, l'addition de l'absorbant multifonction participe aux réactions supplémentaires suivantes: 4. CaS + 202 = CaSO4 5. CaCO + chaleur = CaO + CO2 6. H2S + CaO = CaS + H20,
dans lesquelles le calcium est le constituant alcalino-
terreux préféré de l'absorbant multifonction Le gaz combustible et les particules fines qui restent après que le cyclone 7 a épuré et séparé les solides grossiers décantés pour le recyclage, sont refroidis brusquement d'une température d'environ 900'C
à environ 170 C, de préférence dans une zone de refroi-
dissement brusque 13. Cette zone peut aussi être une
chaudière à récupération de c.aleur.
De l'eau de refroidissement est introduite
dans la zone de refroidissement brusque 13 pour refroi-
dir le gaz en vue de l'épurer et pour produire de la vapeur supplémentaire. Le gaz formé refroidi et la vapeur sont de préférence envoyés à un moyen pour
épurer le gaz 16 qui peut être n'importe quel dispo-
sitif classique pour l'épuration des gaz. Dans le mode de réalisation préféré, celui-ci comprend un laveur Venturi 18 et un précipitateur électrostatique humide 19. De l'eau supplémentaire est introduite dans le laveur Venturi 18 par le courant 20 pour épurer
encore le gaz et saturer le gaz.
Dans le Cycle de Transmission de Vapeur, l'énergie du gaz chaud est de préférence conservée
par élimination de l'enthalpie dans la zone de refroi-
dissement brusque 13 ou dans la chaudière à récupéra-
tion de chaleur avant l'épuration du gaz froid, pro-
duisant de la vapeur, la vapeur étant utilisée pour entraîner le compresseur auxiliaire 10, et récupérer
l'énergie. On peut aussi utiliser un échangeur réchauf-
feur pour renvoyer l'enthalpie au gaz après épuration, ce qui donne une température d'entrée dans la turbine supérieure à 982 C. La vapeur est envoyée de la zone de refroidissement brusque 13 à la turbine à vapeur 14
qui entraîne le compresseur 10. Dans le mode de réa-
lisation de l'invention représenté dans la figure 1, la turbine 14 peut également entraîner un générateur électrique 15. Le générateur 15 est représenté en
lignes interrompues pour indiquer qu'il est facultatif.
Le refroidissement du gaz chaud avant l'éli-
mination de la matière particulaire condense les
composés corrosifs, tels que les sels de métaux alcalins.
Les composés condensés sont alors éliminés dans le laveur 18 et le précipitateur électrostatique 19 du
Cycle de Transmission de la Vape r pour l'introduc-
tion dans le brûleur, par le courant 12, dans lequel
ils sont agglomérés avec de la cendre et de l'absor-
bant usé pour l'élimination hors du système. Ainsi, le gaz est épuré avant son introduction dans la turbine pour éviter à la fois l'usure et la corrosion,
ce qui supprime la nécessité d'un filtre ou d'un pré-
cipitateur en aval de la turbine pour satisfaire aux
règlements concernant l'environnement.
La conservation de l'énergie du combustible contenu dans le gaz chaud pour l'utilisation en aval du moyen d'épuration du gaz maintient le rendement thermique tout en augmentant la puissance spécifique
de la turbine à gaz au-delà du cycle à double fluide.
L'épuration du gaz froid est préférable pour un certain nombre de raisons. Tout d'abord, les composés
corrosifs qui peuvent être vaporisés à température éle-
vée sont condensés et agglomérés pour leur élimination.
En utilisant un précip.itateur électrostatique humide (ESP), on reste maître du précipitant et il se produit une chimie corona positive dans l'ESP, telle que H20 + CO H2 + C02. La réaction de déplacement du gaz à l'eau a une cinétique favorable au-dessus
d'environ 6500C, mais au-dessous de 650 C, la ciné-
tique est telle qu'un catalyseur est nécessaire.
L'eau et la matière particulaire sont s-.pa-
rées du gaz par le laveur 18 et éliminées par la pompe
21. Une épuration supplémentaire de la matière parti-
culaire est accomplie par le précipitateur électro-
statique humide 19, dans lequel un potentiel électro-
statique est appliqué pour éliminer plus de 50 % de toutes les particules supérieures à 0,3.m et 100 %
de toutes les particules supérieures à 3 Dm. Un poten-
tiel électrostatique en courant continu négatif supé-
rieur à environ 10 000 volts est appliqué pour épurer le gaz et former des ions hydrogène. Le gaz formé épuré, contenant des gaz combustib. s intéressants, est introduit dans un brûleur à gaz à faible pouvoir calorifique, tel qu'un brûleur à gaz de haut-fourneau
22, par le courant 23 représenté dans La figure 1.
