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PROCEDE POUR LA PRODUCTION DE GAZ COMBUSTIBLES A PARTIR DE COMBUSTIBLES
LIQUIDES
La présente invention est relative à la production de gaz com- bustibles, en particulier de gaz à pouvoir calorifique élevé, susceptibles d'être utilisés comme gaz de villeou de gazà 1-'eau à haute teneur en oxyde de carbone et en hydrogène destiné à la synthèse des hydrocarbures ou analogues, production réalisée par transformation avec destruction de combustibles liquides, tels que les huiles de pétrole, les distillats ou résidus des huiles de pétrole, le goudron ou les distillats de goudrons ou analogues.
On a déjà proposé de produire des gaz combustibles en partante par exemple, d'huiles de goudron de lignite, en mettant au contact avec des corps réfractaires chauds (empilages) 1-'huile d'hydrocarbure finement di- visée;, par exemple par pulvérisation sous pression à travers une buseo L'huile d'hydrocarbure subit ainsi une décomposition exothermique donnant naissance à des gaz permanents. Ce procédé connu offre l'avantage de don- ner un gaz de pouvoir calorifique très élevé (8000 cal/m3 ou davantage).
Par contreil présente l'inconvénient qu'une fraction très importante du combustible de départe environ 45%, se transforme en hydrocarbures à poids moléculaire élevé (goudron et brai), ainsi qu'en benzol et en une quantité notable de carbone élémentaire. Le rendement en gaz de ce procédé est donc relativement faible et l'on n'obtient, par kg. de combustible liquide de départe que 0,6 m3 de gaz environo
On connaît, 'également, un procédé de production de gaz combus- tibles à partir de combustibles liquides, par la méthode dénommée "carbura- tion de gaz à l'esu".
Dans ce procéder il se produit également une décom- position de l'huile d'hydrocarbure sur des parois chaudes, mais en présence
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de vapeur d'eauo Le rendement en gaz s'en trouve notablement accru et la quantité de résidus goudronneux recueillis est abaissée, de sorte que 70 à
75 % du combustible liquide de départ sont transformés en gaz combustibleso
On obtient., par ce procédé, un mélange de gaz à l'eau et de gaz de décom- position, dont le pouvoir calorifique oscille entre 2500 et 3700 cal/m3, selon la quantité du combustible liquide traité et la nature de la réaction effectuée.
On a perfectionné ce procédé en opérant la décomposition du combustible liquide en présence de vapeur d'eau préchauffée dans des accu- mulateurs de chaleur à récupération en même temps que l'on élevait la tem- pérature de réaction par addition d'une certaine quantité d'air, de façon que le carbone élémentaire séparé se transforme entièrement en constituants gazeux, partie par réaction avec l'oxygène partie par réaction avec la vapeur d'eau préchaufféeo De cette manière, 85 à 90 % du combustible li- quide de départ sont transformés en gaz., mais le gaz utile produit contient un pourcentage important d'azote et., par suite, ne peut pratiquement être utilisé que pour certaines opérations de chauffage.
La présente invention résoud le problème de la production d'un gaz combustible de pouvoir calorifique élevé, qui peut être pratiquement exempt d'azote, à partir de combustibles liquides et ce de la manière sui- vante :
On utilise pour transformer le combustible liquide en gaz un système de régénérateurs, connu en soi, fonctionnant par circulation à di- rection alternéequi comprend deux accumulateurs de chaleur pour préchauf- fer alternativement les agents de réaction (vapeur d'eau ou analogue) et une chambre de réaction disposée entre eux., dans laquelle on fait passer les agents de réaction préchauffés et le combustible à gazéifier.
Ensuite, selon l'inventions on fournit au mélange formé par le combustible introduit et les agents de réaction préchauffés avec régéné- ration., une nouvelle quantité de chaleur après la formation de ce mélange de telle sorte que la température de celui-ci s'élève encore plus et at- teint la valeur nécessaire pour obtenir la réalisation complète, ou à peu près complètes des transformations envisagées.
La chaleur peut être fournie au mélange préchauffé de diffé- rentes manières.
