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WO2006087310A1 - Installation de production d'hydrogene ou de gaz de synthese par gazeification - Google Patents

Installation de production d'hydrogene ou de gaz de synthese par gazeification Download PDF

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Publication number
WO2006087310A1
WO2006087310A1 PCT/EP2006/050883 EP2006050883W WO2006087310A1 WO 2006087310 A1 WO2006087310 A1 WO 2006087310A1 EP 2006050883 W EP2006050883 W EP 2006050883W WO 2006087310 A1 WO2006087310 A1 WO 2006087310A1
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WO
WIPO (PCT)
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balls
gasification
reactor
gas
coke
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/050883
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English (en)
Inventor
Marc Cantegril
Original Assignee
Thales
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales filed Critical Thales
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Definitions

  • the present invention relates to an installation for the production of hydrogen or synthesis gas, from an initial charge, by gasification.
  • Typical initial charge is any combustible solid material with high carbon content (> 20%), moderate to low moisture content (50 to 5%) and a relatively low ash content ( ⁇ 30%). It can typically be coke produced by pyrolysis, forest biomass, plant or animal biomass, household or industrial combustible waste, industrial sludge or sewage treatment plant, oil residues, coal, oil sands, petroleum heavy or mixtures of these materials. It is possible to process in parallel to a solid load majority of liquid fuels with a high hydrocarbon content.
  • a new application for the recovery of initial charges is the production of gas for the synthesis of biofuel by so-called Fischer-Tropsch processes. These processes are particularly suitable for upgrading coke from pyrolysis of biomass.
  • the so-called Fischer-Tropsch processes require gases of particular composition, the tar contents of which, in particular, are very low, typically less than a few mg / Nm 3 of gas.
  • These processes also require gases with a very low content of gaseous hydrocarbons (methane, ethane, ethylene, etc.) and pollutant gases for the catalysts (CS2, H 2 S, HCl, etc.).
  • Another application is the production of gas for the generation of hydrogen for the fuel cell feed.
  • gases free of tars, carbon monoxide and pollutants are also used in industrial petrochemical applications, for the generation of synthetic fuels, ammonia, etc.
  • Typical gasification plants use mainly fluidized bed reactors of different types (circulating, dense and / or driven). These equipments are characterized by maximum operating temperatures of 95O 0 C intended to avoid the fusion of the ashes of the fuel and the sand constituting the bed, which if it occurs product, creates agglomerates that force to stop the installation for cleaning operations.
  • the gasification gases have high tar and hydrocarbon contents (of the order of a few grams / Nm 3 of gas).
  • the reaction temperature necessary to complete cracking of the tars is indeed higher, of the order of 1 100 to 1200 0 C, and higher than the melting temperature of the ash of the biomass or coal (950- 1050 0 C) . It is thus very difficult to directly produce gases compatible with the new applications of biofuel synthesis or hydrogen production with fluidized bed reactors of the state of the art.
  • An idea underlying the invention is to use a bed of heated balls down into the reactor and comprising high temperature coke balls, which provide part of the heat input and heated metal balls, which have a supplementary function of heat and grinding the coke balls.
  • the gasification reaction occurs in a gasification zone in the middle part of the reactor.
  • very high temperature coke balls typically 1200 to 1300 ° C.
  • very high temperature coke balls are fed into a central portion of the gasification reactor via a pipe, to supply the gasification zone.
  • the gasification gas produced in the gasification zone back in the conduit against the flow of coke balls, to raise the temperature of these gases at an elevated cracking temperature, typically of the order of 1200 0 C, heat exchange with the coke balls.
  • the latter arrive in the gasification zone, in the middle part of the reactor, at a temperature of the order of 1000 ° C. (typically between 950 and 1050 ° C.).
  • control means using sensors, regulate the flow of balls, to obtain the desired temperatures.
  • the pipe is provided in the upper part with a porous wall allowing extraction of the cracking gases.
  • the heated metal balls are brought to the middle portion of the reactor by a suitable feed device. They have a function of auxiliary heating and grinding coke balls brought by the pipe. They have a composition capable of catalysing the destruction of tars of gasification gas. Typically, they include nickel. They stand out at the bottom of the reactor. They can be heated again to feed the reactor.
  • the installation advantageously provides for recovering the energy of the cracking gases in order to heat the metal balls.
  • a device for dedusting the cracking gases is thus advantageously provided, which is supplied at the bottom by the cracking gases and at the top by cold (or cooled) metal balls recovered at the bottom of the gasification reactor.
  • the metal balls serve as a cooling medium for the cracking gases, and means for dedusting these gases, by driving. Exit is obtained, heated balls that will be used to feed the gasification reactor, and dust (mineral ash) that will be treated appropriately.
  • a method of adjusting the hydrogen content of the cracking gas is implemented in the dedusting device.
  • This process is commonly known as the reaction of WGS, the Anglo-Saxon acronym for "Water Gas Shift”.
  • Water vapor injection nozzles are then provided, in the middle part of the dedusting device.
  • the composition of the metal balls is then advantageously chosen to promote (catalyze) the reaction of WGS.
  • the composition comprises cobalt.
  • a dedusted and partially cooled gas which can be easily conditioned by proven devices, is obtained to provide a synthesis gas or hydrogen whose composition meets the needs of the new applications mentioned.
  • characterized by the invention relates to an installation for the production of hydrogen and / or synthesis gas by reducing the water vapor by carbon in a gasification zone of a gasification reactor.
  • the gasification zone is a descending bead bed comprising coke balls and metal balls at a gasification temperature, and producing a rising flow of gasification gas
  • the installation comprises:
  • a pipe for feeding the heated coke balls supplied by said furnace, and opening into a median part of the reactor for gravitarily supplying the gasification zone with coke balls, said pipe allowing upstream gasification gases to be countercurrent to coke balls, so that the gas temperature reaches a sufficient value when cracked in an upper zone of the pipe, means being provided in said zone, allowing the extraction of the cracking gases produced,
  • a supply device for the gasification reactor made of heated metal balls comprising means for injecting the heated metal balls into the median part of the reactor, and means for extracting metal balls at the bottom of the gasification reactor.
  • FIG. 1a shows in block diagram form, a gasification device according to the invention; cokeball and descending metal ball bed and upstream gasification gas flow; - Figures 1b and 1c schematically illustrate an embodiment of such a device;
  • FIG. 2a shows in block diagram form, a gasification device according to a variant of the invention
  • FIG. 2b schematically illustrates an exemplary embodiment of such a device
  • FIG. 3 is a block diagram of a device for conditioning a cracking gas supplied by a gasification device according to the invention, for the production of a synthesis gas that can be used for Fischer Tropsch processes
  • FIG. 4 is a block diagram of a device for conditioning a cracking gas supplied by a gasification device according to the invention, for the production of hydrogen
  • FIG. 5 illustrates a gasification and conditioning installation according to the invention, in combination with a pyrolysis installation that can be provided on the same site or on another site.
  • FIG. 1 represents a gasification device 100 used in an installation for producing synthesis gas or hydrogen according to the invention.
  • the reactor uses as a water vapor reduction medium, conditioned coke in the form of coke balls.
  • the coke used is advantageously a coke produced by pyrolysis.
  • This reactor outputs of Gc cracked gas at a temperature of about 1200 0 C, which have a composition which, through special packaging and inexpensive to obtain in output a synthesis gas or the hydrogen whose quality is compatible with the uses mentioned above.
  • gasification gas is understood to mean the gases produced in the reactor, by reduction of the water vapor V, and which are typically at a temperature of between 800 and 95 ° C., referred to as the gasification temperature.
  • Cracking gas means gas free of tars and hydrocarbons. These are the gases that exit the gasification reactor at a higher temperature, called the cracking temperature. This temperature is typically of the order of 1100 to 1200 ° C.
  • the gasification gas Gg is produced in the gasification zone 104 of the reactor, comprising in the main coke balls Bc and Bmc metal balls at a temperature allowing the reduction of water vapor by carbon.
  • the coke balls Bc are injected into a static oven 103, which brings them to a very high temperature, greater than or equal to the so-called cracking temperature, of the order of 1200 ° C. to 1300 ° C.
  • the coke balls are preferably heated under an inert atmosphere (CO 2 ) and under slight depression so as to be completely free of their volatile compounds.
  • This oven can be an oven powered by electricity (resistance furnace, induction, plasma torch for example). It may be an inert gas circulation oven heated by combustion of gas, fuel, or oxy-combustion gas, for example, or any other type of oven at high temperature. Its function is to deliver coke balls at a specified temperature to ensure a given cracking gas quality without tar or gaseous hydrocarbons.
  • the internal pressure of the oven 103 is slightly lower than that of the reactor 101, and that the oven is swept by a flow of inert gas, for example CO 2. In this way, it avoids any pollution of the cracked gas with tars from the heating coke balls.
  • the flushing gas is typically recycled to the base of the gasification reactor.
  • a feed line 106 which goes down into said median portion 105 of the reactor, supplies the gasification zone 104 with heated coke balls.
  • the coke balls bring the heat and the carbon necessary for the reduction of the water vapor.
  • cracking gases are composed mainly of hydrogen and carbon monoxide. Carbon dioxide or water vapor may also be present in smaller quantities as well as polluting gases. Tars and gaseous hydrocarbons are absent. Infusible ash dust may remain. Their quantity and their nature is related to the quality of the treated cokes.
  • the heated metal balls Bmc are brought to the outlet of the pipe 106 by a suitable supply device. They serve as auxiliary heating in the gasification zone
  • the water is injected under moderate pressure to overcome the pressure of a few millibars created by the vaporization of the water in contact with the hot balls coming out of the reactor. Depending on whether you choose to extract the ashes
  • a boiler 102 'of steam production is preferably provided, to provide steam V extra, especially in the startup phase.
  • the steam V is then injected by an injection inlet disposed at the base of the reactor.
