EP0122846A1 - Produit fluide à vocation énergétique et son application à l'alimentation d'une chambre de réaction en matière combustible - Google Patents
Produit fluide à vocation énergétique et son application à l'alimentation d'une chambre de réaction en matière combustible Download PDFInfo
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- EP0122846A1 EP0122846A1 EP84400666A EP84400666A EP0122846A1 EP 0122846 A1 EP0122846 A1 EP 0122846A1 EP 84400666 A EP84400666 A EP 84400666A EP 84400666 A EP84400666 A EP 84400666A EP 0122846 A1 EP0122846 A1 EP 0122846A1
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- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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- C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
- C10L1/32—Liquid carbonaceous fuels consisting of coal-oil suspensions or aqueous emulsions or oil emulsions
- C10L1/326—Coal-water suspensions
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- C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
- C10L1/32—Liquid carbonaceous fuels consisting of coal-oil suspensions or aqueous emulsions or oil emulsions
Definitions
- the subject of the invention is a fluid product with an energy vocation containing a finely divided combustible material, a device for preparing such a product and a particular application of the product to the supply of combustible material to a reaction chamber.
- the fuel must normally be introduced continuously into the reaction chamber and it is useful for this purpose to prepare it in the form of a fluid product capable of being conveyed in supply lines by simple means.
- inexpensive inert gas is not available, it is generally preferred to disperse the particles in a liquid phase to form a mixture having the consistency of a mud and which can be conveyed for example by means of a positive displacement pump.
- the coal is suspended in water but, in this case, the combustion reactions are delayed, which forces the combustion chambers to be increased and the thermal efficiency of the reaction is greatly reduced since a large part the energy supplied only serves to vaporize the water.
- the fluid products produced up to now for supplying the reactor with combustible material contain a proportion of liquid of at least 30%.
- the energy drawbacks of the use of such a proportion of liquid phase if it consists of a liquid fuel but, in this case, the economic advantage of the process is also reduced.
- the subject of the invention is a new fluid product with an energy vocation in which the proportion by weight of liquid phase relative to that of solid particles is significantly reduced compared to the known product and which also makes it possible to use very fine particles.
- the fluid product according to the invention consists of a stable foam produced by mixing a gaseous phase with the liquid phase supplemented with stabilizing and emulsifying products and inside which the solid particles are dispersed in a homogeneous manner, the liquid phase being constituted only by thin films connecting together the solid particles and limiting gas bubbles which occupy the spaces between the solid particles.
- the solid particles can have any particle size distribution and the proportion by weight of solid phase can exceed 75 X.
- the gas phase can be a neutral gas, an oxidizing gas or else a combustible gas.
- the invention also relates to a device for preparing a fluid product according to the invention comprising a means of preparation a stable foam by incorporating a gaseous phase into a liquid phase containing emulsifiers and stabilizers and a means for homogeneous dispersion of the particles of combustible material inside the foam thus prepared.
- the means for homogeneous dispersion of the solid particles in the foam comprises a double screw mixer comprising, inside an elongated cylindrical sheath, an agitator in the form of a helical ribbon driven in rotation around the axis in a direction determining the advance from upstream to downstream and on the periphery of the sheath of the foam introduced by an orifice placed at the upstream end, the helical ribbon surrounding an axial free space in the upstream part of which penetrates a screw feeder for the introduction of a determined flow of solid particles.
- the invention also relates to a process for introducing into a reaction chamber a solid combustible material finely pulverized and homogeneously dispersed in a stable foam in which the liquid phase consists solely of the films bonding between they solid particles and limiting gas bubbles which occupy the spaces between the particles, said foam then being circulated in a supply line of the reaction chamber.
- the foam is first produced by vigorous stirring of the liquid phase in the presence of the gas phase and then the solid particles are dispersed in the foam thus prepared, that -this can be stored in advance for later use.
- the fluid product before its introduction into the chamber, can be subjected to an increase in pressure leading to an increase in the proportion of solid material per unit of volume, up to a pressure below the limit pressure from of which the volume of the compressed product remains constant.
