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WO2006053869A1 - Procede de gazeification de matieres carbonees et dispositif pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Procede de gazeification de matieres carbonees et dispositif pour sa mise en oeuvre Download PDF

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WO2006053869A1
WO2006053869A1 PCT/EP2005/055978 EP2005055978W WO2006053869A1 WO 2006053869 A1 WO2006053869 A1 WO 2006053869A1 EP 2005055978 W EP2005055978 W EP 2005055978W WO 2006053869 A1 WO2006053869 A1 WO 2006053869A1
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WO
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gas
heater
heated
feed gas
reactor
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PCT/EP2005/055978
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Inventor
Jacques Ribesse
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Original Assignee
DE AZCOITIA LUIS
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Definitions

  • the present invention relates to a process for the gasification of carbonaceous materials in the form of solid particles, comprising
  • Carbonaceous material in the form of solid particles is any solid material containing carbon in a fragmented state, such as for example biomass, industrial residues, household waste, coal, coal, wood waste, etc. .
  • the object of the present invention is to propose a gasification process in which the gas obtained has qualities and performances at least equal to, and preferably greater than those of the known process, and in which the ashes are discharged in an intensely free form. carbon element and particularly low pollution, and this in a simple and economical manner.
  • the process according to the invention offers the advantage of allowing to overheat not only the gaseous mixture to be used for gasification reaction at a temperature above 1200 ° C, preferably from 1300 to 1400 ° C, but also simultaneously a dry feed gas which will be able to form in the reactor a fuel mixture for treating the ash at a temperature greater than 1500 ° C, preferably 1600 ° C.
  • the fuel mixture consumes all the residual carbon of the unburned materials having undergone the gasification reaction and the gas resulting from the combustion of the fuel mixture and enriched with CO by passage through the ashes joins the raw reaction gas, increasing the qualities of the latter.
  • the gasification reaction is so rapid that there is no passage through the usual phase of tar formation, which simplifies the process and reduces the cost.
  • said heating of said gaseous mixture takes place in a horizontal heater, filled with refractory thermal materials, and it comprises, sequentially, during a first period of time, a first phase of heating refractory thermal materials of a first portion of the heater by passing through this first portion by flue gases obtained by combustion of combustible gas and combustion air, and a first phase of heat exchange between refractory thermal materials, previously heated, a second portion of the heater and the water vapor and the feed gas fed into the second part of the heater, and for a second period of time, a second heating phase of the refractory thermal materials of the second part of the heater that has been cooled during the first phase of rmique, by crossing this second part by the aforementioned flue gases, and a second phase of heat exchange between the refractory heat materials of the first part of the heater, - A - which have been heated during said first heating phase, and the water vapor and the feed gas supplied in this first part of the heater
  • said feed gas is air
  • said heated gas mixture is a mixture of air and water vapor and said gas forming with the dry feed gas, heated
  • a fuel mixture is a gaseous fuel.
  • it is gasified in the presence of an oxidizing gaseous medium, which makes it possible, after cooling and purification, to produce a purified reaction gas that can be used in industrial furnaces or to supply gas turbines or various engines.
  • said feed gas is a fuel gas
  • said heated gas mixture is a mixture of this fuel gas and water vapor and said gas forming with the dry feed gas, heated, a fuel mixture is an oxidizing gas.
  • the gasification is advantageously carried out in the presence of a recycled gas mixed with water vapor, which makes it possible to produce synthesis gas for the production of, for example, ammonia, methanol, fuel synthetic liquid, or direct reduction of minerals.
  • the present invention also relates to a heater for carrying out the process according to the invention.
  • This heater comprises - a horizontal cylindrical envelope, a vertical perforated partition dividing this envelope into two parts, each filled with refractory thermal materials,
  • At least one burner to which the fuel gas and the combustion air are fed, and which is situated at the bottom of the heater near the perforated partition, and
  • FIG. 1 schematically represents a carbonaceous material gasification installation implementing a method according to the invention.
  • Figure 2 is an enlarged scale, a schematic axial sectional view of a heater, as shown in Figure 1.
  • FIG. 3 is a perspective view of a refractory heat element that can be used in the heater of FIG.
  • FIG. 4 represents, on an enlarged scale, a schematic view of a gasification reactor according to the invention, as illustrated in FIG.
  • FIG. 5 represents a partial schematic view of a variant embodiment of a gasification reactor that can be used according to the invention.
  • FIG 1 is illustrated an embodiment of installation according to the invention.
  • This installation comprises a gas heater 1 which feeds a gasification reactor 2 into an oxidizing gas mixture formed of air and water vapor, at a temperature of at least 1200 ° C., and in dry air at this same temperature. .
  • the heater has a cylindrical envelope 3 which is arranged horizontally and divided into two parts 4 and 5, advantageously symmetrical, by a perforated vertical partition 6. These two parts are filled with refractory thermal materials 7, an item of which is shown in more detail in Figure 3. It is understood that this is shown for illustrative purposes and that many other forms of refractory thermal materials can be applied.
  • each of the two parts 4.5 of the casing there is provided an inlet for water vapor 8.8 'which is located opposite the perforated partition 6.
  • This inlet of water vapor 8, 8 ' is located at the top of the heater 1 and is closable by a valve.
  • an inlet 9,9 'for a gas supply which, in the exemplary embodiment, is air. This is at a lower level than that of the inlet 8,8 'for the water vapor, in particular at the bottom of the heater 1, and it is supplied with air by a compressor 10 connected to these inputs 8, 8 'by a conduit 11, 11' closable by a valve 12,12 '.
  • the heater further comprises an outlet 13 for the heated gas mixture of air and steam, which outlet is unique for the two parts 4 and 5 in the illustrated example and which communicates with the gasification reactor via a duct. 14.
