Echangeur de chaleur pour oxygène alimentant une unité de gazéification (19-Aug-2009)

Titre : Echangeur de chaleur pour oxygène alimentant une unité de gazéification

Quel est le problème que l’invention se propose de résoudre ?

Dans le cadre de la gazéification de combustibles fossiles appliquée à la production d’énergie ou la production de gaz de synthèse (H₂/CO), de produits chimiques (CH₃OH, DME, NH₃) ou de carburants, le préchauffage de l’oxygène de gazéification est un moyen d’augmentation d’efficacité de l’installation.

Ce préchauffage trouve tout son intérêt pour des charges avec une forte teneur en eau (i.e. les mélanges charbon-eau, les boues charbonnières et pétrolières, la biomasse ou la lignite). Il peut néanmoins être utilisé pour la gazéification  de tout combustible (solide, liquide, gazeux).

Une unité typique de gazéification typique (voir image ci-dessous), est composée de :

• Un gazéifieur, où a lieu la réaction d’oxydation partielle, selon les différents concepts de gazéifieur, il est composé :
• D’un réacteur, à murs d’échange, ou couvert par du réfractaire, où a lieu la réaction d’oxydation partielle avec l’oxygène, avec l’ajout optionnel d’eau ou de la vapeur d’eau,
• D’échangeurs de refroidissement interne ou refroidisseur-quench à l’eau ou au propre gaz de synthèse produit,
• une unité de séparation d’air (ASU), produisant l’oxygène comburant et de l’azote d’inertage et de pressurisation;
• un système de conditionnement du combustible ; pour le charbon : séchage, broyage, pulvérisation et mise en suspension dans un gaz qui l’amène à la pression d’injection au brûleur ;
• échangeur de refroidissement du gaz de synthèse, produisant de la vapeur ;
• des unités de traitement de fumées (dépoussiérage, conversion, purification (composés soufrés, composés azotés, CO₂, etc.), délivrant un gaz de synthèse (H₂/CO), ou des composants séparés (H₂ et/ou CO) ;
• cycle combiné produisant de l’électricité, composé de turbine à gaz (compresseur, chambre de combustion et turbine à gaz associée), cycle vapeur et échangeurs associés;
• si l’objectif est de capturer le CO₂ produit, une unité de compression et purification de ce CO₂ ;

D’autres unités sur le même principe peuvent-être les ATR, les POx (catalytiques ou non).

Dans un gazéifieur à lit entraîné, le plus répandu  pour des applications énergie et production de gaz de synthèse, la température de flamme est un facteur déterminant pour la composition du gaz produit. En effet, à quantité de combustible et oxydant fixées, une augmentation de température diminue la teneur en CH₄, et augmente en conséquence la teneur en H₂/CO. Par conséquent, le rendement en H₂/CO par rapport à la quantité de combustible augmente.

Cependant, si cette augmentation de température doit se faire sans apport de chaleur (comme par ...