- FIG. 1 is shown schematically a sample of the product 1 which consists of a foam formed of bubbles 11 limited by liquid particles 12 in the form of a meniscus and inside which are homogeneously dispersed solid particles 13 connected together by liquid films 12.
- the solid particles 13 have been symbolized by spheres but can obviously have any shape.
- the average grain width is around 50 microns but can even drop below 20 microns.
- the gas bubbles 11 can have dimensions of the order of a millimeter but can also be smaller, the use of fine bubbles making it possible to increase the proportion of solid particles incorporated in the foam.
- the liquid phase consists solely of the films 12 for bonding between the particles 13 and that, consequently, the proportion by weight of the liquid in the product can be very reduced.
- the mixture is pumpable and can be transported inside pipes by any known means and it behaves like a compressible fluid.
- FIG 3 there is given by way of example a preparation scheme for such a product.
- the liquid phase for example water
- a tank 2 in which it is vigorously stirred with a thickening product 21, introduced by a metering device and which makes it possible to produce a kind of gel 20.
- This is then led into a second tank 23 into which water is also introduced via an inlet 24 and an emulsifier of the surfactant type via a line 25.
- the whole is vigorously stirred until all the liquid phase is emulsified with the gas present in the enclosure.
- the foam 10 thus produced is directed to a third tank 4 into which the solid particles 13 are poured by means of a dosing hopper 44. The whole is vigorously stirred to disperse the solid particles evenly inside the product 1 which is then shown schematically in the form shown in FIG. 1.
- the thickening product 21 introduced into the tank 2 stabilizes the emulsion by eliminating spontaneous ruptures of the films of liquid ensuring the partitioning of the foam and thus ensuring the suspension of solid particles.
- Non-volatile hygroscopic soluble products can be used such as, for example, carboxymethylcellulose, glycerol, dodecane, or else polyvinyl alcohol.
- the emulsifier 25 is a surfactant which emulsifies the gas in water.
- an alkylarylsulfonate or another known foaming agent for example a saponified fatty acid, an amine, quaternary ammonium, an alkylpolyethoxyetherphosphate etc ...
- a product was produced in which the liquid phase prepared before the incorporation of the gas contained 1% of surfactant and 0.2% of stabilizer.
- the foam can be circulated by means of a pump 27 in a closed circuit 28 from which the necessary foam is withdrawn by metering pumps 29. It is also possible to put the circuit 28 under pressure and replace the metering pumps by simple inlet valves making it possible for example to supply the burners to a reaction chamber 6.
- the fluid product constituted by the stabilized foam can undergo an increase in pressure which determines a reduction in the size of the bubbles and the approximation of the particles and consequently an increase in the density of the product.
- This limit depends on the concentration of solid particles and can be determined either empirically, by a series of tests, or by calculation.
- a compact stack of unimodal particle size distribution comprising 80% of particles of dimension less than 80 microns corresponds to a porosity of about 0.4. This means that, in a compact stack, the volume occupied by the solid particles is 60% of the whole.
- This pressure may prove to be too low for the supply of a gasification reactor.
- the limit pressure can reach 45 bars.
- the limit pressure is also a function of the ratio between the operating temperature and the temperature of preparation.
- the limit pressure can be increased by 10% if, at the time of use, the temperature is raised to 50 ° C as far as obviously, where the foam remains stable at such a temperature.
- FIG 4 there is shown by way of example an installation for the preparation under pressure of a fluid product based on coal, air and water.
- the aqueous solution prepared as in the case of FIG. 3, by mixing water with a thickener then an emulsifier, is brought by a pump 31 into a device 3 for preparing the foam consisting of a tube in the middle of which a venturi 30 is placed.
- the air is blown by a compressor 32 into the venturi and is thus incorporated into the aqueous solution to form a foam which is directed towards the mixer 4.
- the latter which may include several parts in line , consists essentially of an agitator in the form of a helical ribbon 41 driven in rotation about its axis by a motor 42 inside a cylindrical sheath 4 provided with an orifice 43 for introducing the foam, placed at the upstream end in the direction of flow of the product resulting from the rotation of the helical ribbon 41.