  • This single outlet 13 is located between the two parts 4 and 5 of the heater, above the perforated partition 6, so as to be in simultaneous communication with the two aforementioned parts 4 and 5.
  • the heater also comprises an outlet 15 for heated dry air, which, in the example illustrated, is common to the two parts 4 and 5 of the envelope, and therefore unique.
  • This outlet 15 is in the lower half of the heater. It is in communication with the gasification reactor 2 via line 16.
  • the heater further comprises a burner 17, which, in the example shown, is common to the two parts 4.5 of the envelope and therefore unique. Here, it is supplied with combustion air, preferably already hot, by a conduit 18 closed by a valve 19 and fuel gas, preferably already hot, by a conduit 20 closed by a valve 21.
  • a valve 22 sets the chamber combustion 23 where the burner opens in communication with one or other of the parts 4 and 5 of the heater, alternatively.
  • Each of these parts is provided with at least one outlet for the flue gas, here two outlets 24,24 ', closable by valves 25,25'.
  • the flue gases are evacuated under pressure through the conduits 26, 26 'to an expansion device 27.
  • the gasification reactor as illustrated in FIGS. 1 and 4, is supplied with carbonaceous material 29 from a storage tank 28 into which heated dry air can be introduced at 30, bottom of the tank 28.
  • This is provided with an elevator 31 which opens at the top of an intermediate tank 32, which is in communication from below with a pressurized tank 33, then with a permanent pressure tank 34.
  • These tanks 32, 33 and 34 are respectively separated by valves 35 and 36.
  • the gasification reactor 2 is supplied with gasification material at its top, by a material injection screw 37 receiving this material from the tank 34 and introducing it into the jet of heated oxidizing gas mixture which emits under pressure into the reactor .
  • the illustrated reactor 2 is provided with an annular duct 38 for collecting the reaction gases and this duct communicates with a lateral outlet duct 39.
  • conduit 16 which supplies the heated dry air from the heater and a conduit 40 which is fed with a gaseous fuel.
  • an orifice 42 is provided for the evacuation of the latter in a pressurized watering chamber 43 provided with nozzles 44 for injecting water in spray form.
  • the orifice 42 is provided with a flow control member known per se 45.
  • the spraying chamber 43 communicates from below with an intermediate tank 44, then with a conveyor belt 45.
  • the outlet duct 39 for the raw reaction gas is connected via a duct 46 to a heat exchanger 47 which, in the example shown, comprises four stages.
  • the upper stage 48 is provided with an inlet and an outlet for the combustion air.
  • the next stage 49 is provided with an inlet and an outlet for the fuel gas and the next stage 50 is provided with an inlet for water and an outlet for water vapor.
  • the lower stage 51 is provided with an inlet and an outlet for drying air.
  • the combustion air inlet is, in the illustrated example, connected by the duct 52 to the air compressor 10 and the combustion air outlet is connected via the duct 18 to the burner 17 of the heater 1.
  • the fuel gas inlet is, in the illustrated example, connected by the duct 53 to the purified reaction gas outlet duct 54.
  • the fuel gas outlet is connected to the burner 17 via the duct 20.
  • the inlet for the water in the stage 50 of the heat exchanger is at 55 and the steam leaving via the duct 56 can be transmitted through the container 57 to the steam inlet. water 8 and 8 'of the heater 1.
  • the inlet for the drying air in the stage 51 is at 58 and the heated dry air exiting at 59 is supplied with 30 for drying the carbonaceous materials to be treated.
  • the bottom of the heat exchanger 47 is, via a filter 61, in communication with a washer 60, followed by a two-stage scrubber 62 and 63, filled with activated carbon and operating alternately.
  • the outlet duct of the purified reaction gas 54 is connected to the top of these two stages of scrubber
  • the installation according to the invention operates in the following manner: in a first time period, a heating phase of the part 5 of the heater 1 takes place.
  • the valve 22 is in the position shown in solid lines in FIG. 2.
  • Preheated air at a temperature of 750 ° C. in the stage 48 of the heat exchanger 47 and the preheated fuel gas at a temperature of 450 ° C in the stage 49 of the same exchanger are burned in the burner 17.
  • the fuel gas comes, in the illustrated example, a partial recycling of the purified reaction gas obtained in 54.
  • the flue gases pass through the thermal materials 7 of the part 5 of the heater by heating them at high temperature, then they are discharged through the outlet 24 ', the conduit 25' and the device 27 where is performed a relaxation.
  • Inlet valve 8 'for water vapor and valve 12' for air inlet are closed.
  • the part 4 of the heater allows a heat exchange.
  • compressed air 10 is injected into a lower zone of this same part 4 of the heater, through the inlet 9.
  • the valves 25 of the flue gas outlets are then closed.
  • the air heated by the thermal materials in the part 4 of the heater is mixed with the heated water vapor in the upper zone of this part and this oxidizing mixture leaves the heater via the conduit 13 at a temperature which can reach 1300 ° C. at 1400 ° C.
  • the air does not mix with water vapor and is instead dried, which allows a simultaneous outlet of dry air through line 15 at a temperature also from 1300 to 1400 ° C.
  • This first period of time can last for example 2.5 to 4 minutes.
  • valves are then inverted in each part of the heater.
  • the fuel gas inlet is cut off by closing the valve 21 for 2 seconds and then the valve 22 is placed in the position shown in dashed lines in FIG. this second period of time is the part 4 of the heater which is subjected to the heating step and the part 5 to the heat exchange.
  • the heater works thus continuously.
  • the expansion device 27 makes it possible to recover 80% of the energy required for the compression of the air in the compressor 10. The totally burnt gases leaving the expansion device 27 are discharged into the atmosphere.
