WO2020188344A1 - Device and method for the plasma treatment of fragmented material at intermediate temperatures - Google Patents

Device and method for the plasma treatment of fragmented material at intermediate temperatures Download PDF

Info

Publication number
WO2020188344A1
WO2020188344A1 PCT/IB2020/000105 IB2020000105W WO2020188344A1 WO 2020188344 A1 WO2020188344 A1 WO 2020188344A1 IB 2020000105 W IB2020000105 W IB 2020000105W WO 2020188344 A1 WO2020188344 A1 WO 2020188344A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
particles
plasma
treated
reactor
gas
Prior art date
Application number
PCT/IB2020/000105
Other languages
French (fr)
Inventor
Pavel Koulik
Vassili KULIK
Original Assignee
Abenz 81-40
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 Abenz 81-40 filed Critical Abenz 81-40
Priority to EP20719712.0A priority Critical patent/EP3981226A1/en
Publication of WO2020188344A1 publication Critical patent/WO2020188344A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/48Generating plasma using an arc
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D21/00Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/0015Controlling the inclination of settling devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D21/00Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/0018Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation provided with a pump mounted in or on a settling tank
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D21/00Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/10Settling tanks with multiple outlets for the separated liquids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D21/00Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/24Feed or discharge mechanisms for settling tanks
    • B01D21/2444Discharge mechanisms for the classified liquid
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D21/00Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/24Feed or discharge mechanisms for settling tanks
    • B01D21/245Discharge mechanisms for the sediments
    • B01D21/2461Positive-displacement pumps; Screw feeders; Trough conveyors
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/26Plasma torches
    • H05H1/32Plasma torches using an arc
    • H05H1/42Plasma torches using an arc with provisions for introducing materials into the plasma, e.g. powder, liquid
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/54Plasma accelerators

Abstract

Device and method for plasma-chemical treatment of fragmented material in a reactor using a PIT pulsed-plasma turbulent jet generator operating at a pressure equal to or greater than atmospheric pressure, wherein the main parameters, the dimensions of the reactor, the mean amplitude of the current and the voltage at the electrodes, the diameter, speed and concentration of the material particles to be treated, the durations of the electrical pulses and the energy for activating the material particles to be treated are related in such a way that the material particles to be treated perform trajectories in the reactor in the form of loops with a variable angle of incidence in the reactor, α, the trajectories being conditioned by the access and the reaction of the plasma particles to the surface of the material particles to be treated, the dissipation of the energy of the current pulses and the transfer of sufficient energy for producing the reaction, but limited by the condition of the absence of plasma heating. The invention is used for transforming biomass into torrefied fuel and hydrogen, destroying organic waste, simulating combustion in gas turbines, performing surgical assistance operations, such as, for example, resuscitating pseudo-necrotic cells, and passivating scars.