  • Other inputs may be provided at the base of the reactor, above the steam injection inlet, for the injection of gasification media, i.e., gases, vapors, or oxygen.
  • gasification media i.e., gases, vapors, or oxygen.
  • an inlet is provided for injecting oxygen.
  • Oxygen thermally balances the steam reduction reactions by combustion of the residual coke. This oxygen injection is in practice limited to a minimum because of the heat gains made in the reactor by the coke balls and the metal balls.
  • an input is also provided for pyrolysis gases. Such gases will be provided in practice by an initial charge pyrolysis device located on the same site.
  • Pyrolysis gases are usually composed of inert gas (CO2), simple combustible gases (CO, H 2 ), incondensable hydrocarbons at room temperature (CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , C 4 H 10). ) light condensable hydrocarbons (alcohols, oils), heavy oils and tars, acidic or neutral gases (CO 2 , H 2 S, HCl, N 2 ...) and dust.
  • Their temperature is a function of the moisture content of the load admitted to the pyrolysis oven inlet and the temperature setpoint applied to the pyrolysis furnace. It is also possible to inject other gasification media separately or in a mixture, for example air, carbon dioxide, natural gas, vapors of liquid fuels.
  • the heating of the metal balls can be achieved by a static oven 108, of the same type as the oven 103.
  • the cracking gases must be treated in a conditioning device 200, in particular for extracting carbon dioxide. This treatment requires a prior phase of cooling of the cracking gases.
  • a device is advantageously provided for cooling the cracking gases by heat exchange with cold metal balls Bm.
  • a ball-blowing precipitator 201 in which the cracking gases are injected at the bottom and the metal balls Bm at the top.
  • the metal balls recover the heat from the cracking gases, while carrying with them infusible ash that can be contained in the cracking gases.
  • Heated metal beads Bmc, able to feed the reactor, and infusible ash C, entrained with the balls, are recovered at the outlet.
  • C ash will advantageously be extracted by means of suitable separation equipment, for example a screen, positioned at the outlet of the distribution pipe.
  • FIGS. 1b and 1c show two exemplary embodiments of a gasification reactor 101 coupled to a ball-blowing precipitator 201 according to the invention, the second figure representing a device comprising both the static oven 108 and the dust collector 201 balls for heating the metal balls.
  • the reactor and the dust collector are equipment whose walls are typically made of metal covered with insulating material and refractory material.
  • the feed pipe 106 of the coke balls is provided in the upper portion 107 with a porous wall made of finely perforated refractory metal and porous mineral refractory material covering both sides of the pipe.
  • the reduction reactions occur in the gasification zone 104 in the middle part of the reactor.
  • the metal balls In the lower part of the reactor, there is a bed of metal balls maintained. At the bottom of the reactor, the metal balls, and the ashes entrained with them, are recovered via the distribution line 112. The balls are cooled by the steam generator 102, and extracted by a suitable extraction system such as a worm, a type chain extractor
  • the extraction flow of the balls Bmf is regulated by a control valve at the outlet of the pipe 112 or by the ball extraction system Bmf. These balls can be conveyed to the input of the static furnace 108 and / or the ball-blast separator 201, for example by a bucket elevator (not shown).
  • the reactor 101 and the static oven 103 are arranged in columns. This is an illustrative example of the invention. In practice, the static furnace may not be located exactly above the gasification reactor.
  • the static oven 103 is supplied with coke beads Bc by a buffer storage silo 109 at room temperature (10-40 ° C.). They are dosed by a feed hopper by means of a variable flow device 110 in an isolation lock 111.
  • this chamber is swept by a continuous flow of inert gas (CO2) to prevent leakage of combustible gases into the atmosphere and that the pressure in the isolation chamber is kept permanently slightly above atmospheric pressure (0 to +5 millibars).
  • CO2 inert gas
  • the ball dust collector 201 is supplied with cold metal balls Bm by a silo 202 coupled to an isolation lock 203 located at the top.
  • An outlet flange in the upper part allows the exit of the dust-free gases GD.
  • the isolation chamber is swept by a flow of inert gas under light pressure to prevent the escape of gas dusted GD to the atmosphere.
  • the metal balls Bm are typically the Bmf beads extracted at the bottom of the reactor. They are delivered to the isolation chamber by a circulation device typically constituted by a bucket elevator at a temperature below 60 ° C.
  • the metal balls run countercurrently from the cracking gases in the ball-blowing precipitator 201, where they are heated until a temperature of the order of 1000 ° C. is reached.
  • the heated metal balls Bmc are extracted by a device 204 controlled by a temperature measurement and injected in the middle part 105 of the gasification reactor 101, at the outlet of the cracking line 106.
  • steam injection nozzles V arranged at regular intervals. These nozzles are used to inject steam V, typically at a temperature of about 400 0 C, in order to adjust the CO content of the synthesis gas to a specified value, according to a process known adjustment from gas to water, better known as Anglo-Saxon Water Gas Shift. Continuous analysis of the exhaust gas GD delivered at the output allows to check its quality continuously and control the steam injection accordingly.
  • the steam V is produced by the steam generator 120 and / or the boiler 102.
  • control system of the installation determines, as a function of the temperatures in the different reaction zones, the flow rate of coke balls to be supplied in the static furnace 103, using the supply members 110 of the isolation chamber. 111 of the static furnace 103 and the regulator disposed at the outlet of the distribution line 112 at the bottom of the reactor.
  • the gasification of the coke balls in the gasification reactor and the withdrawal of the metal balls at the bottom cause the coke balls to descend into the supply line 106 and the supply of the static oven 103.
  • the control system of the installation controls the temperature of the metal balls at the outlet of the dust collector, to actuate the feed rate of the metal balls, by acting on the feed members of the airlock 203 at the inlet and on an element extraction 204 of the flow of heated metal balls Bmc output.
  • the control system of the plant controls the quality of the cracking gas Gc at the outlet, by continuously measuring a sample of the gas. This measurement makes it possible to continuously adjust the flow of V vapor delivered to the base of the gasification reactor, under the gasification zone 104, by means of a steam control valve V (not shown).
  • the control control system also ensures the continuous analysis of the exhaust gas GD delivered to drive the steam injection V in the dust collector 201.
  • (GD) ball blower to convert the maximum amount of carbon monoxide into carbon dioxide.
  • FIG. 2a and 2b there is provided another static furnace 1 14, placed between the gasification reactor and the steam generator 102 to produce superheated steam from the steam V.
  • the steam produced by the boiler 102 is then introduced at the base of the furnace 1 14 by an injection nozzle, through a porous wall 1 16 provided in a distribution line 1 15.
  • the metal balls extracted at the bottom of the reactor circulate in the static furnace and are recovered at the outlet of the pipe 1 15.
  • This variant makes it possible to supply steam at high temperature to the gasification reactor.
  • the steam then injected into the reactor is at a temperature of the order of 800 ° C.
  • the steam generator 102 can supply steam at a temperature of the order of 300.degree.
  • the static furnace may be of any type already described for the first furnace 103.
  • the porous wall is of the same type as the wall 107 already described.
  • An installation according to the invention makes it possible to reduce the water vapor by carbon in the gasification reactor with a bed of coke balls and heated metal balls Bmc, and supplied with vapor V, with oxygen O 2 , with gas pyrolysis Gp, through the distribution lines 1 12 and / or 1 15.
  • the injected gases are mixed with steam and walk in the bed of metal balls maintained in the lower part of the reactor. gasification, and whose temperature varies from bottom to top of 600 to 95O 0 C.
  • the metal balls typically comprise steel. They further include nickel and / or cobalt to promote reactions in the reactor and the dust collector.
  • These cokes are derived from the coke balls fed via the pipe 106, and ground by the Bmc metal balls.
  • the gasification gases Gg produced in the gasification zone 104 rise and are channeled, for example by a tubular deflector as illustrated in FIGS. 1b, 1c and 2b, to be delivered at the point of discharge of the coke balls and metal heated at the outlet of the pipe 106.
  • the coke balls and the metal balls have a temperature of the order of 1000 ° C.
  • the non-gasified coke particles contained in the gases, the Coke balls and the metal balls are driven by gravity to the gasification zone 104.
  • the gasification gases Gg flow vertically countercurrently to the stream of coke balls in the supply line 106. They are gradually brought to the cracking temperature. determined. This temperature is a function of the heating temperature of the coke balls (1200 - 1300 ° C.) in the static furnace 103, the length of the pipe and the flows of balls injected and extracted.
  • the cracking gas Gc is extracted by depression of the pipe 106 through the porous wall at the top 107 and directed to the gas conditioning device 200. Only submicron ash particles remain.
  • FIG. 3 the block diagram of a conditioning device 200 of the cracking gas Gc produced according to the invention is detailed to provide a synthesis gas of desired quality.
  • This device makes it possible to dedust, cool, adjust the composition, decarbonate, and pressurize the cracking gas Gc produced by the gasification reactor.
  • the conditioning device comprises a ball-blowing precipitator 201 already described in relation with FIGS. 1a to 1c and 2a and 2b.
  • This dust collector makes it possible to recover any infusible submicron ash and to cool the cracking gases, to bring them to a temperature typically below 150 ° C.
  • This device being a flow of metal balls regulated to obtain metal balls heated at a temperature of the order of 1000 0 C, the temperature of the exhausted gases at the outlet is not regulated.
  • a temperature controller 210 is therefore subsequently planned to adjust the temperature of the dedusted gases.
  • This regulator can typically be a water-gas plate heat exchanger, an air cooler or a low temperature hot water use circuit.
  • the temperature of the gases Gr delivered at the outlet is typically less than 40 ° C.
  • the cooled gases Gr are sent to a decarbonation device 220.
  • a decarbonation device 220 has the function of extracting carbon dioxide CO 2 and the soluble acid gases contained in the gas to be treated Gr.
  • This decarbonation is carried out in a known manner by a solvent injection under high pressure in several liquid jet ejectors 221.