D'abord, il est possible de monter entre les deux régénéra- teurs servant au préchauffage des agents de réaction un autre système de régénération, auquel est amenée, pendant le chauffage, de la chaleur de ma- nière indépendante par rapport aux deux régénérateurs, de telle sorte que la température de fonctionnement du système régénérateur médian est sensi- blement plus élevéeo
Une autre forme d'exécution importante de l'invention consiste à ajouter au mélange préchauffée dans la chambre de réaction ou à l'entrée dans celle-ci, des gaz de combustion chauds, qui éventuellement aussi peu- vent être obtenus en faisant agir par réaction exothermique une partie de la substance combustible, que contient le mélange,
sur de l'oxygène ou de l'airs que l'on souffle directement dans la chambre de réaction ou qui pas- sent en même temps que la Vapeur d'eau ou les autres matières de réaction à travers les régénérateurs de préchauffage. Avec cette forme de réalisa- tion de l'invention,on obtient l'avantage que le système de régénération médian ou supplémentaire intercalé entre les régénérateurs de préchauffage peut être supprimé et que, le cas échéant, les régénérateurs de préchauf- fage peuvent être réalisés sous une forme sensiblement plus petite.
On peut aussi réaliser cette dernière forme d'exécution de
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l'invention, en faisant passer, à travers le régénérateur de préchauffage, une partie du combustible à transformer, en même temps que les matières de réaction, et en obtenant ainsi une température si élevée que l'oxygène entrant dans la chambre de réaction peut produire à cette haute température une combustion du combustible préchauffée
Une forme de réalisation avantageuse de cette dernière méthode selon l'invention, consiste à faire passer à travers les régénérateurs de préchauffage, à côté des agents de réaction endothermique (vapeur d'eau
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ou analogue)., assez dg'ene9 avec une partie du combustible sTtransf or- mer,
pour que la composition du mélange d'oxygène et de combustible soit au-dessous ou au=dessus de celle correspondant à la limite d'explosion, tandis que dans la chambre de réaction pénètrent le reste du combustible avec le reste de la quantité d'oxygène nécessaire à lélévation de tempé-
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rature que l'on désire obtenir à l'intérieur de ladite chambre.
L'avanta- ge essentiel de cette méthode de travail réside dans le fait que l'on a l'assurance davoir une formation complète du mélanges avant que ne commen- cent les transformations qui se produisen-t sous Inaction de la séparation
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du carbone, et queon évite des hautes concentrations locales en hydrocar- bures défavorables qui pourraient, dans certaines circonstances, donner naissance à du carbone élémentaire (noir de fumée)
Dans le cas d'un système de régénération double il est avan-
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tageux, selon 19inventions après refroidissement de l'accumulateur de cha- leur où a été préchauffée la vapeur deau pendant une certaine période du fonctionnement, de faire passer dans cet accumulateur de chaleur de pré-
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chauffage,
sans renversement de la direction du courants de 10air au lieu de vapeur et de brûleravec cet air préchauffée une quantité partielle du
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combustible liquide dans une chambre de combustion disposée entre leaccu- mulateur de chaleur de préchauffage et laaoouatea.. de chaleur de réac- tion qui y est adjacente après quoi on conduit les gaz de combustion à travers le système de régénération jusqu8à ce que i'autre partie de celui- ci ait atteint la température nécessaire au chauffage des agents de réac-
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tion et 1-lon peut changer alors la direction du courant dans ledit système de régénération et faire passer de nouveau de la vapeur de eau.o Lutilisation du procédé selon l'invention permet d'obtenir un très haut rendement en gaz,
car seulement environ 3 à 6% des constituants goudronneux du combustible initial se forment ou subsistent non décomposés
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Ce haut rendement résulte du fait que la chambre de réaction, ou 1-laccumu- lateur de chaleur, oû le combustible liquide finement divisé vient en contact avec la vapeur d'eau préchauffée.!) se trouve maintenu à une haute température qui permet une décomposition pratiquement complète jusqu'au résidu indiqué sans formation appréciable de carbone élémentaireo
Le dessin annexée donné à titre d'exemple±1 montre une instal-
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lation pour la mise en oeuvre du procédé conforme à llînventîon.