Une pompe 21 est de préférence utilisée pour éLiminer l'eau et la matière particulaire qui sont séparées du gaz par le laveur, et les réinjecter dans la zone de conversion du carbone 9. Un courant de purge est de préférence éliminé de l'-ESP 19 et réintroduit dans la zone de conversion 9. Une autre solution serait d'éliminer la matière particulaire sous forme de bouillie et de s'en débarrasser de n'importe quelle manière classique. Cependant, dans le mode de réalisation préféré, on renvoie la matière particulaire dans la zone 9 de conversion du carbone, ce qui évite le problème d'élimination de résidus
humides. L'eau qui est renvoyée dans la zone de con-
version du carbone 9 contribue à la conversion du carbone en CO par la vapeur et fournit l'hydrogène pour la réduction de l'absorbant. L'excès de résidus provenant de la zone 9 de conversion du carbone et du PSBC I peut être introduit dans la trémie de
descente des cendres 35 en vue de son élimination.
L'oxydation/régénération de l'absorbant multifonc-
tion sulfuré est achevée dans un environnement
contenant un excès d'oxygène dans la zone de conver-
sion du carbone 9. Du soufre est rejeté hors du pro-
cédé sous la forme de sulfates qui, lorsqu'ils se forment dans la zone de conversion 9, contribuent à former un mélange de cendres propres convenant pour l'élimination. La réaction CaS + 202 - CaSO4 améliore les propriétés de ciment du mélange de
cendres propres. Le constituant du groupe de tran-
sition de l'absorbant multifonction améliore les
propriétés pouzzolaniques de la cendre.
Le gaz d'échappement chaud qui sort du brûleur à gaz de haut-fourneau 22, c tenant de la vapeur à raison d'environ 20 % à environ 60 % en
volume, est introduit dans une turbine à gaz clas-
sique 30 à la température d'entrée dans la turbine la plus élevée dans la pratique. En utilisant la technologie actuelle, la température d'entrée serait
d'environ 1 OOOC. La pression d'entrée serait supé-
rieure à environ 700 kPa. De l'énergie mécanique est prélevée par un générateur 32. Dans un moteur à turbine à gaz classique, la turbine 30 est reliée
mécaniquement à un compresseur 34 par un axe 36.
L'air provenant du compresseur 34 est
réintroduit dans le brûleur à gaz de haut-fourneau 22.
De l'air supplémentaire provenant du compresseur 34
peut être refroidi brusquement dans le réfrigérant 17.
De l'eau de refroidissement est introduite dans le réfrigérant 17 comme le montre la figure 1, et l'air
du réfrigérant est introduit dans le compresseur auxi-
liaire 10.
Le procédé de La présente invention trouve son application dans le traitement de diverses
matières carbonées pour produire une énergie méca-
nique et thermique intéressante avec une puissance spécifique élevée. Les matières carbonées utilisables dans la pratique de la présente invention comprennent des déchets de charbon, des boues de charbon, des résidus aqueux, des liquides hydrocarbonés, des schistes bitumineux usés et des matières halogénées telles que
le polychlorure de vinyle.
Des produits gazeux intéressants sont formés
directement et indirectement dans la zone d'hydro-
pyrolyse 1 dans les conditions du procédé de la pré-
sente invention. La production directe des produits désirés s'effectue sous l'effet de la pyrolyse de la matière d'alimentation carbonée dans l'étage supérieur de la zone d'hydropyrolyse 2, et n'est gé-4ralement pas limitée par un équilibre, c'est-à-dire qu'elle n'est pas affectée par les conditions externes de
pression.
Un craquage sélectif du goudron et des pro-
duits huileux de la pyrolyse en produits gazeux inté-
ressants est amélioré par un absorbant multifonction
dans l'étage supérieur de la zone d'hydrocarbonisa-
tion 2. Une production indirecte, passant par l'ab-
sorption et le déplacement du gaz carbonique, a lieu
principalement dans l'étage inférieur de la zone d'hydro-
pyrolyse 2 à partir de gaz produits dans la zone de
combustion et formés par la réaction: C + CO2 __.2CO.