  • These ejectors 221 make it possible to suck up all the product gas Gr. They pour the flow of solvent and gas into a reservoir 222 whose internal pressure ensures the partial solubilization of carbon dioxide and soluble gases.
  • the synthesis gas Gs is extracted from the tank, typically by means of a mist eliminator 225 which retains the drops of solvent. This device makes it possible to deliver the synthesis gas at a slightly positive pressure without additional compression operation.
  • an output analysis array which determines the composition of the synthesis gas, so as to determine the soluble gases present, and add the reagents necessary to trap these gases, the solvent used to solubilize the carbon dioxide.
  • the internal pressure is maintained at a set point by a discharge valve of the solution contained in the reservoir to an evacuation device, slaved to an internal pressure measurement and a conductivity measurement for measuring its CO saturation level. 2 .
  • the evacuation device may be typically a solvent / CO 2 separation device 223, called a "stopping" device according to the English terminology. It makes it possible to extract (desorb) the carbon dioxide contained in the solution and to recycle the solvent used towards the jet ejectors 221.
  • a device 224 for relaxing the flow of solvent makes it possible to depressurize the solvent and to send it back to the ejectors jet of the decarbonation device.
  • the CO 2 carbon dioxide desorbed from the solution by the device 223 may be partially stored under pressure to ensure that the internal needs of the installation via a tank, in particular the supply of the flushing gas flows used in the airlock chambers. supply of the gasification reactor and the ball-collector.
  • the desorbed carbon dioxide can be sequestered in outlets such as marine aquifers (ocean trenches) or geological, or released to the atmosphere.
  • outlets such as marine aquifers (ocean trenches) or geological, or released to the atmosphere.
  • an aquifer 231 is used as an outlet.
  • the solvent used can then be water pumped into the outlet used.
  • the outlet is a marine pit, the water will be pumped at a temperature below 15 0 C, and discharged to a depth of at least 1500 meters, which guarantees the long-term trapping of dissolved CO 2.
  • the separation device 223 is then essentially used to recover the CO 2 for the needs of the installation as inerting gas and / or sweeping.
  • an installation according to the invention thus produces little greenhouse gas.
  • the gasification device uses energy of external origin for heating the static furnace (s), the amounts of synthesis gas produced per unit of fuel consumed are maximum.
  • an adsorption equipment for volatile heavy metals (arsenic, cadmium, mercury, thallium ...) that may be present in the gas flow Gr, on a specific media.
  • the specific medium will typically be a fixed bed of adsorbent such as: activated carbon, zeolite, bentonite, etc.
  • This device will preferably be disposed before the decarbonation device, in order to have a cooled and dry gas (no steam). water in the gas Gr).
  • Figure 4 illustrates the case of an installation intended for the production of hydrogen.
  • the packaging device then further comprises a device 240 for membrane separation of hydrogen, to treat the synthesis gas stream Gs extracted.
  • Permeate 241 provides hydrogen H 2 and retentate 242 comprises carbon monoxide CO, which is reinjected at the bottom of the bead dust collector (see also Figure 2b).
  • FIG. 5 shows a complete initial charge treatment facility C1, which uses a gasification plant for the production of synthesis gas or hydrogen according to the invention.
  • Initial Cl charges will typically be plant or animal biomass, coal, solid or liquid fuels or petroleum coke, oil sands
  • This installation mainly comprises a pyrolysis device 400 of the initial charges Cl, which produces at the output pyrolysis cokes Ck; a device 300 for conditioning the pyrolysis coke, in Bc coke balls; a gasification device 100 according to the invention, in a bed of coke balls and metal balls, which provides at the output of cracking gas Gc, which are treated in a conditioning device 200.
  • Mineral ash C is obtained at the outlet (typically composed of CaO, MgO, SiO 2 ...), synthesis gas or hydrogen, depending on the installation, and carbon dioxide CO 2 , which can be sequestered.
  • a pyrolysis device comprises a pyrolysis furnace which mainly comprises a rotary drum, in which the initial charge C1 to be treated is introduced.
  • a heating device by hot flue gas circulation placed outside the rotary drum allows the heating of the pyrolysis furnace in stabilized operation. The rotation of the drum ensures the flow of the biomass in the furnace.
  • pyrolysis cokes Ck and pyrolysis gases Gp are obtained.
  • Pyrolysis oils are also obtained from an oil condenser usually used to purify the pyrolysis gases from which pyrolysis oils are recovered. The incondensable pyrolysis gases that come out of it are usually recycled internally in an afterburner chamber, which produces the hot fumes needed to heat the pyrolysis furnace.
  • the characteristics of the pyrolysis cokes are a function of the pyrolysis control parameters.
  • the production of pyrolysis coke with low volatile content high pyrolysis temperature, slow heating rate, low pressure
  • high specific surface area steam activation
  • small particle size will be sought. (fine grinding).
  • the pyrolysis plant In the case where the pyrolysis plant is on the same site as the gasification plant, it is possible to reprocess the pyrolysis gases Gp and the pyrolysis oils Hp in the gasification reactor, as additional carbon source. In this case, the pyrolysis furnace will be heated with electricity.
  • the conditioning device 300 supplies the coke balls Bc for the needs of the gasification reactor according to the invention. This device will generally be provided on the same site as the pyrolysis plant.
  • the drum comprises grinding means, typically a batch of balls, and at its end, a screen, typically a frustoconical screen, with a mesh of a few millimeters to separate the resulting coke based on its particle size.
  • the mesh of the screen is determined so as to recover a coke having a particle size allowing agglomeration with a binder.
  • the particle size of the pyrolysis cokes to be agglomerated is less than or equal to 500 microns.
  • the conditioning device 300 provides a buffer storage of the pyrolysis cokes thus recovered, acting as dosing hopper.
  • the cokes are mixed with a binder, for example starch dosed at about 4%.
  • the mixture is output as a dry powder.
  • the balls are then formed by suitable equipment.
  • a granulation plate can be used in which the mixture is delivered continuously.
  • a granulation plate is an equipment for producing beads from a material in the form of a dry powder.
  • the granulation is caused by the rotation of the inclined plate fed continuously by the powder of the mixture to be agglomerated and by the spraying of a binder by means of nozzles, the binder promoting the holding of the granules.
  • the balls produced are evacuated continuously by gravity at the base of the slope that is created in the plate.
  • the binding agent used may be pure water or water containing starch.
  • Starch is a known binder used for the agglomeration of coke. In a practical example, the starch content of the Coke Bc beads used in the process is of the order of 4% on gross mass.
  • the balls of diameter greater than the mesh constitute the flow of coke balls Bc which will feed the gasification reactor 100.
  • Beads smaller than the mesh diameter are returned to the granulation plate to be recalibrated.
  • sludge sludge treatment plant used as binding agent, sludge sludge treatment plant. It is preferable to use limed sludge whose dryness is of the order of 30%. In a practical example, it is planned to mix the limed sludge with pyrolysis coke, up to
  • the granulation will preferably be carried out by means of a die extruder or a ball press.
  • This packaging variant advantageously makes it possible to reduce the production cost of the coke balls Bc.
  • sludge is usually intended for landfilling, they are usually available at a negative cost.
  • the most suitable sludge is sludge with a low ash content, preferably from agro-food industries.
  • An installation according to the invention with pyrolysis, followed, on the same site or on another site, with a gasification according to the invention for producing a synthesis gas or hydrogen is particularly suitable for treating initial charges C1 comprising very wet biomass (40 to 60% moisture on gross mass) with a relatively coarse grain size (50mm x 50mm x 20mm forest chips). More generally, any combustible solid material having a high carbon content (> 20%), a medium to low moisture content (50 to 5%) and a relatively low ash content ( ⁇ 30%) can be advantageously treated by an installation according to the invention.
  • It can typically be forest, plant or animal biomass, waste household or industrial fuel, sludge or sewage treatment plant, oil residues, coal, oil sands, heavy oils or mixtures of these materials. It is possible to process in parallel to a solid load majority of liquid fuels with a high hydrocarbon content.
  • the advantage of treating wet biomass is its low price and the availability of the resource.
  • This raw biomass can be produced at a lower cost by existing forestry operations with the technologies currently used, particularly from the recovery of residues and slash on a forest plot. But the facility also finds interesting applications in the recovery of other waste, especially in petrochemical complexes.
  • Such an in-situ pyrolysis and gasification plant is advantageously intended for large to very large-scale industrial installations, of the order of 2 to 10 tons of initial charges processed per hour and per process line.
  • the advantage of having very large capacities lies in economies of scale realized in terms of operating cost (personnel, product transport) and investment.
  • the treated biomass is transformed into carbon dioxide, mineral ash, hydrogen, or syngas.
  • Synthesis gas containing in addition to carbon monoxide, the performance in terms of capture of greenhouse gases are in the case of the production of lower synthesis gas than in the case of hydrogen production.

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Abstract

Une installation de production de gaz de synthèse d'hydrogène comprend un réacteur de gazéification 101 à lit de billes descendant alimenté en billes de coke Bc et en billes de métal chauffé Bmc. Le flux des billes est descendant. La zone de gazéification 104 est approvisionnée en billes de coke par une conduite 106 descendant jusqu'en partie médiane 105 du réacteur depuis un four 103 qui fournit des billes de coke à une température supérieure ou égale à une température de craquage des goudrons et hydrocarbures. Le flux de gaz de gazéification produit dans la zone de gazéification 104 remonte par la conduite 106 à contre-courant des billes de coke, ce qui permet de l'amener à une température de craquage des goudrons et des hydrocarbures, dans une partie haute 107 de la conduite. Les gaz de craquage Gg ainsi produits sont extraits dans cette zone. Ils sont conditionnés par un dispositif approprié 200, apte à fournir de l'hydrogène ou un gaz de synthèse. Les billes de coke sont avantageusement composées de cokes de pyrolyse produits sur place ou sur un autre site.