Sur ce dessin : la fig. 1 est une vue partie en élévation et partie en coupe verticale. la figo 2 est une vue schématique d'une installation réalisée selon une au-
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tre forme deexécution.
L'installation représentée à la figo 1 comprend deux accumula- teurs de chaleur de préchauffage 1,, 2 et un accumulateur de chaleur de réac- tion 3. Dans la partie supérieure, ou extrémité en coupoles de chaque ac-
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cumalateur 1 et 2 est disposée une chambre de ooznbustion ! 9 , dans laquel- le on peut injecteur en 6 ou 7. par une tuyère, un combustible liquide sous haute pression, de telle sorte que celui-ci passe à l'état de fine division dans lesdites chambres de combustion.
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Des chambres de combustion .4 ou 1, un tuyau 16 va à 1-laccumula- teur de chaleur de réaction 3. qui se trouve divisé par une cloison inter- médiaire 17 en un compartiment ascendant et un compartiment descendant.
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Sur le toit de 19accumulateur de chaleur de réaction 3 sont montésp en et des tuyères d'injection ou organes analogues pour le combustible liquide, qui sont alimentées par un conduit d'amenée 10 avec soupape 11 à deux positions.
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On supposera que 19accumulateur de chaleur de préchauffage 1 a été, dans une période de fonctionnement précédente, porté à une haute température ainsi que 1-'accumulateur de chaleur de réaction 3. On intro-
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duite alors, dans 19accumulateur l. par le bas et par le tuyau 12 de la vapeur d'eau qui s'échauffe pendant sa montée contre le garnissage à tem- pérature élevée de 1-'accumulateur 1 et finalement vient en contacta dans
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la, coupole gauche de l'aeca.7.ate , avec le combustible liquide injecté par la tuyère 2.
Dans l'aacumalateur de chaleur -de réaction 3, règne une très haute température,, par exemple environ 1509 pendant la production de gaz à l'eau, pratiquement exempt d "'hydrocarbure9 et,\) par exemple, 1050 pendant la production de gaz de ville de pouvoir calorifique de 4000 kilo- calories/par m3.
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A cette température élevée, l.l1huile dhydrocarbure se décom- pose complètement en constituants gazeux avec un très petit résiduo Cette réaction se produit en principe dans toutes les zones de 1-9accumulateur de chaleur de réaction 3.
Les agents de réaction passent ensuite, par le tuyau 16, dans l'accumulateur de chaleur de préchauffage de droite 2. qui a été re-
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froidi pendant une période de fonctionnement préc'éclente et qui maintenant., dans la période actuelle, absorbe et accumule la chaleur sensible provenant des agents de réaction. Le gaz utile est aspiré en 15 hors de 1accumula- teur de chaleur de préchauffage 2.
Aussitôt que la température de la vapeur d'eau préchauffée dans
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1-laccululateur de chaleur de préchauffage ¯1,, ou que la température dans l'accumulateur de chaleur de réaction 2. s'est assez abaissée pour qu'une décomposition poussée de l'huile d'hydrocarbure ne puisse plus se produire,
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on interrompt l'amenée dilhuile d'hydrocarbure en 10 et l'entrée de vapeur d'eau en léo On introduit? alors, par le tuyau 119 de l'air dans l'accu- mulateur de chaleur de préchauffage 1 et? en même temps, on injecte, par
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la tére 6 un peu de combustible liquide à l'intérieur de la coupole 10 Le combustible liquide brûle en présence de 1-'air chaud qui s'écoule dans cette coupole 4.