Ce processus est limité par un équilibre et il est favorisé par une pression supérieure à la
pression atmosphérique et par l'absorbant multifonction.
La zone d'hydropyrolyse de la présente invention est de préférence un lit fluidisé d'une longueur verticale suffisante pour fournir l'équivalent d'une série de deux étages parfaitement mélangés, pratiquement à la
même température.
La matière d'alimentation carbonée broyée
est de préférence mélangée avec de l'absorbant multi-
fonction dans un rapport allant jusqu'à 1:1, lequel absorbant est constitué d'au moins un élément choisi parmi des éléments de numéros atomiques 21 à 30, et au moins un élément choisi dans le groupe IIa de la Classification Périodique des Eléments. La quantité exacte dépend des propriétés collantes et de la teneur en soufre de l'alimentation et de l'appoint de catalyseur, c'est-à-dire de l'élément du groupe
de transition ou alcalino-terreux particulier uti-
lisé et du degré auquel des carbonates, tels que
CaCO3, sont présents dans le mélange, car ces car-
bonates sont chimiquement inactifs dans les condi-
tions décrites ici dans la zone d'hydropyrolyse 1, mais sont actifs pour fournir une surface active pour le craquage sélectif dans l'étage supé =ur de la zone d'hydropyrolyse 2. Le mélange est de préférence introduit dans la zone d'hydropyrolyse à une hauteur entre les deux étages réactionnels pour laquelle un temps de séjour du gaz suffisant est réalisé pour l'équilibre dans l'étage inférieur 3, compris entre environ 1 seconde et 10 secondes, de
préférence par injection de liquide dans les ori-
fices d'entrée ou les tuyères du réacteur.
L'agglomération est empêchée dans la zone d'hydropyrolyse par une ou plusieurs des mesures suivantes: (1) Forte circulation des matières solides au niveau des tuyères d'injection du gaz en réglant la vitesse d'injection à un minimum d'environ 10 à environ
m/s. de gaz.
(2) Présence de particules d'absorbant multifonction de point de fusion éLevé
dans la zone à haute température immédia-
tement adjacent aux tuyères d'injection du gaz. (3) Température plus basse à la fois dans les zones d'hydropyrolyse et de combustion du carbone, en raison de la pression
et de réactions favorisées catalytiquement.
Comme il a été indiqué ci-dessus, l'absorbant multifonction de la présente invention comprend au moins un élément du groupe de transition et au moins un éLément alcalino-terreux. Par élément du groupe de transition, on entend un élément de transition ayant un numéro atomique de 21 à 30 compris, à savoir un élément choisi dans le groupe constitué de Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, et Zn. Par éLément alcalino-terreux, on entend un éLément choisi dans Le groupe IIa de la Classification Periodique, à savoir dans le groupe constitué de Be, Mg, Ca, Sr
ou Ba.
En généraL, l'élément du groupe de transition sera présent dans Le mélange d'absorbant sous forme de sulfure, d'oxyde ou de mélanges de ceux- ci, et l'élément alcalino-terreux sera présent sous forme d'oxyde, d'hydroxyde ou de mélanges de ceux-ci. L'élément de groupe de transition préféré est le fer, et l'élément alcalino-terreux est le calcium. Dans un mode de réalisation préféré, l'absorbant multifonction présent dans La zone d'hydropyrolyse 1 est un mélange comprenant un sous oxyde de transition, par exemple Fe304 ou Fe et/ou un sous sulfure du groupe de transition, par
exemple FeSl_xl o x est d'environ 0 à environ 0,9.
Sous cette forme, on peut voir que les conditions d'hydropyrolyse nécessaire pour la pratique de la présente invention sont celles qui améliorent la stabilité du constituant du groupe de transition dans les états de valence préférés, c'est-à-dire ceux représentés par les états de FeO4 ou FeO et des sulfures de fer contenant d'environ I à environ
% en poids de soufre.
Dans la détermination de la quantité d'absor-
bant nécessaire, il est préférable que l'absorbant multifonction contienne au moins d'environ 1 atome d'élément alcalino-terreux à environ 4 atomes d'élément alcalino-terreux par atome de soufre dans la matière
d'alimentaiton carbonée.