Description

INSTALLATION DE PRODUCTION D'HYDROGENE OU DE GAZ DE SYNTHESE PAR GAZEIFICATION
La présente invention concerne une installation permettant la production d'hydrogène ou de gaz de synthèse, à partir d'une charge initiale, par gazéification.
On entend habituellement par charge initiale tout matériau solide combustible présentant une teneur en carbone élevée (>20%), un taux d'humidité moyen à faible (50 à 5%) et une teneur en cendres relativement basse (<30%). Il peut typiquement s'agir de coke produit par pyrolyse, de biomasse forestière, végétale ou animale, de déchets ménagers ou industriels combustibles, de boues industrielles ou de station d'épuration, de résidus pétroliers, de charbon, de sables bitumineux, de pétroles lourds ou de mélanges de ces matériaux. Il est possible de traiter en parallèle à une charge solide majoritaire des combustibles liquides à teneur élevée en hydrocarbures.
Une application nouvelle pour la valorisation de charges initiales, est la production de gaz pour la synthèse de biocarburant par les procédés dits de Fischer-Tropsch. Ces procédés sont notamment adaptés pour valoriser du coke issu de la pyrolyse de biomasse. Les procédés dits de Fischer-Tropsch demandent des gaz de composition particulière, dont les teneurs en goudrons, notamment, sont très faibles, typiquement inférieures à quelques mg/Nm3 de gaz. Ces procédés exigent également des gaz à très faible teneur en hydrocarbures gazeux (méthane, éthane, éthylène...) et en gaz polluants pour les catalyseurs (CS2, H2S, HCI ...).
Une autre application est la production de gaz pour la génération d'hydrogène pour l'alimentation de piles à combustibles. Une telle application demande des gaz exempts de goudrons, de monoxyde de carbone et de polluants. L'hydrogène est aussi utilisé dans des applications industrielles de pétrochimie, pour la génération de carburants de synthèse, d'ammoniac...
Les installations de gazéification habituelles utilisent principalement des réacteurs à lits fluidisés, de différents types (circulants, denses et/ou entraînés). Ces équipements sont caractérisés par des températures de fonctionnement maximales de 95O0C destinées à éviter la fusion des cendres du combustible et du sable constituant le lit, qui si elle se produit, crée des agglomérats qui obligent à arrêter l'installation pour des opérations de nettoyage. A ces températures de fonctionnement, les gaz de gazéification présentent des teneurs en goudrons et en hydrocarbures élevées (de l'ordre de quelques grammes /Nm3 de gaz). La température de réaction nécessaire au craquage complet des goudrons est en effet plus élevée, de l'ordre de 1 100 à 12000C, et supérieure à la température de fusion des cendres de la biomasse ou du charbon (950- 10500C). Il est ainsi très difficile de produire directement des gaz compatibles avec les applications nouvelles de synthèse de biocarburant ou de production d'hydrogène avec des réacteurs à lit fluidisé de l'état de la technique.
D'autre part avec l'entraînement des poussières et les hautes températures, des dépôts indésirables se produisent sur les parties froides de l'installation. Ces dépôts peuvent être catalysés par des polluants présents sous forme de traces dans la biomasse traitée. Ils obligent à l'arrêt périodique des installations pour remise en état des chaudières et réacteurs.
Des alternatives ont été proposées qui consistent à adapter les installations à lit fluidisés pour réaliser, après le lit fluidisé, un craquage à haute température des gaz de gazéification, typiquement à 1 100-1200 0C. Les gaz de craquage ainsi obtenus sont ensuite refroidis et épurés de leurs composés indésirables, par des procédés de génie chimique connus.
Les installations résultant de cette conception sont complexes, coûteuses en investissement et de faible rendement. Leur pilotage est délicat et demande des systèmes de contrôle-commande sophistiqués. Un problème principal posé par la production d'hydrogène et/ou de gaz de synthèse de qualité à partir des installations de gazéification de l'état de l'art est ainsi le coût de production élevé de ces installations qui utilisent des technologies inadaptées aux conditions réglementaires (normes, sécurité, qualité ...) et de marché (prix, volumes, qualité...). Un objet de l'invention est de résoudre ces différents problèmes.
Une idée à la base de l'invention, est d'utiliser un lit de billes chauffées descendant dans le réacteur et comprenant des billes de coke à haute température, qui assurent une partie de l'apport de chaleur et des billes de métal chauffées, qui ont une fonction d'appoint de chaleur et de broyage des billes de coke. La réaction de gazéification se produit dans une zone de gazéification en partie médiane du réacteur.
Plus particulièrement, des billes de coke à très haute température, typiquement 1200 à 1300 0C, sont amenées dans une partie médiane du réacteur de gazéification par une conduite, pour alimenter la zone de gazéification. Les gaz de gazéification produits dans la zone de gazéification, remontent dans la conduite à contre-courant des billes de coke, permettant de monter la température de ces gaz à une température élevée de craquage, typiquement de l'ordre de 12000C, par échange de chaleur avec les billes de coke. Ces dernières arrivent dans la zone de gazéification, en partie médiane du réacteur, à une température de l'ordre de 10000C (typiquement entre 950 à 1050 0C).
En pratique, des moyens de contrôle commande utilisant des capteurs, règlent les flux de billes, pour obtenir les températures voulues. La conduite est pourvue en partie haute d'une paroi poreuse permettant l'extraction des gaz de craquage.
Les billes de métal chauffées sont amenées en partie médiane du réacteur par un dispositif d'alimentation adapté. Elles ont une fonction de chauffage d'appoint et de broyage des billes de coke amenées par la conduite. Elles ont une composition apte à catalyser la destruction des goudrons des gaz de gazéification. Typiquement, elles comprennent du nickel. Elles ressortent en pied du réacteur. Elles peuvent être à nouveau chauffées pour alimenter le réacteur.
Les gaz de craquage devant être refroidis dans la phase de conditionnement, notamment pour piéger le dioxyde de carbone, l'installation prévoit avantageusement de récupérer l'énergie des gaz de craquage pour chauffer les billes de métal. Un dispositif de dépoussiérage des gaz de craquage est ainsi avantageusement prévu, qui est alimenté en partie basse par les gaz de craquage et en partie haute, par des billes de métal froides (ou refroidies), récupérées en pied du réacteur de gazéification. Les billes de métal servent de média de refroidissement des gaz de craquage, et de moyen de dépoussiérage de ces gaz, par entraînement. On obtient en sortie, des billes chauffées qui vont servir à alimenter le réacteur de gazéification, et des poussières (cendres minérales) qui seront traitées de manière appropriée. Selon un perfectionnement, un procédé d'ajustement de la teneur en hydrogène des gaz de craquage est mis en œuvre dans le dispositif de dépoussiérage. Ce procédé est communément connu sous le terme réaction de WGS, acronyme anglo-saxon de " Water Gaz Shift". On prévoit alors des buses d'injection de vapeur d'eau, en partie médiane du dispositif de dépoussiérage. La composition des billes de métal est alors avantageusement choisie pour favoriser (catalyser) la réaction de WGS. Typiquement, la composition comprend du Cobalt.
On obtient en sortie du dispositif de dépoussiérage, un gaz dépoussiéré et partiellement refroidi, qui peut être aisément conditionné par des dispositifs éprouvés, pour fournir un gaz de synthèse ou de l'hydrogène dont la composition répond aux besoins des nouvelles applications citées.
Ainsi, telle que caractérisée l'invention concerne une installation pour la production d'hydrogène et/ou de gaz de synthèse par réduction de la vapeur d'eau par du carbone dans une zone de gazéification d'un réacteur de gazéification.
Selon l'invention, la zone de gazéification est un lit de billes descendant comprenant des billes de coke et des billes de métal à une température de gazéification, et produisant un flux montant de gaz de gazéification, et l'installation comprend :
- un four apte à fournir en sortie des billes de coke à une température supérieure ou égale à une température de craquage,
- une conduite d'amenée des billes de coke chauffées fournies par ledit four, et débouchant dans une partie médiane du réacteur pour approvisionner gravitairement la zone de gazéification en billes de coke, ladite conduite permettant la remontée des gaz de gazéification à contre- courant des billes de coke, en sorte que la température des gaz atteigne une valeur suffisante à leur craquage dans une zone haute de la conduite, des moyens étant prévus dans ladite zone, permettant l'extraction des gaz de craquage produits,
- un dispositif d'approvisionnement du réacteur de gazéification en billes de métal chauffées, comprenant des moyens pour injecter les billes de métal chauffées dans la partie médiane du réacteur, et des moyens d'extraction de billes de métal en pied du réacteur de gazéification. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre indicatif et non limitatif de l'invention et en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1a représente sous forme de schéma-bloc, un dispositif de gazéification selon l'invention; à lit de billes de coke et de billes de métal descendant et flux de gaz de gazéification remontant ; - les figures 1 b et 1c illustrent schématiquement un exemple de réalisation d'un tel dispositif ;
- la figure 2a représente sous forme de schéma-bloc, un dispositif de gazéification selon une variante de l'invention ;
- la figure 2b illustre schématiquement un exemple de réalisation d'un tel dispositif ;
- la figure 3 est un schéma-bloc d'un dispositif de conditionnement d'un gaz de craquage fourni par un dispositif de gazéification selon l'invention, pour la production d'un gaz de synthèse utilisable pour des procédés Fischer Tropsch ; - la figure 4 est un schéma-bloc d'un dispositif de conditionnement d'un gaz de craquage fourni par un dispositif de gazéification selon l'invention, pour la production d'hydrogène ; et
- la figure 5 illustre une installation de gazéification et conditionnement selon l'invention, en combinaison avec une installation de pyrolyse qui peut être prévue sur le même site ou sur un autre site.
La figure 1 représente un dispositif 100 de gazéification utilisé dans une installation de production de gaz de synthèse ou d'hydrogène selon l'invention.
Il comprend principalement un réacteur de gazéification 101 , un générateur de vapeur 102 et un four statique 103.