- the latter limits on the other hand a free axial space into which a screw metering device of known type enters, comprising a hopper provided at its base with a screw driven in rotation at around its axis and which extends into a tube 45 opening into the free space delimited by the helical strip 41 in the axis of the sleeve 4.
- the foam prepared in the device 3 and introduced through the orifice 43 in the sheath 4 is driven downstream along the internal periphery of the sheath by the rotation of the ribbon 41 and takes care of the finely divided coal , poured into the hopper 44 and which is therefore incorporated inside the foam with a flow rate regulated by the rotation of the screw. It is thus possible to obtain a perfectly homogeneous dispersion of the solid particles inside the foam.
- Such a mixer can operate at a low pressure below the limit pressure, for example from three to six bars and thus supply a main tank 5 maintained at the desired pressure.
- the product thus prepared can therefore be stored in advance in a tank maintained under low pressure.
- the buffer tank 5I is supplied from the main tank 5 by a positive displacement pump fitted with a booster. Indeed, the large proportion of gas contained in the product stored in the tank 5 could cause discontinuous and random discharge.
- the booster device could be constituted, very simply, by an archimedean screw placed in the bottom of the storage tank 5 and supplying a positive displacement pump 52.
- the buffer tank 51 is at a pressure higher than the operating pressure, the expansion of the compressed gas contained in the bubbles at the time of injection into the reactor promotes the spraying of the fluid product and very effectively disperses the coal particles inside the reactor. Given the fineness of the particles which can be achieved by the process according to the invention, a real atomization of the combustible material in the reactor is obtained.
- coal with a particularly fine particle size represents an important advantage, the recovery of the fuel being all the more effective as its particle size is fine since the time required for the reaction is a function of the grain size.
- the three-phase constitution of the product reduces the probabilities of impact of the particles against the walls, since the particles are kept inside the bubbles constituting the foam and consequently reduce the erosion of the organs injection.
- the possibility of manufacturing the product in advance in a stable, storable and directly usable form is an important advantage because it makes it possible to separate the installation for manufacturing the product from the users, who only have to provide devices for pressurizing and injecting into the reactor a fluid product already prepared.
- the use of a product in the form of foam reduces the pressure drop in the transport lines. It could therefore be interesting to prepare the combustible product in a place possibly very far from the place of use, for example near a place of production or importation of coal and to transport the sparkling product in a pipe to the combustion plant which could even be distant of several hundreds of km. Thanks to the low pressure drop, energy consumption for transport would be reduced.
- the product according to the invention had the following composition (by weight):
- the pressure drop increases relatively little with the mass flow rate since, in a pipe with a diameter of 25.5 mm, it varies from 0.12 to 0.20 Bar / m when the flow rate changes from 0.10 to 0.25 kg / s.
- the product has been described in the case of a coal-water-air mixture, it is obvious that a different solid fuel could be used with a liquid phase and a gaseous phase of other nature. It will be noted that, generally, the proportion of liquid phase must be as low as possible since the use of water decreases the energy yield and that a combustible liquid is more expensive.
- the gas phase is generally useful for the reaction and one could for example use as gas phase either an oxidizing gas or a combustible gas.
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Abstract
Description
- L'invention a pour objet un produit fluide à vocation énergétique contenant une matière combustible finement divisée, un dispositif de préparation d'un tel produit et une application particulière du produit à l'alimentation en matière combustible d'une chambre de réaction.
- On connaît divers procédés de combustion ou de gazéification utilisant une chambre de réaction alimentée en matière combustible solide telle que du charbon finement divisé.