  • the carbonaceous material previously dried by air preheated in the heat exchanger 47 is in the form of coarse particles of the order of 10 to 40 mm and is brought to the top of the gasification reactor 1. There it is supplied in a stream of gas oxidizing air + steam at very high temperature (1300 ° - 1400 ° C) forming a mobile bed where a reaction occurs, without passing through the tar formation phase.
  • the reaction in reactor 2 produces a crude reduction gas having a temperature of the order of 900 ° C.
  • the gas is evacuated, via the circular duct 38, the duct 39, a cyclonic separator 64 and the duct 46, to the heat exchanger 47 which it traverses from top to bottom the 4 stages 48 to 51.
  • the raw reaction gas cooled then passes through the filter 61, the gas washer 60 and one of the two scrubber stages 62,63 which provides a purified reaction gas, part of which can be recycled and used for the operation of the burner 17 .
  • the dry air very hot (1300-1400 0 C) is injected into a lower part of the gasification reactor 2, through the conduit 16.
  • fuel gas preheated to 750 ° C in the exchanger Thermal 47 is injected at 40.
  • This fuel gas also comes from a recycling of the purified reaction gas obtained.
  • the combustion of this fuel gas in dry air causes a temperature rise to above 1500 ° C, possibly up to 1600 ° C.
  • the ashes resulting from the gasification reaction carried out at the top of the reactor 2 and falling are traversed by the gas of the latter combustion and all the carbon they contain. still is consumed, these gases being collected with the reaction gas via line 38.
  • the ashes 41 liquefy and accumulate at the bottom of the reactor 2 in molten form. Their level is controlled by differential pressure and they flow into the watering chamber 43 where, by jets of water, they are cooled and vitrified and then discharged by the conveyor belt 45.
  • finer carbonaceous materials the particles of which have a size of the order of 0.5 to 8 mm.
  • These are fed from several permanently pressurized tanks 34 arranged peripherally around the reactor and this by means of several feed screws 37.
  • the gas mixture oxidizing air + steam is also injected tangentially at these levels. screw 37, which makes it possible to form in the middle of the reactor a circulating bed in which the gasification reaction takes place.
  • the crude reaction gas is collected at the top of the reactor, while the lower part of the latter may be identical to that shown in FIG. 4.
  • the heater 1 it is also possible to heat a fuel gas in the heater 1, instead of air, and especially the recycled reaction gas which has been taken for example from 65 in the fuel line. output of the purified reaction gas.
  • the heated gas mixture exiting the heater through line 14 is therefore a mixture of recycled reaction gas + steam, while the dry gas exiting via line 16 is dry recycled reaction gas, which is a combustible gas.
  • Through line 40 neither a gaseous fuel but an oxidizing gas, for example oxygen, is supplied.
  • This process makes it possible to produce at the outlet of the installation a purified synthesis gas which has a CO + H 2 concentration> 90%.
  • the net yield of the gasification can then be of the order of 82%.
  • an important advantage of the process according to the invention is that the emissions to the atmosphere do not include harmful elements of the S, Cl, P, NO, fly ash type, or discharge of pollutants such as tars. , toxic liquids, and the like.

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Abstract

Procédé de gazéification de matières carbonées sous forme de particules solides, comprenant un chauffage d'un mélange gazeux formé d'un gaz d'alimentation et de vapeur d'eau dans un réchauffeur (1), une mise en contact, dans un réacteur de gazéification sous pression (2), des particules de matières carbonées et dudit mélange gazeux chauffé avec formation d'un gaz de réaction brut et de cendres non brûlées, une alimentation séparée du réchauffeur en vapeur d'eau, d'une part, et en ledit gaz d'alimentation, d'autre part, un prélèvement séparé, hors du réchauffeur, dudit mélange gazeux en (13) et d'une partie dudit gaz d'alimentation à l'état sec en (16), et dans le réacteur de gazéification, une injection de ce gaz d'alimentation sec et d'un gaz formant avec lui un mélange combustible dans les cendres.

Description

"Procédé de gazéification de matières carbonées et dispositif pour sa mise en oeuyre"
La présente invention est relative à un procédé de gazéification de matières carbonées sous forme de particules solides, comprenant
- un chauffage d'un mélange gazeux formé d'un gaz d'alimentation et de vapeur d'eau dans un réchauffeur, à une température d'au moins 1200 °C,
- une mise en contact, dans un réacteur de gazéification sous pression, des particules de matières carbonées et dudit mélange gazeux chauffé avec formation d'un gaz de réaction brut et de cendres non brûlées,
- une récupération du gaz de réaction brut hors du réacteur,
- une fusion des cendres, et
- une élimination des cendres fondues.
Par matières carbonées sous forme de particules solides, il faut entendre toute matière solide contenant du carbone à l'état fragmenté, comme par exemple des biomasses, des résidus industriels, des ordures ménagères, du charbon, de la houille, des déchets ligneux, etc.
On connaît de nombreuses techniques de gazéification fonctionnant sous pression. La plupart des procédés connus sont spécialisés pour une gamme restreinte de matières premières et présentent des performances peu satisfaisantes. La plupart de ces procédés sont lents et produisent des quantités importantes de goudron dont l'élimination est compliquée. Ces procédés négligent aussi le traitement des cendres.
On connaît un procédé du type décrit au début (voir demande de brevet ES-A-2190689). Ce procédé est applicable à n'importe quelle matière carbonée et prévoit, après la réaction de gazéification, une fusion des cendres et une vitrification des cendres fondues pour leur élimination. Ce procédé présente toutefois encore l'inconvénient d'une performance encore insatisfaisante en particulier dans le degré atteint de combustion du carbone contenu dans la matière à gazéifier.
La présente invention a pour but de proposer un procédé de gazéification dans lequel le gaz obtenu présente des qualités et des performances au moins égales, et de préférence supérieures à celles du procédé connu, et dans lequel les cendres sont évacuées sous une forme intensément exempte d'élément carboné et particulièrement peu polluante, et cela d'une manière simple et économique.
