Procédé concernant l'amélioration du conditionnement des agents gazéifiants utilisés dans les procédés de gazéification souterraine du charbon

Le choix et le conditionnement de l'agent gazéifiant constituent un élément important du développement industriel des procédés de gazéification souterraine du charbon.

Le mélange oxygène + vapeur d'eau a été utilisé avec succès aux U.S.A. lors des premiers essais de gazéification souterraine réalisés à l'échelle pilote, dans des gisements de houille situés à faible profondeur. Cependant, l'utilisation de vapeur d'eau, en mélange avec un gaz contenant de l'oxygène, présente de nombreux inconvénients pour le développement industriel de la gazéification souterraine du charbon dans des gisements de grande étendue situés à moyenne ou à grande profondeur.

Contrairement à ce qui se passe dans les installations de gazéification du charbon extrait, la vapeur ne peut pas être produite par récupération des pertes de chaleur des gazogènes. Il en résulte que la production de vapeur ne contribue pas à l'amélioration du bilan énergétique du procédé mais qu'elle entraîne une augmentation du prix de revient du gaz, par les investissements en générateurs de vapeur et par la consommation de combustible qu'elle nécessite.

Par ailleurs, le développement de la gazéification souterraine dans les gisements profonds implique un allongement des circuits de distribution des agents gazéifiants et une augmentation de la pression de gazéification. Dans ces conditions, la nécessité de maintenir la température de l'agent gazéifiant au-dessus du point d'ébullition de l'eau entraîne une forte augmentation du coût des conduites de distribution et des puits d'injection, dont le diamètre doit être augmenté et pour lesquels il faut prévoir des compensateurs de dilatation et des revêtements isolants de forte épaisseur.

L'utilisation d'un agent gazéifiant préchauffé jusqu'à une température de l'ordre de 200_° C à 250_° C a également pour effet de provoquer l'auto-inflammation du charbon dès que l'agent gazéifiant entre en contact avec lui, ce qui exclut toute possibilité de développement d'un procédé de gazéification souterraine dans lequel le front de gazéification se déplacerait à contre courant du sens d'écoulement de l'agent gazéifiant.

Le brevet AU-A-64329/80 propose d'utiliser, comme agent gazéifiant, de l'air ou de l'oxygène à température ambiante et d'injecter de l'eau liquide, de façon continue ou intermittente,dans les puits d'injection de l'agent gazéifiant pour minimiser les réactions d'auto-inflammation du charbon et contrôler la position de la zone de gazéification.

Cette façon de procéder évite les difficultés résultant de l'utilisation de la vapeur d'eau mais elle entraîne d'autres difficultés. En effet, l'eau et le gaz constituent deux phases de densités très différentes et, si la couche à gazéifier présente d'importantes différences de niveau en raison de son épaisseur ou de son pendage, les deux constituants de l'agent gazéifiant peuvent se séparer par gravité, avant que l'eau ait eu le temps de s'évaporer, cette séparation ayant pour conséquence l'arrêt des réactions dans la partie basse de la couche et la surchauffé des parties hautes.

Le même problème se pose dans l'application de la technique de récupération thermique des hydrocarbures par la méthode de combustion humide. Dans cette méthode, on procède à l'injection simultanée d'eau liquide et d'un gaz oxydant, pour réaliser in si- tu une production de vapeur en utilisant la chaleur dégagée par la combustion des résidus d'hydrocarbures. Les brevets US-A 3 448 807, US-A 3 905 553 et US-A 4 072 191 montrent que la ségrégation entre l'eau et le gaz oxydant, injectés dans le gisement, peut être évitée, si une faible dose d'un agent tensio-actif est mélangé à l'eau et au gaz oxydant, afin que ce mélange puisse se propager à travers le gisement sous forme de mousse.

Le procédé qui fait l'objet de la présente invention utilise la même technique pour le conditionnement des agents gazéifiants utilisés dans les procédés de gazéification souterraine du charbon et qui sont constitués par un gaz contenant de l'oxygène, par de l'eau à l'état liquide et par une faible dose d'agent moussant.

Pour améliorer l'efficacité du procédé et réduire la consommation d'agent moussant, la production de mousse est réalisée au fond des puits d'injection équipés de deux tubages concentriques, le tubage extérieur, utilisé pour l'injection du gaz oxydant, étant terminé par un ou plusieurs tamis filtrants à mailles environ de un à deux millimètres de diamètre, et le tubage intérieur, utilisé pour l'injection du mélange d'eau et d'agent moussant, étant terminé par un ou plusieurs pulvérisateurs ou par un dispositif en tôle perforée assurant la dispersion de l'eau en fines gouttelettes.