La quantité minima de constituants absorbants du groupe alcalino-terreux nécessaire est le rapport indiqué ci-dessus de l'élément alcalino-terreux au soufre dans La matière d'alimentation carbonée plus
un appoint pour la recarbonatation. Pour un fonction-
ment continu, le minimum est cette quantité plus l'appoint de la décantation provenant de la zone d'hydropyroLyse 1, c'est-à-dire les pertes dûes aux particules entraînées avec les gaz sortants plus L'appoint pour la recarbonisation dans l'étage supérieur de la zone d'hydropyrolyse. La quantité minima de l'élément du groupe de transistion du catalyseur est nécessaire et determinée par l'appoint de la décantation provenant
de l'étage inférieur de la zone d'hydropyrolyse.
Le constituant du groupe de transition est introduit dans la zone d'hydropyrolyse sous forme de sulfure, d'oxyde ou d'hydroxyde. Le constituant du groupe de transition préféré comme étant plus actif et plus sélectif est un constituant partiellement réduit qui est capable de former des sousoxydes tels que par exemple F304 ou FeO, et des sous-s, ulfures, tels que par exemple FeS, c'est-à-dire dans lequel le constituant du groupe de transition est dans l'un de ces états de valence inférieurs. Le constituant préféré peut être ajouté en tant que partie du mélange d'alimentation, mais il n'a pas besoin de l'être car il peut être produit in situ, dans les conditions de l'étage supérieur de la zone d'hydropyrolyse de l'invention qui comprend l'absorption du gaz carbonique
et du chlore par le constituant alcalino-terreux.
En particulier, les conditions d'hydropyrolyse contrô-
lées dans l'étage supérieur de la zone d'hydropyrolyse de la présente invention sont celles dans lesquelles les constituants du groupe de transition préféré
du mélange sont stables.
L'utilisation de deux constituants absorbant le soufre d'un absorbant multifonction en même temps que d'un mélange gazeux à teneur réglé en vapeur
et sous une pression supérieure à la pression atmosphé-
rique dans la présente invention permet la désulfuratio-
des gaz formes par hydrogénation du soufre en H2S et son élimination ultérieure in situ. La désulfuration du produit de carbonisation solide n'est pas nécessaire, car le résidu carboné n'ayant pas réagi est évacué de préférence dans une zone de combustion dans laquelle
les produits de combustion sont désulfurés in situ.
La figure 2 est un schéma simplifié d'un cycle de transmission de vapeur de base qui fait l'objet de la présente invention. Le combustible et si on le désire un absorbant multifonction dans une bouillie d'eau résiduaire sont introduits dans le système PFBC 52. Le produit est un gaz brut qui est introduit dans le système de refroidissement et d'épuration du gaz 54 et de la cendre qui est éliminé de n'importe quelle manière classique. Dans un mode de réalisation de l'invention, le gaz brut est d'abord refroidi par de l'eau de refroidissement provenant d'un système de récupération de chaleur 58, puis épuré. Le gaz brut obtenu est introduit dans un système de turbine à gaz à double fluide 56, tandis
que La matière particuLaire séparée du gaz est réintro-
duite dans le système PFBC 52. Le système de turbine à gaz à double fluide est utilisé pour produire de l'énergie. L'air en excès peut être renvoyé dans le système PFBC 52 et le gaz d'échappement chaud est introduit dans un système de récupération de chaleur 58. Le système de récupération de chaleur peut comprendre un générateur de vapeur à récupération de chaleur pour fournir de la vapeur à une turbine à vapeur qui produit de son côté de l'électricité. Un condenseur peut également être inclus dans le système de récupération de chaleur 58 dans lequel la chaleur peut être utilisée pour le refroidissement par absorption. Le condensat
obtenu est soit recyclé sous forme d'eau de refroidis-
sement dans le système de refroidissement et d'épuration du gaz 54, soit utilisé de n'importe quelle manière désirée. Du gaz d'échappement propre est libéré dans
l'atmosphère par la cheminée 60.
La figure 3 est un schéma d'un mode de réalisation de la présente invention. Dans ce mode de réalisation, du charbon, du calcaire (l'absorbant multifonction) et de l'eau sont ajoutés par les courants 64, 65, 66 respectivement, à un moyen pour la préparation de la bouillie 63. La bouillie obtenue
est injectée par la pompe 4 dans l'hydropyrolyseur 1.