Pour résoudre ce problème on a prévu suivant l'invention un procédé tel que décrit au début, qui comprend en outre
- une alimentation séparée du réchauffeur en vapeur d'eau, d'une part, et en ledit gaz d'alimentation, d'autre part,
- un prélèvement séparé, hors du réchauffeur, dudit mélange gazeux à ladite température d'au moins 1200°C, d'une part, et d'une partie dudit gaz d'alimentation à l'état sec et à cette même température, d'autre part, et
- dans le réacteur de gazéification, une injection de ce gaz d'alimentation sec et d'un gaz formant avec lui un mélange combustible dans les cendres issues de ladite réaction de gazéification, pour atteindre par combustion une température supérieure à 1500°C.
Le procédé suivant l'invention offre l'avantage de permettre de surchauffer non seulement le mélange gazeux devant servir à la réaction de gazéification à une température supérieure à 1200°C, de préférence de 1300 à 1400°C, mais aussi simultanément un gaz d'alimentation sec qui va pouvoir former dans le réacteur un mélange combustible pour traiter les cendres à une température supérieure à 1500°C, avantageusement de 1600°C. A cette température le mélange combustible consomme tout le carbone résiduel des matières non brûlées ayant subi la réaction de gazéification et le gaz issu de la combustion du mélange combustible et enrichi en CO par passage au travers des cendres rejoint le gaz de réaction brut, en augmentant les qualités de ce dernier.
Aux températures indiquées la réaction de gazéification est tellement rapide qu'il n'y a aucun passage par la phase habituelle de formation de goudron, ce qui simplifie le procédé et en réduit le coût.
Suivant une forme de réalisation préférée du procédé de l'invention, ledit chauffage dudit mélange gazeux a lieu dans un réchauffeur horizontal, rempli de matières thermiques réfractaires, et il comprend, de manière séquentielle, pendant une première période de temps, une première phase de chauffe des matières thermiques réfractaires d'une première partie du réchauffeur par traversée de cette première partie par des gaz de fumée obtenus par combustion de gaz combustible et d'air de combustion, et une première phase d'échange thermique entre des matières thermiques réfractaires, préalablement chauffées, d'une deuxième partie du réchauffeur et la vapeur d'eau et le gaz d'alimentation alimentés dans cette deuxième partie du réchauffeur, et pendant une deuxième période de temps, une deuxième phase de chauffe des matières thermiques réfractaires de la deuxième partie du réchauffeur qui ont été refroidies pendant ladite première phase d'échange thermique, par traversée de cette deuxième partie par les gaz de fumées susdits, et une deuxième phase d'échange thermique entre les matières thermiques réfractaires de la première partie du réchauffeur, - A - qui ont été chauffées pendant ladite première phase de chauffe, et la vapeur d'eau et le gaz d'alimentation alimentés dans cette première partie du réchauffeur, et une étape de purge de la partie du réchauffeur où viennent de passer les gaz de fumées avant que celle-ci ne soit alimentée en gaz d'alimentation et vapeur d'eau à chauffer par échange thermique. Dans cette forme de réalisation, le réchauffeur fonctionne comme un brûleur quasi continu.
Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, ledit gaz d'alimentation est de l'air, ledit mélange gazeux chauffé est un mélange d'air et de vapeur d'eau et ledit gaz formant avec le gaz d'alimentation sec, chauffé, un mélange combustible est un combustible gazeux. Dans ce cas on gazéifie en présence d'un milieu gazeux oxydant ce qui permet de produire, après refroidissement et épuration, un gaz de réaction épuré utilisable dans des fours industriels ou pour alimenter des turbines à gaz ou moteurs divers.
Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, ledit gaz d'alimentation est un gaz combustible, ledit mélange gazeux chauffé est un mélange de ce gaz combustible et de vapeur d'eau et ledit gaz formant avec le gaz d'alimentation sec, chauffé, un mélange combustible est un gaz comburant. Dans ce cas, la gazéification est effectuée avantageusement en présence d'un gaz recyclé mêlé à de la vapeur d'eau, ce qui permet de produire du gaz de synthèse en vue de la production par exemple d'ammoniac, de méthanol, de carburant liquide synthétique, ou de la réduction directe des minerais.
D'autres particularités du procédé suivant l'invention sont indiquées dans les revendications annexées.
La présente invention concerne également un réchauffeur pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. Ce réchauffeur comprend - une enveloppe cylindrique horizontale, - une cloison perforée verticale divisant cette enveloppe en deux parties, remplies chacune de matières thermiques réfractaires,
- dans chacune des deux parties de l'enveloppe, au moins une entrée pour la vapeur d'eau située d'un côté opposé à ladite cloison perforée et à un niveau élevé, ainsi qu'au moins une entrée pour le gaz d'alimentation située également d'un côté opposé à ladite cloison perforée et à un niveau inférieur au niveau de ladite au moins une entrée pour la vapeur d'eau,
- pour les deux parties de l'enveloppe, une sortie pour ledit mélange gazeux chauffé, entre lesdites deux parties, au bout du réchauffeur, et une sortie pour le gaz d'alimentation chauffé, sec, entre lesdites deux parties, à un niveau inférieur à celui de la sortie pour le mélange gazeux chauffé,
- au moins un brûleur, auquel est alimenté le gaz combustible et l'air de combustion, et qui est situé au bas du réchauffeur à proximité de la cloison perforée, et
- dans chacune des deux parties de l'enveloppe, au moins une sortie pour les gaz de fumée située audit côté opposé à la cloison perforée.