Les gaz de combustion à très haute température qui se
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produisent passent à travers 1-9acommlateur de chaleur de réaction 1 et s'échappent ensuite? à travers Paccumu.lateur de chaleur de préchauffage 2 et par le carneau JJ,,0 Il en résulte que ll'accumlateur de chaleur de réac- tion 3, se trouve de nouveau porté à la haute température désirée et qu'en même temps dans les empilages de 19accwmlateur de chaleur de préchauffage 2 il s-9accumule autant de chaleur qu'il en faut pour le préchauffage de la vapeur. d'eau de réaction dans la période de fonctionnement suivanteo
Après l'obtention des températures désirées dans les régéné- rateurs g et 3.
on renverse le système de régénérationo On amène alors
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d'abords de la vapeur d9eau dans 1 accumulateur de chaleur de préchauffage 2 et l'on injecte du combustible liquide par la tuyère 8 dans la coupole de droite de l'accumalateur de chaleur de réaction 2.
Le gaz utile pro- duit cède sa chaleur- sensible à Paceumulateur de chaleur de préchauffage .1 et sort en 15 Aussitôt que la température dans les accumulateurs 2 et 3 - s'est abaissée suffisamment?, on arrête l'amenée de vapeur à l'accumulateur
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de chaleur de préchauffage 2 et 18injeetion de combustible par la tuyère 8 et? comme il a été décrit dans ce qui précède pour 1-'accumulateur de cha-
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leur de préchauffage 1, on provoque une combustion dans la coupole 5, de
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l9accxlatec de chaleur de préchauffage 20 Dans des cas spéciaux, il est possible pendant introduction de vapeur d?eaus daiat odxes en même temps,
dans 1-'accumulateur de chaleur de préchauffage 1 ou 29 un peu deaix 9 dooxygène pur ou d'air à forte teneur en oxygène, soit avec la vapeur d9eaff soit seul avec une certaine quantité d'huile par les tuyères 6 et 2. Cette mesure procure une nouvelle aug- mentation avantageuse de la température dans l'accumulateur de chaleur de réaction 3. L9introduction doxygène avec ou sans combustible liquide présente, en outre, 19avantage que 19'on peut prolonger les périodes alternées du système régénérateur et ques dans certaines conditions, le système tout entier peut même fonctionner de manière continue selon la composition permise du gaz utile.
Le dispositif représenté à la figure 2, servant à la mise en
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oeuvre d'une autre forme d'exécution de Pinvention9 comprend les deux ré- générateurs 101 102,en forme de tours, qui sont., ' à la manière connues équipés avec des empilages réfractaires ou éléments analogues,9 qui servent @ à accumuler la chaleur. La chambre des empilages se raccorde vers le haut
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avec les chambres libres 1039 104 des coupoles qui sont réunies par un au- tre conduit 117.
Dans la coupole 103 débouchent une ou plusieurs tuyères d'en-
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trée 105 et dans la coupole 104 débouchent les tuyères d'entrée 1070 Les ouvertures d'entrée 105 et 107 sont réalisées de telle sorte que, par exemples un combustible liquide, tel qu'un sous-produit du pétrole à haut point d'ébullition; puisse être amené sous haute pression par les tuyères
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et transformé ensuite, à 1-lintérieur des coupoles 1Qb 10. en un nuage - de fines gouttelettes.
Les organes d'arrêt et de réglage 1065) -108 servent à la commande du courant de liquide introduit par les tuyères l9 p 1070 A 1?extrémité inférieure du régénérateur 101 est raccordé le tuyau 11$g à gaz utiles relié à une chaudière à vapeur 10 d80û le gaz utile refroidi peut sZ!écou1ers vers la canalisation collectrice 120 de gaz utile, par le tuyau 119 commandé par une vanne d3arrêt lllo De manière semblable, le régénérateur est relié à la chaudière à vapeur 110 par le tsyau 121 et â, la canalisation collectrice 120 de gaz utile par le tuyau 122 commandé par la vanne 1120 A 19 extrémité inférieure des régénérateurs 101 et 102 débou-
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che5J en outre, le tube d'amenée 123 des agents de gazéification, commandé par les organes d?arrêt 115 116.
Le tube 12 reçoit en quantités régla- bles de la vapeur d?eau par le tuyau ru et de 1?oxygéne par le tuyau loo
On supposera que le régénérateur 101 est préalablement chauf- fé à la température qui est nécessaire pour le préchauffage désiré des agents de gazéification.