Le réacteur utilise comme média de réduction de la vapeur d'eau, du coke conditionné sous forme de billes de coke. Le coke utilisé est avantageusement un coke produit par pyrolyse. Ce réacteur fournit en sortie des gaz de craquage Gc à une température de l'ordre de 12000C, qui ont une composition qui permet, par un conditionnement adapté et peu coûteux, d'obtenir en sortie un gaz de synthèse ou de l'hydrogène dont la qualité est compatible avec les usages cités plus haut.
Dans la suite, on entend par gaz de gazéification, les gaz produits dans le réacteur, par réduction de la vapeur d'eau V, et qui sont typiquement à une température comprise entre 800 et 95O0C, dite température de gazéification. On entend par gaz de craquage, des gaz exempts de goudrons et d'hydrocarbures. Ce sont les gaz qui sortent du réacteur de gazéification à une température plus élevée, appelée température de craquage. Cette température est typiquement de l'ordre de 1100 à 12000C.
Les gaz de gazéification Gg sont produits dans la zone de gazéification 104 du réacteur, comprenant au principal des billes de coke Bc et des billes de métal Bmc à une température permettant la réduction de la vapeur d'eau par le carbone.
L'approvisionnement des billes est à flux descendant.
Plus particulièrement, les billes de coke Bc sont injectées dans un four statique 103, qui les amène à très haute température, supérieure ou égale à la température dite de craquage, de l'ordre de 1200°C à 1300°C. Les billes de coke sont de préférence chauffées sous atmosphère inerte (CO2) et sous légère dépression de façon à être complètement débarrassées de leurs composés volatils éventuels.
Ce four peut être un four alimenté à l'électricité (four à résistances, induction, torche à plasma par exemple). Ce peut être un four à circulation de gaz inerte chauffé par combustion de gaz, fuel, ou oxy-combustion de gaz, par exemple, ou encore tout autre type de four à haute température. Sa fonction est de délivrer des billes de coke à une température spécifiée permettant d'assurer une qualité des gaz de craquage déterminée, sans goudrons ni hydrocarbures gazeux.
En pratique, on prévoit que la pression interne du four 103 est légèrement inférieure à celle du réacteur 101 , et que le four est balayé par un flux de gaz inerte, par exemple du CO2.. De cette façon, on évite toute pollution des gaz de craquage avec des goudrons provenant du chauffage des billes de coke. Le gaz de balayage est typiquement recyclé à la base du réacteur de gazéification.
Une conduite d'amenée 106, qui descend jusque dans ladite partie médiane 105 du réacteur, permet d'approvisionner la zone de gazéification 104 en billes de coke chauffées.
Dans la partie médiane du réacteur, les billes de coke amènent la chaleur et le carbone nécessaire à la réduction de la vapeur d'eau.
En mode stabilisé de fonctionnement, les gaz de gazéification Gg remontent dans la conduite d'amenée 106, à contre-courant des billes de coke. On a donc un échange thermique dans la conduite entre les billes de coke, qui perdent de la chaleur, au profit des gaz de gazéification qui montent progressivement en température, jusqu'à atteindre dans une partie haute 107 de la conduite, une température de craquage, qui permet l'élimination des goudrons et des hydrocarbures dans ces gaz. Dans cette partie haute 107, la conduite est pourvue d'une paroi poreuse qui permet l'extraction des gaz de craquage.
Ces gaz de craquage sont composés principalement d'hydrogène et de monoxyde de carbone. Du dioxyde de carbone ou de la vapeur d'eau peuvent également être présents en quantité moindre ainsi que des gaz polluants. Les goudrons et les hydrocarbures gazeux sont absents. Des poussières de cendres infusibles peuvent subsister. Leur quantité et leur nature est liée à la qualité des cokes traités.
Les billes de métal chauffées Bmc sont amenées au débouché de la conduite 106, par un dispositif d'approvisionnement adapté. Elles servent de chauffage d'appoint dans la zone de gazéification
104 et de moyens de broyage des billes de coke délivrées par la conduite 106.
En partie basse du réacteur, on a un lit de billes de métal entretenu. La vapeur d'eau V nécessaire à la réaction est injectée sous le lit. Elle est produite au principal par un générateur de vapeur 102 placé à la base du réacteur. Le générateur produit la vapeur V nécessaire à la réaction de gazéification par le refroidissement par injection d'eau des billes de métal chaudes qui sortent du réacteur. De cette façon on récupère la chaleur des billes pour produire la vapeur. On obtient en sortie des billes de métal refroidies Bmf.
L'eau est injectée sous pression modérée pour vaincre la pression de quelques millibars créée par la vaporisation de l'eau au contact des billes chaudes qui sortent du réacteur. Selon que l'on choisit d'extraire les cendres
C sous forme solide ou en solution, on peut créer une circulation d'eau dans le générateur de vapeur.
Une chaudière 102' de production de vapeur est de préférence prévue, pour fournir de la vapeur V en appoint, notamment dans la phase de démarrage. La vapeur V est alors injectée par une entrée d'injection disposée à la base du réacteur.
On peut prévoir d'autres entrées à la base du réacteur, au dessus de l'entrée d'injection de la vapeur, pour l'injection de médias de gazéification, c'est-à-dire des gaz, des vapeurs, ou de l'oxygène. Notamment, on prévoit une entrée pour injecter de l'oxygène. L'oxygène permet d'équilibrer thermiquement les réactions de réduction de la vapeur par combustion du coke résiduel. Cette injection d'oxygène est en pratique limitée au minimum du fait des apports de chaleur réalisés dans le réacteur par les billes de coke et les billes de métal. Dans l'exemple, une entrée est aussi prévue pour des gaz de pyrolyse. De tels gaz seront fournis en pratique par un dispositif de pyrolyse de charges initiales situé sur le même site. Les gaz de pyrolyse sont habituellement composés de gaz inerte (CO2), de gaz combustibles simples (CO, H2), d'hydrocarbures incondensables à température ambiante (CH4, C2H6, C3H8, C4H10) d'hydrocarbures condensables légers (alcools, huiles), d'huiles lourdes et de goudrons, de gaz acides ou neutres (CO2, H2S, HCI, N2 ...) et de poussières. Leur température est fonction de la teneur en humidité de la charge admise en entrée de four de pyrolyse et de la consigne de température appliquée au four de pyrolyse. On peut aussi prévoir d'injecter d'autres médias de gazéification séparément ou en mélange, par exemple de l'air, du dioxyde de carbone, du gaz naturel, des vapeurs de combustibles liquides. Notamment, dans le cas d'une application située sur le site d'une raffinerie de pétrole, on peut prévoir d'injecter les évents de cuve, qui contiennent des vapeurs d'hydrocarbures, et qui représentent des volumes importants. Le dioxyde de carbone peut être utile pour accélérer la dégradation du carbone dans le réacteur, par augmentation de la teneur des gaz de gazéification en monoxyde de carbone. Le gaz naturel est également transformé en monoxyde de carbone et en hydrogène. Une injection d'air est utile lorsque le gaz de synthèse produit peut contenir des petites quantités d'azote (de par sa destination). En effet, une injection d'air pour réaliser la combustion des cokes résiduels est avantageuse, car moins coûteuse qu'une injection d'azote (coût nul de l'air). On peut aussi prévoir une injection de combustibles liquides, par exemple des huiles de pyrolyse, en partie médiane, au-dessus de la zone de gazéification 104.
Le chauffage des billes de métal peut être réalisé par un four statique 108, du même type que le four 103.
De préférence, on prévoit de récupérer la chaleur des gaz de craquage Gc pour chauffer les billes de métal. En effet, les gaz de craquage doivent être traités dans un dispositif de conditionnement 200, notamment pour extraire le dioxyde de carbone. Ce traitement nécessite une phase préalable de refroidissement des gaz de craquage.
Ainsi, on prévoit avantageusement un dispositif qui permet de refroidir les gaz de craquage par échange thermique avec des billes de métal Bm, froides.
Dans l'invention, on utilise un dépoussiéreur à billes 201 , dans lequel les gaz de craquage sont injectés en partie basse, et les billes de métal Bm en partie haute. Les billes de métal récupèrent la chaleur des gaz de craquage, tout en entraînant avec elles des cendres infusibles qui peuvent être contenues dans les gaz de craquage. On récupère en sortie des billes de métal chauffées Bmc, aptes à alimenter le réacteur, et des cendres infusibles C, entraînées avec les billes.
Ces cendres C seront avantageusement extraites, au moyen d'un équipement de séparation adapté, par exemple un crible, positionné au débouché de la conduite de distribution.
Les billes de métal Bmc qui ont été injectées descendent progressivement à la base du réacteur, par la conduite de distribution 112.
Elles sont extraites en pied de réacteur. Ces billes extraites en pied de réacteur sont utilisées pour produire la vapeur V nécessaire au processus de gazéification, par refroidissement à l'eau dans le générateur de vapeur 102.
Les billes refroidies Bmf sont utilisées pour réapprovisionner le flux de billes
Bm injectées dans le dépoussiéreur à billes 201 et/ou dans le four statique
108. Les figures 1 b et 1c représentent deux exemples de réalisation d'un réacteur de gazéification 101 couplé à un dépoussiéreur à billes 201 selon l'invention, la deuxième figure représentant un dispositif comprenant à la fois le four statique 108 et le dépoussiéreur à billes 201 pour chauffer les billes de métal. Le réacteur et le dépoussiéreur sont des équipements dont les parois sont typiquement réalisées en métal recouvertes de matériau isolant et de matériau réfractaire.
La conduite d'amenée 106 des billes de coke est pourvue en partie haute 107 d'une paroi poreuse constituée de métal réfractaire finement perforé et de matériau réfractaire minéral poreux recouvrant les deux faces de la conduite.