Par les agencements réciproques des diverses entrées et sorties et dudit au moins un brûleur, il est possible, suivant l'invention, de produire dans un même réchauffeur, en continu et simultanément, un gaz d'alimentation humide chauffé et un gaz d'alimentation sec chauffé.
D'autres particularités du réchauffeur suivant l'invention sont indiquées dans les revendications annexées.
D'autres détails et avantages de l'invention ressortiront de la description, donnée ci-après à titre non limitatif et avec référence aux dessins de formes de réalisation de l'invention.
La figure 1 représente schématiquement une installation de gazéification de matières carbonées mettant en oeuvre un procédé suivant l'invention. La figure 2 est, à l'échelle agrandie, une vue en coupe axiale schématique d'un réchauffeur, tel qu'illustré sur la figure 1.
La figure 3 est une vue en perspective d'un élément thermique réfractaire utilisable dans le réchauffeur de la figure 2.
La figure 4 représente, à l'échelle agrandie, une vue schématique d'un réacteur de gazéification suivant l'invention, tel qu'illustré sur la figure 1.
La figure 5 représente une vue schématique partielle d'une variante de réalisation de réacteur de gazéification utilisable suivant l'invention.
Sur les différents dessins, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes références.
Sur la figure 1 , est illustrée un exemple de réalisation d'installation suivant l'invention. Cette installation comprend un réchauffeur de gaz 1 qui alimente un réacteur de gazéification 2 en un mélange gazeux oxydant formé d'air et de vapeur d'eau, à une température d'au moins 1200°C, et en air sec à cette même température.
Ainsi qu'il est illustré sur la figure 2, le réchauffeur présente une enveloppe cylindrique 3 qui est disposée horizontalement et divisée en deux parties 4 et 5, avantageusement symétriques, par une cloison verticale perforée 6. Ces deux parties sont remplies de matières thermiques réfractaires 7, dont un élément est représenté de manière plus détaillée sur la figure 3. Il est bien entendu que celui-ci est représenté à titre illustratif et que bien d'autres formes de matières thermiques réfractaires peuvent être appliquées.
Dans chacune des deux parties 4,5 de l'enveloppe on a prévu une entrée pour de la vapeur d'eau 8,8' qui est située à l'opposé de la cloison perforée 6. Cette entrée de vapeur d'eau 8,8' est située au sommet du réchauffeur 1 et est obturable par une vanne. On a également prévu dans chacune de ces parties 4,5 , également à l'opposé de la cloison perforée, une entrée 9,9' pour un gaz d'alimentation qui, dans l'exemple de réalisation, est de l'air. Celle-ci se situe à un niveau inférieur à celui de l'entrée 8,8' pour la vapeur d'eau, en particulier au bas du réchauffeur 1 , et elle est alimentée en air par un compresseur 10 relié à ces entrées 8,8' par un conduit 11 ,11 ' obturable par une vanne 12,12'.
Le réchauffeur comprend par ailleurs une sortie 13 pour le mélange gazeux chauffé d'air et de vapeur d'eau, sortie qui est unique pour les deux parties 4 et 5 dans l'exemple illustré et qui communique avec le réacteur de gazéification par un conduit 14. Cette sortie unique 13 est située entre les deux parties 4 et 5 du réchauffeur, au-dessus de la cloison perforée 6, de manière à être en communication simultanée avec les deux parties susdites 4 et 5.
Le réchauffeur comprend aussi une sortie 15 pour de l'air sec chauffé, qui, dans l'exemple illustré, est commune pour les deux parties 4 et 5 de l'enveloppe, et donc unique. Cette sortie 15 se situe dans la moitié inférieure du réchauffeur. Elle est en communication avec le réacteur de gazéification 2 par le conduit 16.
Le réchauffeur comprend encore un brûleur 17, qui, dans l'exemple illustré, est commun pour les deux parties 4,5 de l'enveloppe et donc unique. Ici, il est alimenté en air de combustion, de préférence déjà chaud, par un conduit 18 obturable par une vanne 19 et en gaz combustible, de préférence déjà chaud, par un conduit 20 obturable par une vanne 21. Un clapet 22 met la chambre de combustion 23 où débouche le brûleur en communication avec l'une ou l'autre des parties 4 et 5 du réchauffeur, alternativement. Chacune de ces parties est pourvue d'au moins une sortie pour les gaz de fumée, ici deux sorties 24,24', obturables par des vannes 25,25'. Les gaz de fumée sont évacués sous pression par les conduits 26,26' vers un dispositif de détente 27.
Le réacteur de gazéification, tel qu'illustré sur les figures 1 et 4, est alimenté en matières carbonées 29 depuis un réservoir de stockage 28 dans lequel de l'air sec chauffé peut être introduit en 30, au bas du réservoir 28. Celui-ci est pourvu d'un élévateur 31 qui débouche au sommet d'un réservoir intermédiaire 32, lequel est en communication par le bas avec un réservoir pressurisé 33, puis avec un réservoir sous pression permanente 34. Ces réservoirs 32, 33 et 34 sont respectivement séparés par des vannes 35 et 36.
Le réacteur de gazéification 2 est alimenté en matière à gazéifier à son sommet, par une vis d'injection de matière 37 recevant cette matière depuis le réservoir 34 et l'introduisant dans le jet de mélange gazeux oxydant chauffé qui débouche sous pression dans le réacteur.
Dans sa partie centrale, le réacteur 2 illustré est muni d'un conduit annulaire 38 pour collecter les gaz de réaction et ce conduit communique avec un conduit de sortie latéral 39.
Dans la partie inférieure du réacteur 2 illustré débouchent le conduit 16 qui alimente l'air sec chauffé provenant du réchauffeur ainsi qu'un conduit 40 auquel est alimenté un combustible gazeux.