Le gaz brut formé est soutiré de l'hydropyrolyseur 1 et introduit dans un cyclone 7 de la même manière que dans le mode de réalisation représenté dans la
figure 1.
Le mode de réalisation de la figure 3 fonctionne
tout à fait de la même manière que le mode de réalisa-
tion représenté dans la figure 1, avec certaines modifications, et sera décrit ci-dessous. Il est à noter que les détails des éléments décrits à propos
de la figure 1 ne seront pas répétés pour la figure 3.
Les courants de la figure 3 ont été renumérotés pour éviter toute confusion lorsqu'on se réfère au tableau 1. Cependant, d'autres éléments qui sont communs aux deux modes de réalisation ont les mêmes numéros de désignation que dans la figure 1. Le tableau 1 donne les résultats d'un modèLe de calculateur pour aider à optimiser les températures, les pressions et les
flux massiques des divers courants.
x / /
TABLEAU 1
Courant Brève Temp. Pression Flux massique Enthalpie Exergie Entropie
Description K Pa kg/s J/s J/s J/K
64 Charbon ajouté pour former une bouillie 288,7 1,586x106 1,1022 -1, 6032x106 3,0224x107 -1,0304x103 Calcaire ajouté comme absorbant pour former une bouillie 288,7 1,586x106 3,3948x10-2 -4,1138x105 -4,7913x104 8,9969x10l 66 Eau ajoutée pour former une bouillie 288,7 1,653x104 1,1022 -1,7733x107 -4,3533x104 -1,0621x104 67 Gaz brut allant du PFBR au cyclone pour l'épuration 1172,0 1,358x106 8,1612 -3,0472x107 2,3939x107 1, 0219x104 69 Gaz brut du cyclone à
l'échangeur-
réchauffeur 1172,0 1,358x106 7,93]6 -2,9418x107 2,3333x107 1,027x104 Gaz brut allant de
l'échangeur-
réchauffeur à l'épuration du gaz froid 699,8 1,358x106 7,93]6 -3,5201x107 1,9425x107 3,9947x103 Lo TABLEAU 1 (suite) Courant Brève Temp. Pression Flux massique Enthalpie Exergie Entropie
Description K Pa kg/s J/s J/s J/K
71 Air allant du compresseur auxiliaire au PFBC 456,9 1,586x106 5,7152 -7, 7603x106 1,4597x106 -2,1275x103 72 Gaz et air allant du réfigérant 17 au comresseur auxiliaire 422,0 1,283x106 5,7152 -7,9847x106 1,2768x106 -2, 2664x103 73 Eau ajoutée au réfrigérant 17 289,6].,310x106 6,516x]0-] -1, 048x107 -2,4768x104 6,27x103 74 Air allant du compresseur principal 34 au réfrigérant 17 770,6 1,297x106 5,0636 2,4952x10b 1,8717x106 2,0911x103 Air allant du compresseur principal au brûleur à
gaz de haut-
fourneau 770,6 1,297x]06 5,8227 2,8693x106 2,1523x106 2,4046x106 . ro o "O o o %o TABLEAU 1 (suite) Courant Brève Temp. Pression Flux massique Enthalpie Exergie Entropie
Description K Pa kg/s J/s J/s J/K
76 Vapeur allant de la turbine à vapeur 14 au brûleur à gaz de hautfourneau 464,6 1,297x106 1,9376xlO-1 -2,5763x106 1,5867x105 -6,1017x102 77 Air allant de l'orifice d'entrée au compresseur principal 34 288,7 7, 584x104 1,0886x101 -1,0539x105 -7,969x105 2,3193x103 78 Production de vapeur à basse pression de la turbine à vapeur 87 433,3 6,205x105 3,7796 4,9983x107 2,8371x106 -1,0126x104 Gaz épuré allant du précipitateur humide 19 à
l'échangeur-
réchauffeur 68 425,5 1,344x106 8,8064 -5,0027x107 1,8415x107 -3,8156x103 81 Gaz combustible allant
de l'échangeur-
réchauffeur 68 au brûleur à gaz de haut-fourneau 859,5 1,344x106 8,8084 4,4244x107 2,142x107 5,5031x103 o o Wo C> Tableau 1 (suite) Courant Brève Temp. Pression Flux massique Enthalpie Exergie Entropie
Description K Pa kg/s J/s J/s J/K
82 Gaz chaud allant de la turbine A
gaz 30 au généra-
teur de vapeur a récupération de chaleur 83 743,7 7,998x104 1,4825x101 -5, 5373x].07 9,3078x106 1,7362x104 84 Air ajouté au générateur de
vapeur à récu-
pération de 288,7 7,584x104 2,5068 -2,4268x104 -1,8351x105 5,3409x102 chaleur 83 Eau ajoutée au générateur de