La conduite de distribution 112 à la base du réacteur, sous la partie médiane 105 comprenant la zone de gazéification 104, est pourvue d'une paroi poreuse 113 constituée de métal réfractaire finement perforé et de matériau réfractaire minéral poreux recouvrant les deux faces de la conduite. Elle amène notamment la vapeur d'eau V, l'oxygène d'appoint O2, les gaz de pyrolyse Gp...
En partie haute du réacteur, au dessus de la zone de gazéification
104, on peut prévoir une entrée d'injection d'huiles de pyrolyse (Hp), voire d'autres combustibles liquides.
Les réactions de réduction se produisent dans la zone de gazéification 104 en partie médiane du réacteur.
En partie basse du réacteur, on a un lit de billes de métal entretenu. En pied de réacteur, on récupère les billes de métal, et des cendres entraînées avec elles, par la conduite de distribution 112. Les billes sont refroidies par le générateur de vapeur 102, et extraites par un système d'extraction adapté tel qu'une vis sans fin, un extracteur à chaîne de type
Redler ou tout autre extracteur adapté. Le débit d'extraction des billes Bmf est régulé par une vanne de régulation au débouché de la conduite 112 ou par le système d'extraction des billes Bmf. Ces billes peuvent être acheminées en entrée du four statique 108 et/ou du dépoussiéreur à billes 201 , par exemple par un élévateur à godets (non représenté).
Dans l'exemple illustré sur les figures 1b et 1c, le réacteur 101 et le four statique 103 sont disposés en colonne. Il s'agit d'un exemple d'illustration de l'invention. Dans la pratique, le four statique peut ne pas être situé exactement au dessus du réacteur de gazéification.
Le four statique 103 est approvisionné en billes de coke Bc par un silo 109 de stockage tampon à température ambiante (10-400C). Elles sont dosées par une trémie d'alimentation au moyen d'un dispositif 110 à débit variable dans un sas d'isolement 111.
En pratique, on prévoit que ce sas est balayé par un flux continu de gaz inerte (CO2) permettant d'éviter les fuites de gaz combustibles dans l'atmosphère et que la pression dans le sas d'isolement est maintenue en permanence légèrement au dessus de la pression atmosphérique (0 à +5 millibars).
Le dépoussiéreur à billes 201 est alimenté en billes de métal Bm froides par un silo 202 couplé à un sas d'isolement 203 situé en partie haute.
Une bride de sortie en partie haute permet la sortie des gaz dépoussiérés GD. Le sas d'isolement est balayé par un flux de gaz inerte sous légère pression destiné à éviter les fuites de gaz dépoussiéré GD à l'atmosphère.
Les billes de métal Bm sont typiquement les billes Bmf extraites en pied de réacteur. Elles sont délivrées au sas d'isolement par un dispositif de circulation typiquement constitué par un élévateur à godets à une température inférieure à 6O0C.
Les billes de métal cheminent à contre-courant des gaz de craquage dans le dépoussiéreur à billes 201 où elles sont réchauffées jusqu'à atteindre une température de l'ordre 10000C. En partie basse du dépoussiéreur à Billes, les billes de métal chauffées Bmc sont extraites par un dispositif 204 asservi à une mesure de température et injectées en partie médiane 105 du réacteur de gazéification 101 , au niveau du débouché de la conduite de craquage 106.
On notera que dans le cas où l'installation comprend en combinaison ou en alternative, un four statique 108 de chauffage des billes de métal (figure 1c), les conditions d'approvisionnement sont sensiblement les mêmes. Elles ne seront donc pas décrites.
Dans un perfectionnement du procédé de conditionnement des gaz de craquage, on prévoit en partie médiane du dépoussiéreur à billes, des buses 205 d'injection de vapeur V, disposées à espaces réguliers. Ces buses permettent d'injecter de la vapeur V, typiquement à une température de l'ordre de 4000C, dans le but d'ajuster la teneur en CO du gaz de synthèse à une valeur spécifiée, selon un procédé dit d'ajustement du gaz à l'eau, plus connu sous le terme anglo-saxon de Water Gas Shift. Une analyse en continu du gaz dépoussiéré GD délivré en sortie permet de vérifier sa qualité en continu et de piloter l'injection de vapeur en conséquence. La vapeur V est produite par le générateur de vapeur 120 et/ou la chaudière 102.
En pratique, les différents flux de billes de coke et de métal sont contrôlés aux moyens d'un système de contrôle commande, utilisant notamment des capteurs de température et de pression, et des vannes commandées, pour avoir les conditions optimales de production de gaz de craquage de grande qualité.
Notamment, le système de contrôle commande de l'installation détermine en fonction des températures dans les différentes zones de réaction, le débit de billes de coke à approvisionner dans le four statique 103, en utilisant les organes d'alimentation 110 du sas d'isolement 111 du four statique 103 et l'organe de régulation disposé au débouché de la conduite de distribution 112, en pied de réacteur. La gazéification des billes de coke dans le réacteur de gazéification et le soutirage des billes de métal en pied entraînent la descente des billes de coke dans la conduite d'amenée 106 et l'alimentation du four statique 103.
Le système de contrôle commande de l'installation contrôle la température des billes de métal en sortie du dépoussiéreur, pour actionner le débit d'approvisionnement des billes de métal, par action sur les organes d'alimentation du sas 203 en entrée et sur un organe d'extraction 204 du flux de billes de métal chauffées Bmc en sortie.
Le système de contrôle commande de l'installation contrôle la qualité du gaz de craquage Gc en sortie, par une mesure en continu d'un échantillon du gaz. Cette mesure permet d'ajuster en continu le débit de vapeur V délivré à la base du réacteur de gazéification, sous la zone de gazéification 104, au moyen d'une vanne de régulation de la vapeur V (non représentée). Le système de contrôle commande assure aussi l'analyse en continu du gaz dépoussiéré GD délivré en sortie pour piloter l'injection de vapeur V dans le dépoussiéreur 201.
En pratique, dans le cas d'une production de gaz hydrogène, le système de contrôle commande maintiendra un léger défaut de vapeur en sortie (Gc) du réacteur de gazéification et un léger excès de vapeur en sortie
(GD) du dépoussiéreur à billes, pour transformer le maximum de monoxyde de carbone en dioxyde de carbone.
Dans une variante représentée sur les figures 2a et 2b, on prévoit un autre four statique 1 14, placé entre le réacteur de gazéification et le générateur de vapeur 102 pour produire de la vapeur surchauffée à partir de la vapeur V. La vapeur produite par la chaudière 102 est alors introduite à la base du four 1 14 par une buse d'injection, à travers une paroi poreuse 1 16 prévue dans une conduite de distribution 1 15. Les billes de métal extraites en pied de réacteur circulent dans le four statique et sont récupérées au débouché de la conduite 1 15.
Cette variante permet d'apporter de la vapeur à haute température au réacteur de gazéification. Typiquement la vapeur alors injectée dans le réacteur est à une température de l'ordre de 8000C alors que le générateur de vapeur 102 peut fournir de la vapeur à une température de l'ordre de 300-
4000C. Elle permet de limiter la consommation d'oxygène.
Le four statique peut être de tout type déjà décrit pour le premier four 103. La paroi poreuse est du même type que la paroi 107 déjà décrite.
Pour le reste, les dispositions décrites en relation avec les figures 1a à 1c s'appliquent de la même façon à cette variante de réalisation et ne seront donc pas rappelées.
Une installation selon l'invention permet une réduction de la vapeur d'eau par du carbone dans le réacteur de gazéification à lit de billes de coke et de billes de métal Bmc chauffées, et alimenté en vapeur V, en oxygène O2, en gaz de pyrolyse Gp, par la ou les conduites de distribution 1 12 et/ou 1 15. Les gaz injectés se mélangent à la vapeur et cheminent dans le lit de billes de métal entretenu en partie basse du réacteur de gazéification, et dont la température varie du bas vers le haut de 600 à 95O0C.
Les billes de métal comprennent typiquement de l'acier. Elles comprennent en outre du nickel et/ou du cobalt pour favoriser les réactions dans le réacteur et dans le dépoussiéreur.
La vapeur d'eau s'échauffe pour atteindre la température nécessaire (800-9500C) à la gazéification des cokes résidant en partie médiane 105 du réacteur de gazéification. Ces cokes sont issus des billes de coke amenées par la conduite 106, et broyées par les billes de métal Bmc. Les réactions de réduction se produisent dans la zone de gazéification 104. Ce sont les réactions suivantes :
La vapeur d'eau est réduite selon la réaction :
H2O + C → H2 + CO
Le dioxyde de carbone contenu dans les fumées de combustion des cokes résiduels est réduit partiellement selon la réaction :
CO2 + C → 2 CO
Les gaz de Gazéification Gg produits dans la zone de gazéification 104 s'élèvent et sont canalisés, par exemple par un déflecteur tubulaire comme illustré sur les figures 1 b, 1c et 2b, pour être délivrés au point de décharge des billes de coke et de métal chauffées, au débouché de la conduite 106. Dans cette zone, les billes de coke et les billes de métal ont une température de l'ordre de 10000C. Les particules de coke non gazéifiées contenues dans les gaz, les billes de Coke et les billes de métal sont entraînées par gravité vers la zone de gazéification 104. Les gaz de gazéification Gg cheminent verticalement à contre- courant du flux de billes de coke dans la conduite d'amenée 106. Ils sont progressivement portés à la température de craquage déterminée. Cette température est fonction de la température de chauffage des billes de coke (1200 - 13000C) dans le four statique 103, de la longueur de la conduite et des flux de billes injectés et extraits.
A la température de craquage, les goudrons et les hydrocarbures gazeux sont craqués et transformés en totalité en molécules gazeuses simples (hydrogène, monoxyde de carbone et dioxyde de carbone).