Dans le fond du réacteur où s'accumulent les cendres fondues 41 , un orifice 42 est prévu pour l'évacuation de celles-ci dans une chambre d'arrosage pressurisée 43 pourvue de tuyères 44 pour injecter de l'eau sous forme pulvérisée. L'orifice 42 est muni d'un organe de contrôle d'écoulement connu en soi 45. La chambre d'arrosage 43 communique par le bas avec un réservoir intercalaire 44, puis avec un tapis roulant 45.
Le conduit de sortie 39 pour le gaz de réaction brut est relié par un conduit 46 à un échangeur de chaleur 47 qui, dans l'exemple illustré, comporte quatre étages. L'étage supérieur 48 est pourvu d'une entrée et d'une sortie pour l'air de combustion. L'étage suivant 49 est pourvu d'une entrée et d'une sortie pour le gaz combustible et l'étage suivant 50 est pourvu d'une entrée pour de l'eau et d'une sortie pour de la vapeur d'eau. L'étage inférieur 51 est pourvu d'une entrée et d'une sortie pour de l'air de séchage. L'entrée d'air de combustion est, dans l'exemple illustré, reliée par le conduit 52 au compresseur d'air 10 et la sortie d'air de combustion est reliée par le conduit 18 au brûleur 17 de réchauffeur 1.
L'entrée du gaz combustible est, dans l'exemple illustré, reliée par le conduit 53 au conduit de sortie de gaz de réaction épuré 54. La sortie du gaz combustible est reliée au brûleur 17 par le conduit 20.
L'entrée pour l'eau dans l'étage 50 de l'échangeur de chaleur s'effectue en 55 et la vapeur sortant par le conduit 56 peut être transmise, par l'intermédiaire du récipient 57, aux entrées pour la vapeur d'eau 8 et 8' du réchauffeur 1.
L'entrée pour l'air de séchage dans l'étage 51 s'effectue en 58 et l'air sec chauffé sortant en 59 est alimenté en 30 pour le séchage des matières carbonées à traiter.
Le bas de l'échangeur de chaleur 47 est, par l'intermédiaire d'un filtre 61 , en communication avec un laveur 60, suivi d'un épurateur à deux étages 62 et 63, garnis de charbon actif et fonctionnant en alternance. Le conduit de sortie du gaz de réaction épuré 54 est raccordé au sommet de ces deux étages d'épurateur
L'installation suivant l'invention, telle qu'illustrée sur les figures 1 à 4, fonctionne de la manière suivante : dans une première période temps, une phase de chauffe de la partie 5 du réchauffeur 1 a lieu. Le clapet 22 est dans la position représentée en traits pleins sur la figure 2. De l'air préchauffé à une température de 750 °C dans l'étage 48 de l'échangeur de chaleur 47 et du gaz combustible préchauffé à une température de 450 °C dans l'étage 49 de ce même échangeur sont amenés à combustion dans le brûleur 17. Le gaz combustible provient, dans l'exemple illustré, d'un recyclage partiel du gaz de réaction épuré obtenu en 54. Les gaz de fumée traversent les matières thermiques 7 de la partie 5 du réchauffeur en chauffant celles-ci à haute température, puis ils sont évacués par la sortie 24', le conduit 25' et le dispositif 27 où est effectuée une détente. Pendant ce temps, la vanne de l'entrée 8' pour la vapeur d'eau et la vanne 12' pour l'entrée d'air sont fermées.
Pendant cette même première période de temps, la partie 4 du réchauffeur permet un échange thermique. De la vapeur d'eau formée à partir d'eau, chauffée dans l'étage 50 de l'échangeur 47 et conduite au réchauffeur depuis le récipient 57 jusqu'à l'entrée 8, est introduite par le haut à une extrémité du réchauffeur. Pendant ce temps, de l'air comprimé en 10 est injecté dans une zone inférieure de cette même partie 4 du réchauffeur, par l'entrée 9. Les vannes 25 des sorties de gaz de fumée sont alors fermées.
Par un contrôle de débit des gaz, il est possible d'éviter dans le réchauffeur un mélange entre les gaz de fumée et les gaz oxydants.
L'air chauffé par les matières thermiques dans la partie 4 du réchauffeur se mêle à de la vapeur d'eau chauffée dans la zone supérieure de cette partie et ce mélange oxydant sort du réchauffeur par le conduit 13 à une température qui peut atteindre 1300° à 1400°C. En même temps, dans la zone inférieure de la partie 4, l'air ne se mélange pas à de la vapeur d'eau et est au contraire séché, ce qui permet une sortie simultanée d'air sec par le conduit 15 à une température également de 1300 à 1400°C.
Cette première période de temps peut durer par exemple de 2,5 à 4 minutes.
On procède alors à l'inversion des vannes dans chacune des parties du réchauffeur. Pour purger la partie 5 des gaz de fumée, on coupe, par fermeture de la vanne 21 , l'arrivée de gaz combustible, pendant 2 secondes, puis on place le clapet 22 dans la position illustrée en traits interrompus sur la figure 2. Pendant cette deuxième période de temps, c'est la partie 4 du réchauffeur qui est soumise à l'étape de chauffe et la partie 5 à l'échange thermique. Le réchauffeur fonctionne ainsi en continu. Le dispositif de détente 27 permet de récupérer 80% de l'énergie nécessaire à la compression de l'air dans le compresseur 10. Les gaz totalement brûlés sortis du dispositif de détente 27 sont évacués à l'atmosphère.
Dans l'exemple de réalisation illustré, la matière carbonée préalablement séchée par de l'air préchauffé dans l'échangeur de chaleur 47 se présente sous la forme de particules grossières de l'ordre de 10 à 40 mm et elle est amenée au sommet du réacteur de gazéification 1. Là elle est alimentée dans un courant de mélange gazeux oxydant air + vapeur d'eau à très haute température (1300°- 1400°C) en formant un lit mobile où il se produit une réaction, sans passer par la phase de formation de goudrons.
