Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
L'invention concerne un procédé de gazéification
souterraine de charbon, selon lequel on conduit au travers d'un
forage un agent gazéificateur, que lton projette in situ en
direction d'une veine de charbon, où l'on extrait un gaz
combustible résultant d'une combustion incomplète dudit
charbon, que l'on conduit à la surface en un courant s'écoulant
à contre-courant et autour du jet d'agent gazéificateur et qui
est conduit à la surface au travers dudit forage. On sait
qu'on assure ainsi la formation de gaz combustible comprenant
généralement au moins du monoxyde de carbone, et des quantités
très variables de méthane. L'intéret de ce procédé est de
ntutiliser qu'un seul forage pour les produits admis et
le combustible soutiré, mais le probleme posé est celui d t éviter
toute réaction complémentaire de combustion entre l'agent
gazéificateur et le gaz comhustible résultant de la combustion
incomplète et, à cet effet, on a été amené soit à faire avancer
en permanence la tete délivrant l'agent gazéificateur jusqu'à
parvenir à proximité immédiate du front de charbon où
s'effectue la combustion, ce qui présente des inconvénients de
commande et de choc thermique, soit à diluer 17 agent gazéifi-
cateur dans des capsules de protection projetées circulant par
gravité vers le front de combustion.
La présente invention a pour but de simplifier les
moyens mis en oeuvre pour assurer la gazéification in situ du
charbon, notamment localisée à très grande profondeur, en
simplifiant considérablement les moyens mis en oeuvre et
en assurant un contrôle précis du phénomène de comhustion
incomplète.
Selon l'invention, le jet d'agent gazéificateur est
un jet gazeux et l'on émet une nappe annulaire d'un fluide
d'isolement entre ledit jet d'agent gazéificateur et ledit
courant de gaz combustible s'écoulant à co-courant dudit jet
d'agent gazéificateur.
De préférence le fluide d0 la nappe annulaire est
de l'eau, le cas échéant, sous forme de vapeur d'eau. De la
sorte, grâce a l'isolement du jet gazéificateur, on peut
assurer une distance importante entre la tête délivrant
l'agent gazéificateur et le front de combustion, tout en
évitant toute réaction complémentaire de combustion complète.
De plus, on peut, par des moyens de mesures appropriés,
contrôler par~aitement la zone de combustion incomplète et
donc obtenir un gaz de qualité constante.
L'invention a également pour objet une installation
pour la mise en oeuvre de ce procédé.
L'invention concerne un procédé de gazéification
souterraine de charbon~ selon lequel on conduit au travers
d'un forage un agent gazéificateur, que l'on projette in si~u
sous forme d'un jet gazeux en direction d'une veine de charbon,
et l'on extrait un gaz combustible résultant d'une combustion
incomplète du charbon, que l'on conduit à la surface en un
courant s'~coulant à contre-courant et autour du jet d'agent
gazéificateur et qui est conduit a la surface au travers du
forage, caractérisé en ce qu'on envoie autour du jet d'agent
gazéificateur, à co-courant de celui-ci, une nappe annulaire
d'un fluide d'isolement destinée à séparer le jet et le
courant de gaz combustible.
L'invention concerne aussi une installation pour
la gazéification souterraine du charbon, pour la mise en
oeuvre du procédé selon l'invention, comprenant une première
tubulure s'étendant au travers d'un forage jusqu'au niveau
d'une veine de charbon et à l'extrémité de cette tubulure une
buse déplaçable adaptée à former un jet gazeux directif de
fluide gazéificateur. L'installation selon l'invention est
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caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une seconde tubu-
lure s'étendant dans le forage jus~u'à la buse de formation
du jet directif de fluide gaz~ificateur et adaptée a former
autour du jet d'agent gazéificateur, à co-courant de celui-
ci, une nappe annulaire d'un fluide d'isolement.
L'invention sera maintenant décrite ~ titre d'exemple
en référence aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 est une vue schématique à l'endroit de
la zone de combustion incomplète;
- la figure 2 est une vue schématique du forage;
- la figure 3 est une vue schématique à échelle
agrandie de l'extrémité du conduit aboutissant à la buse
d'injection,
- la figure 4 est une vue schématique du mode
opératoire;
- la figure 5 est une vue s~hématique d'une variante
de buse;
- la figure 6 est une vue en coupe axiale de la
figure 5.
En se référant aux figures 1 et 2, on voit qu'une
buse 1 ~ l'extrémité d'une conduite 2 placée dans un forage
3 s'étendant depuis la surface 4 jusqu'~ une veine de charbon
5 se présente dans une zone médiane de la veine de charbon 5.
Cette buse 1 est constituée d'une tuyère de préférence
supersonique 10 de forme convergente divergente et d'une
conduite co-axiale 11 qui est raccordée d'ailleurs ~ la
tubulure 2 qui se présente sous la forme d'une double tubulure,
l'une centrale raccordée à la conduite centrale de buse 10,
l'autre co-axiale raccordée aux conduits co-axiaux de buse 11,
la conduite axiale de buse 10 est alimentée en oxyg~ne sous
pression, tandis que les conduits annulaires 11 sont
alimentés en vapeur d'eau sous pression.