vapeur à récu-
pération de chaleur 83 362,1 4,619x106 4,788 -7,4715x107 1,456x105 -3, 9486x104 86 Gaz auxiliaire
ajouté au g6né-
rateur de vapeur à récupération de chaleur 83 288,7 2,144x]05 1,51]xlO-]. -6,6952x105 7,3956x106 -7,8334x102 os \0 C) c, \0 O o On U4 TABLEAU 1 (suite) Courant Brève Temp. Pression Flux massique Enthalpie Exergie Entropie
Description K Pa kg/s J/s J/s J/K
89 Vapeur d'extrac-
tion allant de la turbine à vapeur 87 à la turbine à vapeur auxiliaire 14 560,9 4,585x106],9376x]0-1 -2,5342x106 2,0496x105 -6,2421x102 Gaz chaud allant du brûleur à gaz de haut-fourneau 22 à la turbine à gaz principale 1282,7 1,290x106 1,4825x101 -4,3924x107 2,129x107 1,5573x104 91 Eau introduite dans le laveur 18 288,7 7,653x104 1,7189 -2,7655x107 -6, 7919x104 -1,6563x104 CD ro os o o \0 Dans l'exemple représenté dans lafigure 3, le gaz propre éliminé du précipitateur humide 19 est introduit par le courant 80 dans l'échangeur-réchauffeur 68. Le gaz propre obtenu est introduit directement dans
le brûleur à gaz de haut-fourneau 22 par le courant 81.
Un combustible auxiliaire peut aussi être ajouté si on
le désire.
Plutôt que d'introduire la matière particu-
laire résiduelle et de l'eau provenant du précipitateur humide 19 dans la cellule de combustion du carbone 9, comme dans le mode de réalisation représenté dans la figure 1, on se débarrasse du résidu de n'importe
quelle manière classique.
Du gaz chaud est soutiré de la turbine à gaz par le courant 82 et introduit dans le générateur de vapeur à récupération de chaleur 83. De l'air, de l'eau et du gaz naturel sont également ajoutés au générateur de vapeur à récupération de chaleur 83 par les courants 84, 85 et 86, respectivement. Le gaz naturel est utilisé pour un chauffage supplémentaire pour augmenter la production de vapeur du générateur de vapeur à récupération de chaleur 83. La vapeur fait fonctionner une turbine à vapeur 87 produisant de l'énergie avec un générateur électrique 88 et de
la vapeur à basse pression. Cette vapeur à basse pres-
sion est extraite par le courant 89 pour faire fonc-
tionner une turbine à vapeur auxiliaire 14 qui entraîne le compresseur auxiliaire 10 de la même manière que
dans le mode de réalisation représenté dans la figure 1.
Le gaz d'échappement résiduaire provenant du HRZG 83 est
envoyé dans la cheminée 84. Un condenseur (non repré-
senté) peut être ajouté au système pour condenser la
vapeur quittant le HRSG 83.

Claims (20)

REVENDICATIONS
1. Système de production d'énergie comprenant:
a/ une zone d'hydropyrolyse (1) pour l'hydro-
pyrolyse d'une matière d'alimentation carbonée, cette zone d'hydropyrolyse ayant un étage supérieur (2) et un étage inférieur (3); b/ une pompe (4) pour injecter une matière d'alimentation carbonée dans La zone d'hydropyrolyse entre l'étage supérieur et l'étage inférieur; c/ une première zone de séparation pour éliminer un produit de carbonisation du gaz combustible provenant de la zone d'hydropyrolyse; d/ une zone de refroidissement brusque (13) pour refroidir le gaz combustible provenant de la première zone de séparation;
e/ une seconde zone de séparation pour éli-
miner une quantité supplémentaire de produit de carbo-
nisation du gaz combustible provenant de la première zone de séparation; f/ une zone de combustion du gaz combustible pour brûler du gaz combustible provenant de la seconde zone de séparation; et g/ une zone de production d'énergie pour obtenir de l'énergie à partir du gaz d'échappement et de la vapeur provenant de la zone de combustion du gaz
combustible.