La réaction dans le réacteur 2 produit un gaz de réduction brut présentant une température de l'ordre de 900 °C. Le gaz est évacué, via le conduit circulaire 38, le conduit 39, un séparateur cyclonique 64 et la conduit 46, à l'échangeur de chaleur 47 dont il parcourt de haut en bas les 4 étages 48 à 51. Le gaz de réaction brut refroidi passe alors par le filtre 61 , le laveur de gaz 60 et un des deux étages d'épurateur 62,63 ce qui permet d'obtenir un gaz de réaction épuré, dont une partie peut être recyclée et utilisée pour le fonctionnement du brûleur 17.
Comme indiqué plus haut, l'air sec, très chaud (1300- 14000C) est injecté dans une partie basse du réacteur de gazéification 2, par le conduit 16. Conjointement, du gaz combustible préchauffé à 750 °C dans l'échangeur thermique 47 est injecté en 40. Ce gaz combustible provient également d'un recyclage du gaz de réaction épuré obtenu. La combustion de ce gaz combustible dans l'air sec provoque une élévation de température à plus de 1500°C, éventuellement jusqu'à 1600°C. Les cendres qui sont issues de la réaction de gazéification réalisée au haut du réacteur 2 et qui tombent sont traversées par le gaz de cette dernière combustion et tout le carbone qu'elles contiennent encore est ainsi consommé, ces gaz étant récoltés avec le gaz de réaction par le conduit 38.
Par ailleurs à cette température élevée, les cendres 41 se liquéfient et s'accumulent au fond du réacteur 2 sous forme fondue. Leur niveau est contrôlé par pression différentielle et elles s'écoulent dans la chambre d'arrosage 43 où, par jets d'eau, elles sont refroidies et vitrifiées pour être évacuées ensuite par le tapis roulant 45.
Suivant une variante de réalisation, illustrée sur la figure 5, on peut par exemple mettre en œuvre des matières carbonées plus fines, dont les particules ont une taille de l'ordre de 0,5 à 8 mm. Celles-ci sont alimentées depuis plusieurs réservoirs sous pression permanente 34 disposés périphériquement autour du réacteur et cela par l'intermédiaire de plusieurs vis d'alimentation 37. Le mélange gazeux oxydant air + vapeur d'eau est lui aussi injecté tangentiellement au niveau de ces vis 37, ce qui permet de former au milieu du réacteur un lit circulant dans lequel a lieu la réaction de gazéification.
Dans cet exemple de réalisation le gaz de réaction brut est récolté au sommet du réacteur, tandis que la partie inférieure de ce dernier peut être identique à ce qui est illustré sur la figure 4.
Suivant une autre variante de réalisation de l'invention on peut aussi prévoir de chauffer dans le réchauffeur 1 , au lieu d'air, un gaz combustible, et notamment du gaz de réaction recyclé qui a été prélevé par exemple en 65 dans le conduit de sortie du gaz de réaction épuré. Le mélange gazeux chauffé sortant du réchauffeur par le conduit 14 est donc un mélange de gaz de réaction recyclé + vapeur d'eau, tandis que le gaz sec sortant par le conduit 16 est du gaz de réaction recyclé sec, qui est un gaz combustible. Par le conduit 40, on alimente non plus un combustible gazeux mais un gaz comburant, par exemple de l'oxygène. Ce procédé permet de produire à la sortie de l'installation un gaz de synthèse épuré qui présente une concentration CO +H2 > 90%. Le rendement net de la gazéification peut alors être de l'ordre de 82%. Il faut noter qu'un avantage important du procédé suivant l'invention est que les émissions à l'atmosphère ne comportent pas d'éléments nocifs du type S, Cl, P, NO, cendres volants, ni rejet de matières polluantes telles que goudrons, liquides toxiques, et analogues.
Le tableau ci-dessous illustre les résultats obtenus par le procédé suivant l'invention en fonction de la matière première utilisée et du type de gazéification prévu.
Figure imgf000015_0001
P.C. I. = pouvoir calorifique inférieur du gaz épuré utile. * Rendement = P.C. I. gaz épuré utile/P.C.I. matière sèche.
Il doit être entendu que l'invention n'est en aucune façon limitée aux modes et formes de réalisation décrits ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées dans le cadre des revendications annexées.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de gazéification de matières carbonées sous forme de particules solides, comprenant
- un chauffage d'un mélange gazeux formé d'un gaz d'alimentation et de vapeur d'eau dans un réchauffeur, à une température d'au moins 1200 °C,
- une mise en contact, dans un réacteur de gazéification sous pression, des particules de matières carbonées et dudit mélange gazeux chauffé avec formation d'un gaz de réaction brut et de cendres non brûlées,
- une récupération du gaz de réaction brut hors du réacteur,
- une fusion des cendres, et
- une élimination des cendres fondues, caractérisé en ce qu'il comprend en outre
- une alimentation séparée du réchauffeur en vapeur d'eau, d'une part, et en ledit gaz d'alimentation, d'autre part,
- un prélèvement séparé, hors du réchauffeur, dudit mélange gazeux à ladite température d'au moins 1200°C, d'une part, et d'une partie dudit gaz d'alimentation à l'état sec et à cette même température, d'autre part, et
- dans le réacteur de gazéification, une injection de ce gaz d'alimentation sec et d'un gaz formant avec lui un mélange combustible dans les cendres issues de ladite réaction de gazéification, pour atteindre par combustion une température supérieure à 1500°C.