- Le combustible doit normalement être introduit de façon continue dans la chambre de réaction et il est utile, à cet effet, de le préparer sous forme d'un produit fluide susceptible d'être véhiculé dans des conduites d'alimentation par des moyens simples. On peut utiliser par exemple un transport pneumatique, les particules étant mises en suspension dans un courant d'air, mais il en résulte un risque d'auto-inflammation et d'explosion. Si l'on ne dispose pas de gaz inerte à.bon marché, on préfère généralement disperser les particules dans une phase liquide pour former un mélange ayant la consistance d'une boue et pouvant être véhiculé par exemple au moyen d'une pompe volumétrique. Généralement, le charbon est mis en suspension dans de l'eau mais, dans ce cas, on retarde les réactions de combustion, ce qui oblige à accroitre les chambres de combustion et on diminue fortement le rendement thermique de la réaction puisqu'une partie importante de l'énergie fournie ne sert qu'à vaporiser l'eau. On cherche donc à diminuer autant que possible la proportion d'eau par rapport à la proportion de matière solide. Cependant, à mesure que la concentration en solide augmente la viscosité du produit augmente également et l'on doit utiliser plus d'énergie pour le pompage du produit. La viscosité du mélange pour une proportion minimale d'eau peut être diminuée au moyen d'additifs chimiques mais ceux-ci sont onéreux et en outre peuvent être corrosifs.
- On a aussi envisagé de jouer sur la granulométrie des particules solides car on sait que l'on obtient un mélange plus dense en utilisant des particules appartenant à au moins deux intervalles dimensionnels. On est alors amené à ajouter aux particules normalement employées d'autres particules, plus fines, en des proportions déterminées, mais la constitution de tels mélanges à granulométrie multimodale est onéreuse et de toutes façons, la quantité de matière solide contenue ne peut dépasser 70 à 75 % selon la nature du solide.
- Or la valorisation du combustible est d'autant plus efficace que sa granulométrie est fine puisque le temps nécessaire à la réaction est fonction de la dimension des grains. Il est donc intéressant de chercher à utiliser des combustibles de granulométrie aussi fine que possible, ce qui interdit l'utilisation de filtres et conduit à réduire au maximum la teneur en liquide sans atteindre cependant une compacité qui interdirait le pompage en vue de l'introduction du mélange dans le réacteur.
- Le problème de l'introduction de la matière combustible dans un réacteur est encore compliqué par le fait que le rendement de la réaction est meilleur lorsque le réacteur fonctionne sous pression, ce qui impose de mettre également le produit sous pression si l'on désire l'introduire dans le réacteur en continu. Les difficultés d'introduction d'un mélange peu humide sont alors augmentées.
- Il résulte de ces difficultés que, généralement, les produits fluides réalisés jusqu'à présent pour l'alimentation de réacteur en matière combustible contiennent une proportion de liquide d'au moins 30 X. Bien entendu, on peut diminuer les inconvénients énergétiques de l'utilisation d'une telle proportion de phase liquide si celle-ci est constituée par un combustible liquide mais, dans ce cas, on diminue également l'intérêt économique du procédé.
- L'invention a pour objet un nouveau produit fluide à vocation énergétique dans lequel la proportion en poids de phase liquide par rapport à celle des particules solides est sensiblement diminuée par rapport au produit connu et qui permet en outre d'utiliser des particules très fines.
- Le produit fluide selon l'invention est constitué par une mousse stable réalisée par mélange d'une phase gazeuse avec la phase liquide additionnée de produits stabilisants et émulsifiants et à l'intérieur de laquelle sont dispersées de façon homogène les particules solides, la phase liquide étant constituée uniquement par de fines pellicules reliant entre elles les particules solides et limitant des bulles gazeuses qui occupent les espaces entre les particules solides.
- Dans un tel produit selon l'invention, les particules solides peuvent avoir une distribution granulométrique quelconque et la proportion en poids de phase solide peut dépasser 75 X.
- Selon une caractéristique de l'invention, la phase gazeuse peut être un gaz neutre, un gaz comburant ou bien un gaz combustible.
- L'invention a également pour objet un dispositif de préparation d'un produit fluide selon l'invention comprenant un moyen de préparation d'une mousse stable par incorporation d'une phase gazeuse dans une phase liquide additionnée de produits émulsifiants et stabilisants et un moyen de dispersion homogène des particules de matière combustible à l'intérieur de la mousse ainsi préparée.
- Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux le moyen de dispersion homogène des particules solides dans la mousse comprend un mélangeur à double vis comportant, à l'intérieur d'un fourreau cylindrique allongé, un agitateur en forme de ruban hélicoïdal entrainé en rotation autour de l'axe dans un sens déterminant l'avancement de l'amont vers l'aval et sur la périphérie du fourreau de la mousse introduite par un orifice placé à l'extrémité amont, le ruban hélicoidal entourant un espace libre axial dans la partie amont duquel pénètre un doseur à vis pour l'introduction d'un débit déterminé de particules solides.
- Dans une application particulière, l'invention concerne également un procédé d'introduction dans une chambre de réaction d'une matière combustible solide finement pulvérisée et dispersée de façon homogène dans une mousse stable dans laquelle la phase liquide est constituée uniquement par les pellicules reliant entre elles les particules solides et limitant des bulles gazeuses qui occupent les espaces entre les particules, ladite mousse étant ensuite mise en circulation dans une conduite d'alimentation de la chambre de réaction.
- Pour préparer le produit fluide selon l'invention, de préférence, on réalise tout d'abord la mousse par brassage énergique de la phase liquide en présence de la phase gazeuse et l'on disperse ensuite les particules solides dans la mousse ainsi préparée, celle-ci pouvant être stockée à l'avance pour une utilisation ultérieure.
- Selon une caractéristique avantageuse, avant son introduction dans la chambre, le produit fluide peut être soumis à une augmentation de pression conduisant à un accroissement de la proportion de matière solide par unité de volume, jusqu'à une pression inférieure à la pression limite à partir de laquelle le volume du produit comprimé reste constant.
- La description suivante d'un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple et représenté sur les dessins annexés, permettra de mieux comprendre l'invention.
- La figure 1 est un schéma représentant à grande échelle un échantillon du produit.
- La figure 2 est un schéma du produit après compression jusqu'à la pression limite.
- La figure 3 représente schématiquement une installation de préparation et d'utilisation du produit.
- La figure 4 représente schématiquement un autre exemple d'installation de préparation et d'utilisation du produit.
- Sur la figure 1 on a représenté schématiquement un échantillon du produit 1 qui est constitué d'une mousse formée de bulles 11 limitées par des particules de liquide 12 en forme de ménisque et à l'intérieur de laquelle sont dispersées de façon homogène des particules solides 13 reliée entre elles par les pellicules liquides 12. Sur le dessin les particules solides 13 ont été symbolisées par des sphères mais peuvent évidemment avoir des formes quelconques. La largeur moyenne des grains est de l'ordre de 50 microns mais peut même descendre au-dessous de 20 microns. Les bulles gazeuses 11 peuvent avoir des dimensions de l'ordre d'un millimètre mais peuvent également être plus petites, l'utilisation de bulles fines permettant d'augmenter la proportion de particules solides incorporées dans la mousse.
- On voit que, dans un tel produit, la phase liquide est constituée uniquement par les pellicules 12 de liaison entre les particules 13 et que, par conséquent, la proportion en poids du liquide dans le produit peut être très réduite. Cependant, étant donné que les particules sont éloignées les unes des autres par les bulles, le mélange est pompable et peut être véhiculé à l'intérieur de conduites par tout moyen connu et il se comporte comme un fluide compressible.
- Sur la figure 3, on a donné à titre d'exemple un schéma de préparation d'un tel produit. La phase liquide, par exemple de l'eau, est introduite dans un bac 2 dans lequel elle est brassée énergiquement avec un produit épaississant 21, introduit par un dispositif de dosage et qui permet de réaliser une sorte de gel 20. Celui-ci est alors conduit dans un deuxième bac 23 dans lequel on introduit également de l'eau par une entrée 24 et un produit émulsifiant du genre tensio actif par une conduite 25. L'ensemble est brassé énergiquement jusqu'à ce que toute la phase liquide soit émulsionnée avec le gaz présent dans l'enceinte.