Description

Dispositif et procédé pour le traitement de matière fractionnée par plasma à températures intermédiaires. Apparatus and method for the treatment of fractionated material by plasma at intermediate temperatures.
[1] La présente invention consiste en un dispositif pour le traitement plasmochimique de matière fractionnée à pression voisine ou supérieure à la pression atmosphérique par flux de plasma non-isothermique et un procédé obtenu par ce dispositif. [1] The present invention consists of a device for the plasma-chemical treatment of fractionated material at a pressure close to or above atmospheric pressure by non-isothermal plasma flow and a process obtained by this device.
[2] On connaît les méthodes de traitement plasmochimique dans des flux continus de plasma atmosphérique. Ces méthodes continuent d'être développées en laboratoires bien que déjà largement utilisées dans l'Industrie (voir « Applications industrielles des plasmas atmosphériques » Wikipedia). Dans la plupart des cas, le plasma exploité est un plasma généré par arc électrique dont la température varie entre 6000 et 12 000 degrés. Cette température engendre des phénomènes tels que décomposition, excitation moléculaire et atomique, ionisation de flux de gaz tels que l'argon, l'oxygène, l'azote, l'air, phénomènes qui permettent de transférer des quantités importantes d'énergie aux corps traités, notamment aux corps fractionnés tels que, par exemple les poudres. Vu les hautes températures du plasma, son contact avec ces corps soit les détruit thermiquement, soit en transforme les propriétés en surface, à condition que le traitement soit de courte durée. Des traitements de cette sorte ont été exploités avec succès dans l'Electronique, la Métallurgie, la Médecine, l'Alimentaire, l'Automobile, la Chimie, l'Aviation et d'autres domaines de l'Industrie, depuis plusieurs dizaines d'années (voir, par exemple : P.P.Kulik, Dynamical Plasma operating (DPO) of Solid Surfaces. Plasma jets in the Development of New Materials Technology. Proc. Of the International Workshop 3-9 september 1990, pp 639-653, Frunze, USSR. Ed. O.D. Solonenko and A.l. Fedorchenko, Utrecht, The Nederland). [2] Methods of plasmochemical treatment in continuous streams of atmospheric plasma are known. These methods continue to be developed in laboratories although they are already widely used in industry (see “Industrial applications of atmospheric plasmas” Wikipedia). In most cases, the plasma used is a plasma generated by an electric arc, the temperature of which varies between 6000 and 12000 degrees. This temperature generates phenomena such as decomposition, molecular and atomic excitation, ionization of gas flows such as argon, oxygen, nitrogen, air, phenomena which allow the transfer of large amounts of energy to bodies. treated, in particular fractionated bodies such as, for example, powders. Given the high temperatures of the plasma, its contact with these bodies either destroys them thermally or transforms their surface properties, provided that the treatment is of short duration. Treatments of this kind have been exploited with success in Electronics, Metallurgy, Medicine, Food, Automotive, Chemicals, Aviation and other fields of industry, for several dozen years. years (see, for example: PPKulik, Dynamical Plasma operating (DPO) of Solid Surfaces. Plasma jets in the Development of New Materials Technology. Proc. Of the International Workshop 3-9 September 1990, pp 639-653, Frunze, USSR . Ed. OD Solonenko and Al Fedorchenko, Utrecht, The Nederland).
[3] La technologie des plasmas est incontournable dans son but de réaliser des traitements à haute densité énergétique. C'est son but essentiel et elle y est inégalée. Cela lui permet de créer de nouvelles qualités telles que la soudure de métaux thermo-réfractaires, l'activation de surfaces augmentant l'adhésion au collage, le dépôt de films protecteurs sur les surfaces délicates, le décapage de couches fines, etc. (voir « Technologie des plasmas atmosphériques en industrie, 1980 - 2015 » Wikipédia). [3] Plasma technology is essential for its purpose of carrying out high energy density treatments. This is its essential purpose and it is unmatched in it. This allows it to create new qualities such as the welding of thermo-refractory metals, the activation of surfaces increasing adhesion to the bonding, the deposition of protective films on delicate surfaces, the stripping of thin layers, etc. (see "Atmospheric plasma technology in industry, 1980 - 2015" Wikipedia).
[4] Cependant, ces traitements sont « énergophages » et de faible efficacité énergétique : trop d'énergie est dépensée, sans utilité, à la génération et réchauffement du plasma et des corps traités, et est dissipée de manière impardonnable dans l'environnement. Le rendement énergétique de ces technologies ne dépasse jamais les quelques dix - vingt pourcents. Un exemple flagrant est celui de l'utilisation de torches à plasma isothermique (8000K - 10000 K) pour faire brûler le charbon pulvérisé dans les chaudières de centrales électriques (voir Yantaï Longyuan Power Technology Co., LTD. Plasma Ignition and Combustion Stabilizing System. www.lypower.com/en/gscp.asp.), et c'est bien la raison pour laquelle, même si les sociétés productrices annoncent spéculativement des rendements énergétiques mirobolants, la technologie des plasmas pénètre l'Industrie avec beaucoup de peine, de heurts, et d'inconfiance, à part les domaines où les pertes d'énergie sont d'importance secondaire, comme le Militaire, le Médical. [4] However, these treatments are “energy-sucking” and of low energy efficiency: too much energy is spent, without utility, in the generation and warming of the plasma and the treated bodies, and is dissipated in an unforgivable way in the environment. The energy efficiency of these technologies never exceeds some ten - twenty percent. A glaring example is the use of isothermal plasma torches (8000K - 10000K) to burn pulverized coal in power plant boilers (see Yantaï Longyuan Power Technology Co., LTD. Plasma Ignition and Combustion Stabilizing System. www.lypower.com/en/gscp.asp.), and this is the reason why, even if the producing companies are speculatively announcing amazing energy yields, plasma technology penetrates the industry with great difficulty, clashes, and lack of confidence, apart from areas where energy losses are of secondary importance, such as Military, Medical.