Le résiduel de goudrons contenu dans les gaz de gazéification est transformé selon la réaction : CxHy + x H2O → xCO + (x+y/2)H2
Le résiduel d'alcanes contenu dans les gaz de gazéification est transformé selon la réaction :
CnH2n+2 + n H2O → n CO + (2n+1 ) H2 La vapeur d'eau résiduelle contenue dans les gaz de gazéification est transformée jusqu'à élimination, selon la réaction :
C + H2O → CO + H2
Les gaz de craquage Gc sont extraits par dépression de la conduite 106 au travers de la paroi poreuse en partie haute 107 et dirigés vers le dispositif de conditionnement des gaz 200. Seules des particules de cendres submicroniques subsistent.
Sur la figure 3, on a détaillé le schéma bloc d'un dispositif de conditionnement 200 des gaz de craquage Gc produits selon l'invention, pour fournir un gaz de synthèse de qualité voulue. Ce dispositif permet de dépoussiérer, refroidir, ajuster la composition, décarbonater, et pressuriser les gaz de craquage Gc produits par le réacteur de gazéification.
Le dispositif de conditionnement comprend un dépoussiéreur à billes 201 déjà décrit en relation avec les figures 1a à 1c et 2a et 2b. Ce dépoussiéreur à billes permet de récupérer les cendres submicroniques infusibles éventuelles et de refroidir les gaz de craquage, pour les amener à une température typiquement inférieure à 15O0C. Dans une variante, on prévoit en outre un ajustement du ratio CO/H2, de manière à ajuster la qualité du gaz, par injection de vapeur d'eau V. Ce dispositif étant à flux de billes de métal régulé pour obtenir en sortie des billes de métal chauffées à une température de l'ordre de 10000C, la température des gaz dépoussiérés en sortie n'est pas régulée.
On prévoit donc à la suite, un régulateur de température 210, pour ajuster la température des gaz dépoussiérés. Ce régulateur peut être typiquement un échangeur à plaques eau-gaz, un aéroréfrigérant ou un circuit d'utilisation d'eau chaude basse température. La température des gaz Gr délivrés en sortie est typiquement inférieure à 4O0C.
Les gaz refroidis Gr sont envoyés dans un dispositif de décarbonatation 220. Un tel dispositif a pour fonction d'extraire le dioxyde de carbone CO2 et les gaz acides solubles contenus dans les gaz à traiter Gr.
Cette décarbonatation est réalisée de manière connue par une injection de solvant sous pression élevée dans plusieurs éjecteurs à jet de liquide 221. Ces éjecteurs 221 permettent d'aspirer tout le gaz produit Gr. Ils déversent le flux de solvant et de gaz dans un réservoir 222 dont la pression interne assure la solubilisation partielle du dioxyde de carbone et des gaz solubles. Le gaz de synthèse Gs est extrait du réservoir, typiquement au moyen d'un dévésiculeur 225 qui retient les gouttes de solvant. Ce dispositif permet de délivrer le gaz de synthèse à une pression légèrement positive sans opération de compression supplémentaire.
Pour extraire les gaz solubles, on prévoit typiquement une baie d'analyse en sortie qui détermine la composition du gaz de synthèse, de manière à déterminer les gaz solubles présents, et ajouter les réactifs nécessaires pour piéger ces gaz, au solvant utilisé pour solubiliser le dioxyde de carbone.
La pression interne est maintenue à une valeur de consigne par une vanne de décharge de la solution contenue dans le réservoir vers un dispositif d'évacuation, asservie à une mesure de pression interne et une mesure de conductivité permettant de mesurer son niveau de saturation en CO2.
Le dispositif d'évacuation peut être typiquement un dispositif 223 de séparation solvant/CO2 , dit dispositif de « stήpping » selon la terminologie anglo-saxonne. Il permet d'extraire (désorber) le dioxyde de carbone contenu dans la solution et de recycler le solvant utilisé vers les éjecteurs à jet 221. Un équipement 224 de détente du flux de solvant permet de dépressuriser le solvant et de le renvoyer vers les éjecteurs à jet du dispositif de décarbonatation. Le dioxyde de carbone CO2 désorbé de la solution par le dispositif 223, peut être en partie stocké sous pression pour assurer via un réservoir les besoins internes à l'installation, notamment la fourniture des flux de gaz de balayage utilisés dans les sas d'alimentation du réacteur de gazéification et du dépoussiéreur à billes.
Le dioxyde de carbone désorbé peut être séquestré dans des exutoires tels que des aquifères marins (fosses océaniques) ou géologiques, ou bien rejeté à l'atmosphère. Dans une variante représentée en pointillé sur la figure 3, on utilise un aquifère 231 comme exutoire. Le solvant utilisé peut alors être de l'eau pompée dans l'exutoire utilisé. Dans le cas où l'exutoire est une fosse marine, l'eau sera pompée à une température inférieure à 150C, et rejetée à une profondeur d'au moins 1500 mètres, ce qui garantit le piégeage à long terme du CO2 dissous. Le dispositif de séparation 223 est alors essentiellement utilisé pour récupérer le CO2 pour les besoins de l'installation comme gaz d'inertage et/ou de balayage.
Une installation selon l'invention produit ainsi peu de gaz à effet de serre. En outre, comme le dispositif de gazéification utilise de l'énergie d'origine externe pour le chauffage du ou des fours statiques, les quantités de gaz de synthèse produites par unité de combustible consommée sont maximales. II peut être utile de prévoir en plus du dispositif de décarbonatation, un équipement d'adsorption des métaux lourds volatils (arsenic, cadmium, mercure, thallium...) qui peuvent être présents dans le flux de gaz Gr, sur un média spécifique. Le média spécifique sera typiquement un lit fixe d'adsorbant tel que : charbon actif, zéolithe, bentonite,...Ce dispositif sera de préférence disposé avant le dispositif de décarbonatation, pour disposer d'un gaz refroidi et sec (pas de vapeur d'eau dans le gaz Gr).
La figure 4 illustre le cas d'une installation destinée à la production d'hydrogène. Le dispositif de conditionnement comprend alors en outre un dispositif 240 de séparation membranaire de l'hydrogène, pour traiter le flux de gaz de synthèse Gs extrait. Le perméat 241 fournit l'hydrogène H2 et le retentât 242 comprend le monoxyde de carbone CO, qui est réinjecté en partie basse du dépoussiéreur à billes (voir aussi figure 2b).
Sur la figure 5, on a représenté une installation complète de traitement de charges initiales Cl, qui utilise une installation de gazéification pour la production de gaz de synthèse ou d'hydrogène selon l'invention. Les charges initiales Cl seront typiquement de la biomasse végétale ou animale, du charbon, des combustibles solides ou liquides ou de coke de pétrole, des sables bitumineux
Cette installation comprend principalement un dispositif de pyrolyse 400 des charges initiales Cl, qui produit en sortie des cokes de pyrolyse Ck ; un dispositif 300 de conditionnement du coke de pyrolyse, en billes de coke Bc ; un dispositif de gazéification 100 selon l'invention, à lit de billes de coke et de billes de métal, qui fournit en sortie des gaz de craquage Gc, qui sont traités dans un dispositif de conditionnement 200. On obtient en sortie des cendres minérales C (typiquement composées de CaO, MgO, SiO2 ...), du gaz de synthèse ou de l'hydrogène, selon l'installation, et du dioxyde de carbone CO2, susceptible d'être séquestré.
Un dispositif de pyrolyse comprend un four de pyrolyse qui comprend principalement un tambour rotatif, dans lequel la charge initiale Cl à traiter est introduite. Un dispositif de chauffage par circulation de fumées chaudes placé à l'extérieur du tambour rotatif permet la chauffe du four de pyrolyse en fonctionnement stabilisé. La rotation du tambour assure quant à elle le cheminement de la biomasse dans le four. On obtient en sortie du four des cokes de pyrolyse Ck et des gaz de pyrolyse Gp. On obtient aussi des huiles de pyrolyse, issues d'un condenseur à huile habituellement utilisé pour épurer les gaz de pyrolyse, duquel on récupère des huiles de pyrolyse. Les gaz incondensables de pyrolyse qui en ressortent sont habituellement recyclés en interne dans une chambre de post-combustion, qui assure la production des fumées chaudes nécessaires au chauffage du four de pyrolyse.
Les caractéristiques des cokes de pyrolyse sont fonction des paramètres de conduite de la pyrolyse. Dans l'invention, on s'attachera à produire des coke de pyrolyse à faible teneur en matières volatiles (température de pyrolyse élevée, vitesse de chauffe lente, faible pression), à grande surface spécifique (activation à la vapeur) et à faible granulométrie (broyage fin).
Dans le cas où l'installation de pyrolyse est sur le même site que l'installation de gazéification, on peut prévoir de retraiter les gaz de pyrolyse Gp et les huiles de pyrolyse Hp dans le réacteur de gazéification, comme source de carbone supplémentaire. Dans ce cas, le four de pyrolyse sera chauffé à l'électricité.
Dans le cas où l'installation de pyrolyse n'est pas sur le même site que l'installation de gazéification, on pourra retraiter les huiles de pyrolyse Hp dans le réacteur de gazéification.
Le dispositif de conditionnement 300 fournit les billes de coke Bc pour les besoins du réacteur de gazéification selon l'invention. Ce dispositif sera généralement prévu sur le même site que l'installation de pyrolyse.
De façon habituelle, le tambour comprend des moyens de broyage, typiquement une charge de billes, et à son extrémité, un crible, typiquement un crible tronconique, avec une maille de quelques millimètres permettant de séparer le coke résultant en fonction de sa granulométrie.