- La mousse 10 ainsi réalisée est dirigée vers un troisième bac 4 dans lequel sont déversées les particules solides 13 au moyen d'une trémie doseuse 44. L'ensemble est brassé énergiquement pour disperser les particules solides de façon homogène à l'intérieur du produit 1 qui se présente alors schématiquement sous la forme représentée sur la figure 1.
- Le produit épaississant 21 introduit dans le bac 2 permet de stabiliser l'émulsion en supprimant les ruptures spontanées des pellicules de liquide assurant le cloisonnement de la mousse et assure ainsi le maintien en suspension des particules solides. On peut utiliser des produits solubles hygroscopiques non volatils comme, par exemple, la carboxyméthylcellulose, le glycérol, le dodécane, ou bien le polyvinylalcool.
- Le produit émulsifiant 25 est un tensio-actif qui permet d'émulsionner le gaz dans l'eau. On peut utiliser un alkylarylsulfonate ou bien un autre agent moussant connu, par exemple un acide gras saponifié, une amine, de l'ammonium quaternaire, un alkylpolyethoxyetherphosphate etc ...
- A titre d'exemple, on a réalisé un produit dans lequel la phase liquide préparée avant l'incorporation du gaz contenait 1% de tensio-actif et 0,2% de stabilisant.
- Etant donné que l'écartement des particules solides assurant la fluidité du produit est obtenu par la présence de bulles gazeuses de poids négligeable, on peut en effet incorporer dans le produit une proportion très importante en poids de phase solide sans être obligé d'associer des particules de granulométries différentes.
- C'est ainsi que l'on a pu préparer un produit fluide contenant 75 % en poids de charbon pulvérisé dont les particules étaient à 80 % d'un diamètre inférieur à 80 microns.
- Il faut remarquer d'autre part que, sous forme de bulles gazeuses, la présence d'air dans le mélangeur, même en proportion importante, n'est pas dangereuse, puisque les particules de charbon sont enrobées dans les pellicules liquides limitant les bulles et que celles-ci diminuent les risques d'oxydation des particules pouvant provoquer une élévation de température.
- Pour utiliser la mousse, on peut la mettre en circulation au moyen d'une pompe 27 dans un circuit fermé 28 sur lequel la mousse nécessaire est prélevée par des pompes doseuses 29. On peut aussi mettre le circuit 28 sous pression et remplacer les pompes doseuses par de simples vannes d'admission permettant par exemple d'alimenter les brûleurs d'une chambre de réaction 6.
- En effet, selon une caractéristique avantageuse, le produit fluide constitué par la mousse stabilisée peut subir une augmentation de pression qui détermine une diminution de la dimension des bulles et le rapprochement des particules et par conséquent une augmentation de la densité du produit.
- Lorsque le produit est à la pression atmosphérique, les particules de charbon, dispersées au hasard dans la mousse sont pratiquement sans contact entre elles. Le mélange est alors aisément pompable.
- Si l'on augmente la pression P appliquée sur le produit, les particules se rapprochent les unes des autres, les bulles diminuant de diamètre. Cependant, le produit reste pompable tant que les particules restent suffisamment écartées les unes des autres.
- Il existe donc une pression limite à partir de laquelle, comme on l'a représenté sur la figure 2, les particules de charbon s'arrangent suivant un empilement compact. Dans ce cas, le mélange n'est plus pompable, les frottements entre les particules s'opposant à leurs mouvements.
- Il en résulte que l'accroissement de pression appliqué au produit fluide doit rester inférieur à la limite à partir de laquelle le volume spécifique du produit ne diminue plus lorsqu'on augmente la pression.
- Cette limite dépend de la concentration en particules solides et peut être déterminée soit empiriquement, par une série d'essais, soit par le calcul.
- On sait par exemple qu'un empilement compact de répartition granulométrique unimodale comportant 80 % de particules de dimension inférieure à 80 microns correspond à une porosité de 0,4 environ. Cela signifie que, dans un empilement compact, le volume occupé par les particules solides est de 60 Z de l'ensemble.