2. Procédé suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit chauffage dudit mélange gazeux a lieu dans un réchauffeur horizontal, rempli de matières thermiques réfractaires, et en ce qu'il comprend, de manière séquentielle, pendant une première période de temps, une première phase de chauffe des matières thermiques réfractaires d'une première partie du réchauffeur par traversée de cette première partie par des gaz de fumée obtenus par combustion de gaz combustible et d'air de combustion, et une première phase d'échange thermique entre des matières thermiques réfractaires, préalablement chauffées, d'une deuxième partie du réchauffeur et la vapeur d'eau et le gaz d'alimentation alimentés dans cette deuxième partie du réchauffeur, et pendant une deuxième période de temps, une deuxième phase de chauffe des matières thermiques réfractaires de la deuxième partie du réchauffeur qui ont été refroidies pendant ladite première phase d'échange thermique, par traversée de cette deuxième partie par les gaz de fumées susdits, et une deuxième phase d'échange thermique entre les matières thermiques réfractaires de la première partie du réchauffeur, qui ont été chauffées pendant ladite première phase de chauffe, et la vapeur d'eau et le gaz d'alimentation alimentés dans cette première partie du réchauffeur, et une étape de purge de la partie du réchauffeur où viennent de passer les gaz de fumées avant que celle-ci ne soit alimentée en gaz d'alimentation et vapeur d'eau à chauffer par échange thermique.
3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend, dans chacune desdites première et deuxième parties du réchauffeur, l'alimentation du gaz d'alimentation à chauffer à un niveau inférieur à l'alimentation de la vapeur d'eau, dans une zone supérieure du réchauffeur, un prélèvement continu dudit mélange gazeux de gaz d'alimentation et de vapeur d'eau à ladite température d'au moins 1200°C, et, dans une zone du réchauffeur inférieure à ladite zone supérieure de prélèvement continu dudit mélange gazeux, un prélèvement continu dudit gaz d'alimentation sec à ladite température d'au moins 1200°C.
4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit gaz d'alimentation est de l'air, en ce que ledit mélange gazeux chauffé est un mélange d'air et de vapeur d'eau et en ce que ledit gaz formant avec le gaz d'alimentation sec, chauffé, un mélange combustible est un combustible gazeux.
5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit gaz d'alimentation est un gaz combustible, en ce que ledit mélange gazeux chauffé est un mélange de ce gaz combustible et de vapeur d'eau et en ce que ledit gaz formant avec le gaz d'alimentation sec, chauffé, un mélange combustible est un gaz comburant.
6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un refroidissement du gaz de réaction brut récupéré du réacteur et, par échange thermique pendant ce refroidissement, isolément ou en combinaison quelconque, un préchauffage de l'air de combustion utilisé dans le réchauffeur, un préchauffage du gaz combustible utilisé dans le réchauffeur, une formation à partir d'eau de vapeur d'eau à utiliser dans le réchauffeur et un chauffage d'air de séchage à envoyer au travers des matières carbonées à gazéifier.
7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une épuration du gaz de réaction brut et un recyclage d'au moins une partie du gaz de réaction épuré comme gaz combustible pour lesdites premières et deuxièmes phases de chauffe du réchauffeur.
8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il comprend une épuration du gaz de réaction brut et un recyclage d'au moins une partie du gaz de réaction épuré comme gaz d'alimentation du réchauffeur.
9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend une injection par le haut du réacteur des particules de matière carbonée et dudit mélange gazeux chauffé avec formation d'un lit mobile, une évacuation des cendres fondues au bas du réacteur et une récupération du gaz de réaction à un niveau intermédiaire.
10. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend une injection tangentielle à haute vitesse, à un niveau intermédiaire entre le haut et le bas du réacteur, des particules de matières carbonées et dudit mélange gazeux chauffé, une récupération du gaz de réaction brut au haut du réacteur et une évacuation des cendres fondues au bas du réacteur.
11. Réchauffeur (1 ) pour la mise en œuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend
- une enveloppe cylindrique horizontale (3),
- une cloison perforée verticale (6) divisant cette enveloppe en deux parties (4,5), remplies chacune de matières thermiques réfractaires (7),
- dans chacune des deux parties de l'enveloppe, au moins une entrée (8,8') pour la vapeur d'eau située d'un côté opposé à ladite cloison perforée (6) et à un niveau élevé, ainsi qu'au moins une entrée (9,9') pour le gaz d'alimentation située également d'un côté opposé à ladite cloison perforée et à un niveau inférieur au niveau de ladite au moins une entrée (8,8') pour la vapeur d'eau,
- pour les deux parties de l'enveloppe, une sortie (13) pour ledit mélange gazeux chauffé, entre lesdites deux parties, au haut du réchauffeur, et une sortie (15) pour le gaz d'alimentation chauffé, sec, entre lesdites deux parties, à un niveau inférieur à celui de la sortie (13) pour le mélange gazeux chauffé,
- au moins un brûleur (17), auquel est alimenté le gaz combustible et l'air de combustion, et qui est situé au bas du réchauffeur à proximité de la cloison perforée, et - dans chacune des deux parties de l'enveloppe, au moins une sortie (24,24') pour les gaz de fumée située audit côté opposé à la cloison perforée (6).
12. Réchauffeur suivant la revendication 11 , caractérisé en ce qu'il comprend une sortie unique (13) pour le mélange gazeux chauffé, qui est située entre les deux parties (4,5) de l'enveloppe (3), au-dessus de la cloison perforée (6), et une sortie unique (15) pour le gaz d'alimentation chauffé, sec, qui est également située entre les deux parties (4,5) de l'enveloppe.
13. Réchauffeur suivant l'une des revendications 11 et 12, caractérisé en ce qu'il comprend un brûleur unique (17), et un clapet (23) qui dévie alternativement les gaz de fumées dans l'une ou l'autre des parties (4,5) de l'enveloppe.
14. Réchauffeur suivant l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que les matières thermiques réfractaires (7) ont une forme d'éléments tubulaires à cavité orientée horizontalement.
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