La buse 1 opère de la façon suivante: par sonorifice
calibré 20, un jet d'oxygène concentré et directif 21 de forme
allongée et à vitesse supersonique présente un dard 22
dont l!extrémité entre en impact avec le charbon, tandis que
la vapeur d'eau s'écoule autour du jet 21 en un rideau
annulaire 30 qui s'étend au moins sur une large partie de
l'extension du jet directif 21. L'oxygène, à l'endroit de
l'impact, provoque la combustion incomplète du charbon. Un
courant annulaire de gaz combustible 23 à haute température
remonte selon les flèches FF' autour de l'ensemble jet
d'oxygène-rideau de vapeur d'eau. Au cours de son trajet,
le gaz se refroidit au contact de la couche de charbon et de
la vapeur d'eau; les réactions chimiques qui en résultent
augmentent fortement son pouvoir calorifique. Ce gaz
combustible est pris en charge au pied du forage par une
seconde conduite annulaire 6 formée d'une enveloppe 7
entourant à distance la conduite tubulaire double 2. On note
que la vapeur d'eau constitue non seulement un élément actif
dans la combustion incomplète, mais également assure un role
décisif pour éviter le contact entre le gaz combustible et le
dard d'oxygène, sans ce rideau de vapeur d'eau, ou autre moyen
de séparation, le gaz combustible s'oxyderait lors de ce
parcours au niveau de l'oxygène, ce qùi, bien entendu, rendrait
impossible la gazéification partielle recherchée. Cela est
d'autant plus vrai que le jet directif d'oxygène 21 peut avoir
une très grande extension dans le sens axial, puisque la
distance entre le dard 22 et la buse 1 peut etre de plusieurs
dizaines de mètres.
En pratique, comme indiqué à la figure 3, la buse
composite d'oxygène et de vapeur d'eau est placée en bout
d'une tubulure double 2 qui présente deux sections successives
40 et 41 ayant chacune un coude à angle droit 42 et 43, ces
deux sections 40 et 41 étant raccordées par deux joints
tournants 44 et 45. En pratique, on opère de la façon suivante:
On procède au forage comme indiqué à la figure 2
jusqu'à parvenir à la veine de charbon 5 et à ce moment, on
introduit les tubulures 2 et 6 en équipant la tubulure 2 du
dispositif à joints tournants représenté à la figure 3. Dans
cette position, les sections coudées 40 et 41 sont mises en
alignement et l'on procède à la première étape de combustion
partielle qui consiste à partir du niveau du sol, a accroltre
la longueur de la tubulure ~ pour se déplacer le long d'une
zone médiane de la veine 5, la buse de tete 11 provoquant par
combustion incomplète une galerie de mine 50, qui est une sorte
de forage "à l'oxygene" dans le plan de la veine de charbon et
ce forage peut atteindre plusieurs centaines de mètres. Cette
opération s'effectue par adjonction de tubulures au niveau
du sol et correction permanente de la direction d'avancée par
contr~ole de la zone de combustion grace à un thermomètre
optique 51 (figure 1) solidaire de la buse 11 et qui permet de
vérifier si l'impact du jet d'oxygène se produit bien sur la
couche de charbon. Une fois la galerie de mine 50 formée,
on procède à des opérations de combustion latérale (figure 4)
le long de cette galerie en réorientant les parties de
conduites 40 et 41 de fa,con à diriger la buse 11 dans
l'extension transversale la plus importante de la veine de
charbon 51 et l'on procède ensuite à des combustions
incompletes dans des plans transversaux perpendiculaires à la
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galerie de mine 50, assurant ainsi soit des cavités de
combustion 52, 53, 54 et 52', 53', 54' décalées les unes des
autres ou, le cas échéant, une large cavité qui s'étend de
part et d'autre de la galerie de mine 50~
Cette opération de combustion incomplète qui
s'effectue à l'intérieur de la masse de charbon, qui n'a subi
aucune préparation aléatoire telle une fracturation peut donc
etre conduite avec les plus grandes chances de succès, étant
donné que cette masse de charbon présente alors une uniformité
massique qui rend la combustion incomplète reproductible d'un
endroit à l'autre. On note en outre, que l'appareil de
contrôle optique 51 permet par des opérations de combustion
orientées latéralement, de vérifier ~ue l'on se situe toujours
dans une position médiane de la veine de charbon, car cet
appareil de controle 51 permet de détecter immédiatement toute
baisse de température lorsque le dard 22 du jet directif
d'oxygène 21 rencontre la roche.
On note que l'invention peut etre mise en oeuvre
sous dif~érentes formes dont certaines sont énumérées à
titre d'exemples:
- On a vu qu'un des roles de la vapeur d'eau était
d'isoler le jet d'oxygène des gaz résultant de la combustion
incomplète. Ce rôle peut aussi etre assuré par un gaz neutre,
comme le gaz carbonique.
- Au lieu d'opérer par une injection continue
d'oxygène avec une enveloppe gazeuse d'isolement, on peut
également opérer par des successions d'injections d'oxygène,
puis d'hydrogène et dans ce cas il n'est plus nécessaire
d'assurer une protection gazeuse du jet d'hydrogène actif.
- On peut également mettre en oeuvre une injection
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plus complexe comprenant un jet central d'oxygène, enveloppé
d'un jet annulaire intermédiaire de vapeur d'eau, ou de gaz
carbonique, et d'un jet annulaire périphérique d'hydrogène ou
de vapeur d'eau (notamment si le jet intermédiaire est autre
que de la vapeur d'eau), comme représenté aux figures 5 et 6,
où l'on voit un débouché de buse supersonique 61 pour
l'oxygène, une couronne annulaire de débouché 62 pour de la
vapeur d'eau, ou de l'eau, circulant à grande vitesse, et une
fente annulaire 63 pour de la vapeur d'eau en écoulement
laminaire.
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