L'agent moussant peut être une substance protéi- nique, du genre de celles qui sont utilisées dans la lutte contre les incendies et qui sont constituées par des protéines hydrolysées obtenues à partir de substances naturelles telles que: cornes, sabots de bovins, plumes, poils, écailles de poissons... Il peut également être un produit chimique de synthèse, tel que le laurysulfate de triéthanolamine, le laury- ether sulfate de sodium ou tout autre produit tensioactif, stabilisateur de mousse, qui permette de maintenir l'homogénéité du mélange diphasique pendant la durée du parcours souterrain de l'agent gazéifiant et, en particulier, l'un des produits tensioactifs cités dans le brevet FR-A 1 192 395 et qui sont utilisés par l'industrie pétrolière pour la réalisation de forages à la mousse.

L'invention est décrite maintenant sur la base des dessins annexés, à titre d'exemples uniquement, montrant en:

• Figure 1 l'application du procédé suivant l'invention, la production de mousse étant réalisée au fond des puits d'injection des agents gazéifiants;
• Figure 2 à 4 l'application du procédé suivant l'invention respectivement à trois procédés de gazéification, pour lesquels le conditionnement de l'agent gazéifiant sous forme de mousse présente un intérêt particulier.

Le procédé conforme à l'invention est décrit en se référant à la figure 1. Chaque puits d'injection est équipé de deux tubes concentriques: le tubage extérieur 1, utilisé pour l'injection du gaz oxydant, se termine à faible distance de la veine à gazéifier par un ou plusieurs tamis filtrants 2 à mailles de un à deux millimètres de diamètre. Le tubage intérieur 3, utilisé pour l'injection de mélange d'eau et d'agent moussant, se termine à quelques décimètres en amont des tamis filtrants 2, par un ou plusieurs pulvérisateurs tels que 4 ou par un dispositif en tôle perforée, qui assure la dispersion de l'eau en fines gouttelettes.

L'utilisation d'un agent gazéifiant sous forme de mousse préparé à partir d'eau additionnée d'un agent moussant et à partir d'un gaz contenant de l'oxygène, peut s'adapter à tous les procédés de gazéification souterraine du charbon.

La figure 2 montre, suivant une coupe passant par un plan vertical un procédé de gazéification souterraine par filtration sans liaison préalable, au niveau de la veine, dans lequel le puits 12 est utilisé pour l'injection d'un agent gazéifiant, sous haute pression, et le puits 13 pour la récupération du gaz produit. La gazéification débute par la mise à feu du charbon au fond du puits 13 et elle progresse à contre courant du sens d'écoulement de l'agent gazéifiant. Le conditionnement préalable de l'agent gazéifiant sous forme de mousse assure une répartition uniforme de l'eau et du gaz oxydant, dans la couche de charbon, et maintient à la surface du charbon un film d'eau qui inhibe les réactions d'oxydation, ce qui permet d'utiliser un agent gazéifiant à haute teneur en oxygène, sans provoquer l'auto-inflammation du charbon au voisinage du puits d'injection.

La figure 3 montre, suivant une coupe passant par un plan vertical, un procédé de gazéification dans lequel l'agent gazéifiant à haute teneur en oxygène est injecté dans un sondage de grande longueur 14, foré dans l'épaisseur de la veine et revêtu d'un tubage en acier, le gaz produit étant évacué par le puits 15. La gazéification début par la mise à feu du charbon, en un point situé à une petite distance du puits 15. L'opération de gazéification comporte une alternance de périodes durant lesquelles le point d'injection de l'agent gazéifiant reste fixe et de périodes durant lesquelles le point d'injection est rétracté, par combustion contrôlée du tubage. Le conditionnement préalable de l'agent gazéifiant sous forme de mousse empêche la rétrocombustion du tubage. Les opérations de rétraction du point d'injection de l'agent gazéifiant sont contrôlées par des interruptions temporaires de l'alimentation en eau du générateur de mousse, allant de pair avec un ajustement du débit de gaz à une valeur qui permette la rétrocombustion du tubage.

La figure 4 montre suivant une coupe passant dans l'épaisseur de la couche un procédé de gazéification souterraine dans lequel l'opération de gazéification se déroule entre un sondage d'injection 16 et un sondage de récupération 17, le long d'un chenal 18, ouvert dans l'épaisseur de la couche, et qui est limité d'un côté par le charbon en cours de gazéification et de l'autre côté par des éboulis de roche provenant du foudroyage du toit, dans la zone 19 déjà gazéifiée. L'agent gazéifiant injecté sous forme de mousse assure le colmatage des fissures et des cavités qui subsistent entre les éboulis rocheux de la zone foudroyée, ce qui a pour effet de canaliser l'écoulement des gaz le long du front de gazéification du charbon, dans la zone où l'élévation de la température assure l'évaporation des bulles qui constituent la mousse.