Dans l'invention, on détermine la maille du criblage de façon à récupérer un coke ayant une granulométrie permettant une agglomération avec un liant. Typiquement, on prévoit que la granulométrie des cokes de pyrolyse destinés à être agglomérés est inférieure ou égale à 500 micromètres. On obtient donc en sortie un coke de pyrolyse Ck sec et finement divisé, qui présente des caractéristiques optimales pour la granulation. Le dispositif de conditionnement 300 prévoit un stockage tampon des cokes de pyrolyse ainsi récupérés, faisant office de trémie doseuse. En sortie de trémie doseuse, les cokes sont mélangés avec un liant, par exemple de l'amidon dosé à 4% environ. Le mélange se présente en sortie sous forme de poudre sèche. Les billes sont ensuite formées, par un équipement adapté. Par exemple, on peut utiliser une assiette de granulation dans laquelle le mélange est délivré en continu. Une assiette de granulation est un équipement destiné à réaliser des billes à partir d'un matériau se présentant sous forme de poudre sèche. La granulation est provoquée par la rotation de l'assiette inclinée alimentée en continu par de la poudre du mélange à agglomérer et par la pulvérisation d'un liant au moyen de buses, le liant favorisant la tenue des granulés. Les billes produites sont évacuées en continu par gravité à la base du talus qui se crée dans l'assiette. Selon les applications et la tenue mécanique recherchée des billes, l'agent liant utilisé pourra être de l'eau pure ou de l'eau additionnée d'amidon. L'amidon est un liant connu utilisé pour l'agglomération de coke. Dans un exemple pratique, la teneur en amidon des billes de Coke Bc utilisées dans le procédé est de l'ordre de 4% sur masse brute.
Les billes de coke Bc évacuées par débordement de l'assiette de granulation, sont ensuite criblées par un dispositif adapté. Les billes de diamètre supérieur à la maille constituent le flux de billes de coke Bc qui vont alimenter le réacteur de gazéification 100.
Les billes de diamètre inférieur à la maille sont renvoyées dans l'assiette de granulation pour être recalibrées. Dans une variante, on utilise comme agent liant, des boues chaulées de station d'épuration. On utilisera de préférence des boues chaulées dont la siccité est de l'ordre de 30%. Dans un exemple pratique, on prévoit de mélanger les boues chaulées au coke de pyrolyse, à hauteur de
10% en masse. Dans ce mode de conditionnement, la granulation sera de préférence réalisée au moyen d'une extrudeuse à filière ou d'une presse à boulets.
Cette variante de conditionnement permet avantageusement de diminuer le coût de production des billes de coke Bc. En effet, les boues étant habituellement destinées à la mise en décharge, elles sont généralement disponibles à un coût négatif. Les boues les plus adaptées sont des boues à faible taux de cendre provenant de préférence d'industries agroalimentaires.
Une installation selon l'invention avec pyrolyse, suivie, sur le même site ou sur un autre site, d'une gazéification selon l'invention pour produire un gaz de synthèse ou de l'hydrogène est particulièrement adaptée à traiter des charges initiales Cl comprenant de la biomasse très humide (40 à 60 % d'humidité sur masse brute) dont la granulométrie est relativement grossière (plaquettes forestières de dimensions 50mm x 50mm x 20mm). Plus généralement, tout matériau solide combustible présentant une teneur en carbone élevée (>20%), un taux d'humidité moyen à faible (50 à 5%) et une teneur en cendres relativement basse (<30%) peut être avantageusement traité par une installation selon l'invention. Il peut typiquement s'agir de biomasse forestière, végétale ou animale, de déchets ménagers ou industriels combustibles, de boues industrielles ou de station d'épuration, de résidus pétroliers, de charbon, de sables bitumineux, de pétroles lourds ou de mélanges de ces matériaux. Il est possible de traiter en parallèle à une charge solide majoritaire des combustibles liquides à teneur élevée en hydrocarbures.
L'intérêt de traiter de la biomasse humide réside dans son prix peu élevé et dans la disponibilité de la ressource. Cette biomasse brute peut être produite à moindre coût par les exploitations forestières existantes avec les technologies actuellement utilisées à partir notamment de la récupération sur parcelle de forêt des résidus et rémanents. Mais l'installation trouve également des applications intéressantes dans la valorisation d'autres déchets, notamment dans les complexes pétrochimiques.
Une telle installation de pyrolyse et gazéification in situ est avantageusement destinée à des réalisations industrielles de grande à très grande capacité, de l'ordre de 2 à 10 tonnes de charges initiales traitée par heure et par ligne de procédé. L'intérêt de disposer de très grosses capacités réside dans les économies d'échelles réalisées en terme de coût d'exploitation (personnel, transport des produits) et d'investissement. Avec une telle installation, la biomasse traitée est transformée en dioxyde de carbone, en cendres minérales, en hydrogène, ou bien en gaz de synthèse. Le gaz de synthèse contenant en plus du monoxyde de carbone, les performances en terme de captation de gaz à effet de serre sont dans le cas de la production de gaz de synthèse moins élevées que dans le cas de la production d'hydrogène.

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation pour la production d'hydrogène et/ou de gaz de synthèse par réduction de la vapeur d'eau (V) par du carbone dans une zone de gazéification (104) d'un réacteur de gazéification (101 ), caractérisée en ce que la zone de gazéification (104) est un lit de billes descendant comprenant des billes de coke (Bc) et des billes de métal (Bmc) à une température de gazéification, et produisant un flux montant de gaz de gazéification (Gg), et en ce que l'installation comprend : un four (103) apte à fournir en sortie des billes de coke (Bc) à une température supérieure ou égale à une température de craquage, une conduite d'amenée (106) des billes de coke chauffées fournies par ledit four, et débouchant dans une partie médiane (105) du réacteur pour approvisionner gravitairement la zone de gazéification (104) en billes de coke, ladite conduite permettant la remontée des gaz de gazéification (Gg) à contre-courant des billes de coke, en sorte que la température des gaz atteigne une valeur suffisante à leur craquage dans une zone haute (107) de la conduite, des moyens étant prévus dans ladite zone, permettant l'extraction des gaz de craquage (Gc) produits, un dispositif d'approvisionnement du réacteur de gazéification en billes de métal (Bmc) chauffées, comprenant des moyens pour injecter les billes de métal chauffées dans la partie médiane (105) du réacteur, et des moyens d'extraction (112) de billes de métal (Bmf) en pied du réacteur de gazéification.
2. Installation selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le réacteur comprend au moins une entrée de vapeur d'eau (V), à la base du réacteur, et/ou une entrée pour injecter de l'oxygène.
3. Installation selon la revendication 2, comprenant une ou des entrées en partie basse du réacteur, permettant l'injection d'autres médias de gazéification comprenant séparément ou en mélange des gaz, dont des gaz de pyrolyse (Gp), de l'air, du dioxyde de carbone, du gaz naturel, des vapeurs de combustibles liquides et ou une ou des entrées au dessus de la zone de gazéification 104, permettant d'injecter des combustibles liquides dont des huiles de pyrolyse (Hp).
4. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'il comprend en outre un four statique (114) disposé à la base du réacteur de gazéification (101 ), alimenté en vapeur d'eau (V) par un générateur de vapeur (102), permettant une surchauffe de la vapeur (V) avant injection dans le réacteur, les billes de métal (Bmf) étant extraites en pied dudit four statique.
5. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le flux de billes de coke (Bc) injectés dans le réacteur et le flux de billes de métal (Bmf) extrait sont régulés de manière à atteindre des températures de gazéification et de craquage déterminées.
6. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits moyens d'extraction des billes de métal comprennent des moyens de séparation des cendres entraînées avec les billes.
7. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les billes de métal contiennent de l'acier, et comprennent du nickel et/ou du cobalt.
8. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de conditionnement (200) des gaz de craquage (Gc) produits, comprenant des moyens de chauffage (201 ) de billes de métal (Bm), par récupération d'énergie sur lesdits gaz de craquage, pour alimenter le dispositif d'approvisionnement en billes de métal chauffées (Bmc).
9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que les billes de métal injectées dans le moyens de chauffage (201 ) comprennent les billes de métal extraites (Bmf) du réacteur.
10. Installation selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que lesdits moyens de chauffage comprennent un dépoussiéreur à billes (201 ) des gaz de craquage extraits du réacteur, des billes de métal (Bm) étant injectées en partie haute, lesdits gaz de craquage (Gg) étant injectés en partie basse et ressortant en partie haute à contre-courant des billes de métal, les billes de métal chauffées (Bmc) par échange thermique avec les gaz de craquage ressortant en pied dudit dépoussiéreur.
11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de contrôle (203) du débit des billes de métal injectées (Bm) en entrée haute dudit dépoussiéreur à billes (201 ), en fonction de la température des billes (Bmc) en sortie dudit dispositif.
12. Installation selon la revendication 10 ou 11 , caractérisée en ce que ledit dépoussiéreur à billes (201 ) comprend des buses d'injection de vapeur d'eau (V) disposées en partie médiane du dépoussiéreur, de manière à ajuster la teneur en CO et/ou le ratio H2/CO dudit gaz de craquage, par une réaction d'ajustement à l'eau (PWGS), les billes de métal (Bm) circulant dans le dépoussiéreur assurant une fonction de catalyseur de ladite réaction d'ajustement.
13. Installation selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisée en ce que le dispositif de conditionnement (200) des gaz de craquage (Gg), comprend des moyens de régulation (210) de la température des gaz dépoussiérés et refroidis (Gr), suivi de moyens de décarbonatation (220) desdits gaz, lesdits moyens de décarbonatation permettant la mise en solution dans un solvant du dioxyde de carbone présent dans lesdits gaz, et des moyens de séquestration (230, 231 ).
14. Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce que le dispositif de conditionnement comprend en outre un dispositif (240) de séparation membranaire de l'hydrogène, pour traiter le flux de gaz de synthèse extrait, le perméat (241 ) fournissant l'hydrogène et le retentât (242) comprenant du monoxyde de carbone étant injecté en partie basse du dépoussiéreur à billes (201 ).
15. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les billes de coke (Bc) comprennent du coke de granulométrie fine aggloméré avec un liant de type amidon ou boues chaulées.
16. Installation selon la revendication 15, caractérisée en ce que le dit coke de granulométrie fine est un coke de pyrolyse (Ck), produit par un dispositif de pyrolyse (400) interne ou externe à l'installation.
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