Dans cet état de fonctionnement, la vanne d9arrêt 111 est
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fermée et la vanne d'arrêt 112 est ouverteo En outre, la vanne d-arrêt 115 de fermeture du conduit d-amenée des agents de gazéification est ouverte et la vanne d9arrêt 116 est ferméeo Les agents de gazéification froids s'écoulent alors dans le régénérateur 101 par le bas et se réchauffent au contact de la garniture préchauffée du régénérateur. Par l'ouverture des
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tuyères 105 on introduite après un réglage approprié de >?organe de régla- ge 106. du combustible liquide dans la coupole 103o Le combustible réagit avec les agents de gazéificationo Les produits chauds de la réaction pas- sent en descendant dans le régénérateur 102 et y cèdent une partie de leur chaleur sensible à la garniture de ce régénérateur 102.
Un nouveau refroi- dissement du gaz utile a lieu alors dans la chaudière à vapeur 110o Le
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gaz utile refroidi passe alors, par le tqyau 122,dans la canalisation col- lectrice 120 en vue d'un traitement ultérieur et de son utilisation.
Après que la température dans le régénérateur 101 est descen- due au-dessous de la valeur nécessaire au préchauffage des agents de gazéi- fication, on ferme les vannes d'arrêt 115 et 112 et la soupape à combusti- ble 106 dans un ordre appropriée On ouvre ensuite, dans un ordre approprié, les vannes d'arrêt 111 et 116 et la soupape à combustible 108, de telle sor- te que les agents de gazéification se réchauffent alors-dans le régénérateur 102 et que les produits de réaction chauds cèdent leur chaleur sensible dans le régénérateur 111 et la chaudière à vapeur 1090
Après refroidissement du régénérateur 102, le procédé se répè- te par inversion de la marche, le régénérateur 107 servant de nouveau au préchauffage des agents de gazéification.
Dans le dispositif représenté on a traitée par exemple., un com- bustible liquide représentant le résidu gazeux d'une raffinerie d'huile et principalement d'hydrocarbures gazeux de la série du méthane, de 1-'éthane, du propane et du butaneo Ge gaz a un bas pouvoir calorifique de 17.800 ca- lories par m3 N. Avec chaque m3 N de ce gaz on a utilisé 1,5 m3 d'oxygène (à 95%) et 1,05 kg de vapeur d'eau.
On a obtenu un gaz utile de la composition suivante
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<tb> CO2 <SEP> 4,2 <SEP> %
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<tb> CO <SEP> 36,7 <SEP> %
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<tb> H2 <SEP> 56,9 <SEP> %
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<tb> N2 <SEP> 1,3 <SEP> %
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<tb> CH4 <SEP> 0,6 <SEP> %
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<tb> CnHn <SEP> 0,2 <SEP> %
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<tb> H2S <SEP> 0,1 <SEP> %
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un m N de gaz de départ produisant environ 5975 M3N de ce gaz à l'eau.
La température de réaction dans les coupoles 103, 104 a at- teint environ 1300-1400 C, tandis que les agents de gazéification étaient préchauffés dans les régénérateurs 101 et 102 à environ 10000.
On doit comprendre sous la dénomination "oxygène" utilisée . dans le cadre de l'invention aussi bien l'oxygène pur que Pair à teneur élevée en oxygène. De préférence, on opère avec un gaz contenant de 85 à 95 % de O2.
Si l'on doit utiliser l'installation représentée à la fig. 2, pour faire passer pendant le préchauffage des agents à réaction endothermi- que (vapeur d'eau ou analogue) un combustible gazeux ou sous forme de va- peur (hydrocarbure) avec les agents de réaction à travers les régénérateurs de préchauffages éventuellement aussi avec une quantité partielle d'oxygène ou d'airs on peut avantageusement utiliser les ouvertures d'entrée comman- dées par les organes d'arrêt 115, 116, pour introuduire, à la manière connues ces matières additionnelles dans les régénérateurs. Les vannes 115,116, sont, dans ce but, reliées avec des tuyaux correspondants par lesquels sont introduits les agents dont il s'agita