- Par ailleurs, on a pu déterminer expérimentalement que, pour une proportion de particules solides de 75% en poids, un kilogramme de produit occupe un volume d'environ deux litres. En assimilant le gaz à un gaz parfait et en appliquant la loi de Mariotte, on peut donc, à partir de ces données, déterminer, en partant de la pression atmosphérique, l'augmentation de pression limite à partir de laquelle le volume occupé par une masse déterminée de produit ne varie plus. Par exemple, dans le cas d'un produit à base de charbon, d'air et d'eau et contenant 75% de charbon en poids la pression limite est de l'ordre de 9 bars. On veillera donc, dans le circuit d'utilisation 27, 28 et 29, à ne pas atteindre cette pression pour laquelle on déterminerait l'obstruction définitive des conduites.
- Cette pression peut se révéler trop faible pour l'alimentation d'un réacteur de gazéification. Cependant, elle a été calculée pour un produit préparé à la pression atmosphérique et à la température ambiante. Or on peut montrer que si le produit est préparé à une pression absolue supérieure à la pression atmosphérique, par exemple de 5 bars, la pression limite peut atteindre 45 bars. D'autre part, la pression limite est fonction également du rapport entre la température d'utilisation et la température de préparation. Ainsi, dans le cas où le produit est préparé à 20 °C, on peut augmenter de 10% la pression limite si, au moment de l'utilisation la température est portée à 50 °C dans la mesure évidemment, où la mousse reste stable à une telle température.
- Sur la figure 4, on a représenté à titre d'exemple une installation de préparation sous pression d'un produit fluide à base de charbon, d'air et d'eau.
- La solution aqueuse préparée, comme dans le cas de la figure 3, par mélange de l'eau avec un épaississant puis un émulsifiant, est amenée par une pompe 31 dans un dispositif 3 de préparation de la mousse constitué d'un tube au milieu duquel est placé un venturi 30. L'air est insufflé par un compresseur 32 dans le venturi et s'incorpore ainsi à la solution aqueuse pour former une mousse qui est dirigé vers le mélangeur 4. Celui-ci, qui peut comprendre plusieurs parties en ligne, est constitué essentiellement par un agitateur en forme de ruban hélicoîdal 41 entrainé en rotation autour de son axe par un moteur 42 à l'intérieur d'un fourreau cylindrique 4 muni d'un orifice 43 d'introduction de la mousse, placé à l'extrémité amont dans le sens de circulation du produit résultant de la rotation du ruban hélicoidal 41. Ce dernier limite d'autre part un espace axial libre dans lequel pénètre un doseur à vis de type connu, comprenant une trémie munie à sa base d'une vis entrainée en rotation autour de son axe et qui se prolonge dans un tube 45 débouchant dans l'espace libre délimité par le ruban hélicoïdal 41 dans l'axe du fourreau 4.
- De la sorte, la mousse préparée dans le dispositif 3 et introduite par l'orifice 43 dans le fourreau 4 est entrainée vers l'aval le long de la périphérie interne du fourreau par la rotation du ruban 41 et prend en charge le charbon finement divisé, déversé dans la trémie 44 et qui s'incorpore donc à l'intérieur de la mousse avec un débit réglé par la rotation de la vis. On peut ainsi obtenir une dispersion parfaitement homogène des particules solides à l'intérieur de la mousse.
- Un tel mélangeur peut fonctionner à une pression faible inférieure à la pression limite, par exemple de trois à six bars et alimenter ainsi une cuve principale 5 maintenue à la pression voulue.
- Le produit ainsi préparé peut donc être stocké à l'avance dans une cuve maintenue sous une pression faible.
- Si le produit doit être injecté dans le réacteur sous une pression plus forte, il est intéressant de passer par l'intermédiaire d'une cuve tampon 51 se trouvant sous une pression supérieure à la pression d'utilisation, par exemple dix bars. La cuve tampon 5I est alimentée à partir de la cuve principale 5 par une pompe volumétrique munie d'un dispositif de gavage. En effet, la proportion importante de gaz contenu dans le produit stocké dans la cuve 5 pourrait entrainer un refoulement discontinu et aléatoire. Le dispositif de gavage pourrait être constitué, de façon très simple par une vis d'archimède placée dans le fond de la cuve de stockage 5 et alimentant une pompe volumétrique 52.