2. Système de production d'énergie de la revendication 1, dans lequel cette zone d'hydropyrolyse est un lit fluidisé sous une pression supérieure à la
pression atmosphérique.
3. Système de production d'énergie de la
revendication 1, contenant en outre une zone de conver-
sion (9) du produit de carbonisation efficace pour rece-
voir des matières solides provenant de la première et
de la seconde zones de séparation.
BR 9604 US/GL
4. Système de production d'énergie de la revendication 3, comprenant en outre une pompe (4) pour introduire de l'eau dans la zone de conversion du
produit de carbonisation.
5. Système de production d'énergie de la
revendication 4, dans lequet des particules d'absor-
bant multifonction comprenant au moins un élément choisi parmi les éléments ayant un numéro atomique
de 21 à 30 sont placées dans cette zone d'hydro-
pyrolyse et en contact avec la matière d'alimenta-
tion carbonée.
6. Système de production d'énergie de
la revendication 5, dans lequel les particules d'ab-
sorbant multifonction contiennent un oxyde ou un
sulfure de cet élément.
7. Système de production d'énergie de la
revendication 5, dans lequel ces particules d'absor-
bant multifonction comprennent en outre au moins un élément choisi dans le groupe IIa de la Classification
Périodique.
8. Système de production d'énergie de la
revendication 5, dans lequel ces particules d'absor-
bant multifonction et cette cendre provenant de cette zone de conversion du produit de carbonisation sont soutirées et mélangées avec moins d'environ 30 % d'eau
pour une évacuation sous forme de ciment.
9. Système de production d'énergie de la revendication 4, dans lequel cette première zone de séparation du produit de carbonisation et cette seconde zone de séparation du produit de carbonisation sont combinées.
10. Système de production d'énergie de la revendication 5, dans lequel un séparateur élimine ces particules d'absorbant multifonction contenant des éléments ayant un numéro atomique de 25 à 28 de ce produit de carbonisation avant que ce produit de carbonisation ne passe dans cette première zone de
séparation du produit de carbonisation.
11. Système de production d'énergie de la revendication 4, comprenant en outre un échangeur
de chaleur pour chauffer le gaz combustible prove-
nant de cette première zone de séparation avant l'entrée dans cette zone de combustion du gaz combustible.
12. Système de production d'énergie de la revendication 4, dans lequel cette seconde zone de séparation comprend un laveur Venturi (18), un séparateur
d'eau et de particules, et un précipitateur éLectro-
statique humide (19).
13. Système de production d'énergie de la revendication 4, dans lequel cette zone de production
d'énergie comprend une turbine à gaz (30).
14. Système de production d'énergie de la revendication 13, comprenant en outre une chaudière de récupération de la chaleur pour recevoir le gaz d'échauffement et la vapeur de la turbine à gaz et
pour produire une vapeur séparée.
15. Système de production d'énergie de la revendication 13, dans lequel cette turbine à gaz entraîne un compresseur à air qui fournit de l'air sous pression à cette zone d'hydropyrolyse et à cette
zone de conversion du produit de carbonisation.
16. Système de production d'énergie de la revendication 13, dans lequel le gaz d'échappement 3M provenant de cette turbine à gaz est envoyé dans un échangeur de chaleur pour chauffer ce gaz combustible avant que ce gaz combustible ne pénètre dans cette
zone de combustion du gaz.
17. Système de production d'énergie de la revendication 13, dans lequel ce gaz d'échappement provenant de cette turbine à gaz est introduit dans un condenseur pour éliminer de l'eau qui est recyclée
dans ce système de production d'énergie.
18. Système de production d'énergie de la revendication 14, comprenant enoutre une turbine à vapeur (14) entraînée par la vapeur produite par
cette chaudière à récupération de chaleur.
19. Système de production d'énergie de La revendication 18, comprenant en outre un compresseur auxiliaire (10) relié mécaniquement à cette turbine à vapeur pour comprimer l'air et fournir de l'air à cette zone de conversion du produit de carbonisation
pour la combustion.
20. Système de production de l'énergie de la revendication 19, comprenant en outre un générateur électrique (15) couplé à cette turbine à vapeur pour
produire de l'électricité.
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