- A partir de la cuve tampon 51, il est possible d'introduire le produit fluide directement dans le réacteur 6 au moyen d'une conduite d'alimentation 61 munie d'une vanne de laminage 62 assurant la détente du produit jusqu'à la pression voulue.
- Si la cuve tampon 51 se trouve à une pression supérieure à la pression d'utilisation, la détente du gaz comprimé contenu dans les bulles au moment de l'injection dans le réacteur favorise la pulvérisation du produit fluide et disperse très efficacement les particules de charbon dans l'enceinte du réacteur. Compte tenu de la finesse des particules qui peut être atteinte grâce au procédé selon l'invention, on obtient une véritable atomisation de la matière combustible dans le réacteur.
- D'ailleurs, d'une façon générale, la possibilité d'utiliser, grâce à l'invention, du charbon de granulométrie particulièrement fine représente un avantage important, la valorisation du combustible étant d'autant plus efficace que sa granulométrie est fine puisque le temps nécessaire à la réaction est fonction de la dimension des grains.
- On notera aussi que la constitution triphasique du produit, à forte proportion de gaz, diminue les probabilités de chocs des particules contre les parois, puisque les particules sont maintenues à l'intérieur des bulles constituant la mousse et par conséquent diminuent l'erosion des organes d'injection.
- Par ailleurs, la possibilité de fabriquer à l'avance le produit sous une forme stable, stockable et directement utilisable est un avantage important car elle permet de séparer l'installation de fabrication du produit des utilisateurs, ceux-ci n'ayant à prévoir que les dispositifs de mise sous pression et d'injection dans le réacteur d'un produit fluide déjà préparé.
- En outre, pour une même teneur en poids de charge solide, l'utilisation d'un produit sous forme de mousse diminue la perte de charge dans les conduites de transport. Il pourrait donc être intéressant de préparer le produit combustible en un endroit éventuellement très éloigné du lieu d'utilisation, par exemple près d'un lieu de production ou d'importation de charbon et de véhiculer le produit mousseux dans une conduite jusqu'à l'installation de combustion qui pourrait même être distante de plusieurs centaines de km. Grâce à la faible perte de charge, la consommation d'énergie pour le transport serait réduite.
- A titre d'exemple on a comparé, pour différents débits massiques, les pertes de charge résultant du transport dans une même conduite d'un produit fluide selon l'invention et d'un mélange classique charbon-eau contenant la même proportion de charbon (constitué à 80 % de particules de diamètre inférieur à 80 microns).
-
- la perte de charge augmente assez peu avec le débit massique puisque, dans une conduite de diamètre de 25,5 mm, elle varie de 0,12 à 0,20 Bar/m lorsque le débit passe de 0,10 à 0,25 kg/s.
- En revanche, pour un mélange charbon-eau classique contenant 70 % de particules de charbon, la perte de charge augmente très rapidement avec le débit et passe de 0,20 à 1,10 Bar/m pour les mêmes débits.
- Cette réduction de perte de charge permet donc de transporter sur une longue distance un produit très concentré directement utilisable dans le réacteur.
- Bien entendu, les dispositions qui viennent d'être décrites, n'ont été données qu'à titre d'exemple et l'on pourrait utiliser d'autres appareils permettant de réaliser une mousse et d'y incorporer des particules solides.
- Par ailleurs, si l'on a décrit le produit dans le cas d'un mélange charbon eau air, il est bien évident que l'on pourrait utiliser un combustible solide différent avec une phase liquide et une phase gazeuse d'autre nature. On notera que, généralement, la proportion de phase liquide doit être aussi faible que possible puisque l'utilisation d'eau diminue le rendement énergétique et qu'un liquide combustible est plus onéreux. En revanche, la phase gazeuse est généralement utile à la réaction et l'on pourrait par exemple utiliser comme phase gazeuse soit un gaz comburant soit un gaz combustible.
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