[5] C'est pour compléter cette limitation énergétique des technologies de plasma atmosphérique existantes qu'a été inventée, en particulier, la technologie dite PIT - Plasma at Intermediary Températures (voir WO 2011/138525 Al, METHOD AND DEVICE FOR GENERATING A NON-ISOTHERMAL PLASMA JET, Priority Date 05.05.2010 ; WO 2014/076-381, METHOD AND DEVICE FOR TREATING TWO-PHASE FRAGMENTED OR PULVERIZED MATERIAL BY NON-ISOTHERMAL REACTIVE PLASMA FLUX. Priority date :22.05.2014). [5] It is to complete this energy limitation of existing atmospheric plasma technologies that the so-called PIT - Plasma at Intermediary Temperatures technology was invented (see WO 2011/138525 A1, METHOD AND DEVICE FOR GENERATING A NON -ISOTHERMAL PLASMA JET, Priority Date 05.05.2010; WO 2014 / 076-381, METHOD AND DEVICE FOR TREATING TWO-PHASE FRAGMENTED OR PULVERIZED MATERIAL BY NON-ISOTHERMAL REACTIVE PLASMA FLUX. Priority date: 22.05.2014).
[6] Le rendement énergétique de la technologie PIT, dans certaines de ses applications industrielles confirmées, telle que la combustion assistée par plasma dans les chaudières des centrales électriques, est proche de 85% - 90%. Cela veut dire que 85% - 90% de l'énergie dépensée pour la génération du flux de plasma exploité, va à la stimulation plasmochimique de la combustion dans l'air, des particules, par exemple, de charbon, mises en contact avec le jet de plasma PIT. Il n'est donc plus nécessaire d'échauffer ou même de sécher (les radicaux libres excités, OH*, résultants de la présence de molécules d'eau dans le charbon, sont de grande utilité pour stimuler la combustion) ces particules, comme c'est la pratique aujourd'hui dans la plupart des chaudières de centrales électriques, pour les faire brûler. L'avantage est évident : grâce au procédé et à l'équipement PIT, contrairement à la pratique des centrales électrique les plus modernes, on peut démarrer la chaudière à partir de la température ambiante, la faire fonctionner à des charges intermédiaires allant jusqu'à 10%, par exemple, de la charge nominale de la centrale électrique, faire « brûler » n'importe quelle sorte de combustible allant de l'anthracite, en passant par toutes les variétés de houille et de lignite, jusqu'à la biomasse. [6] The energy efficiency of PIT technology, in some of its proven industrial applications, such as plasma-assisted combustion in power plant boilers, is close to 85% - 90%. This means that 85% - 90% of the energy expended for the generation of the exploited plasma stream goes to the plasmochemical stimulation of the combustion in the air of particles, for example, of coal, brought into contact with the plasma jet PIT. It is therefore no longer necessary to heat or even dry (the excited free radicals, OH *, resulting from the presence of water molecules in the carbon, are of great use in stimulating combustion) these particles, like c t is the practice today in most power plant boilers to burn them. The advantage is obvious: thanks to the PIT process and equipment, unlike the practice of the most modern power plants, the boiler can be started from room temperature, operating at intermediate loads up to 10%, for example, of the nominal load of the power station, to "burn" any kind of fuel ranging from anthracite, passing through all varieties of hard coal and lignite, to biomass.
[7] Mais les inventions « PIT » mentionnées plus haut ont encore une lacune qui limite leur exploitation et que vient combler la présente invention. Cette lacune consiste en ce que, tels que décrits dans les inventions en question, le procédé et les dispositifs correspondants, non seulement, ne permettent pas d'optimiser les réactions plasmochimiques visées, mais même, en général, de les réaliser. En effet, c'est une chance que la combustion dans une chaudière de centrale électrique se passe entre le charbon apporté et les flux d'air (d'oxydant) qui déterminent non seulement la quantité de chaleur dégagée (la puissance) mais aussi toute l'organisation hydrodynamique de la zone de combustion, l'air étant une des composantes de la réaction plasmochimique. Dans cet exemple particulier, le gaz porteur du combustible est l'air, dont le flux détermine tout le procédé d'organisation du générateur PIT. Dans la plupart des réacteurs plasmochimiques, les composantes des réactions plasmochimiques diffèrent des gaz porteurs. Très souvent l'air, qui est un oxydant, est exclu. L'organisation du procédé est donc, dans ce cas, plus complexe et exige que soient observées des conditions supplémentaires qui ne sont pas décrites dans les inventions citées. Prenons l'exemple de la torréfaction ou la gazéification de la biomasse. De beaucoup de points de vue, Il est avantageux d'effectuer ces procédés dans un plasma PIT sans oxydant, donc sans air. En particulier, comparée à l'application classique de pyrolyse, l'utilisation du procédé PIT va permettre d'augmenter le rendement de production, la qualité du produit, tout en réduisant les émissions de gaz à effet de serre et les émanations nocives comme le NOx. Cela va donner de gros avantages par rapport à la technologie compétitive qui est la pyrolyse et va fortement simplifier l'équipement correspondant de production. L'invention WO 2011/138525 Al, décrit le générateur PIT à utiliser. L'invention WO 2014/076-381 décrit le réacteur PIT. Les conditions de réalisation du générateur PIT telles que décrites dans WO 2011/138525 Al et celles de réalisation du réacteur PIT telles que décrites dans WO 2014/076-381, sont évidemment nécessaires. Mais, néanmoins, si on se réfère uniquement à ces deux inventions, le procédé ne sera pas optimal, voire même non réalisable. En effet, il peut se faire que les paramètres du générateur PIT et du réacteur sont choisis de telle manière que le plasma est surchauffé car les caractéristiques des impulsions électriques ( en particulier, leur durée, l'intensité moyenne du courant électrique, la valeur moyenne de la tension entre les électrodes) ne sont pas optimales, ou bien encore que le procédé plasmochimique ne se réalise pas ou se réalise mal parce que, par exemple, le temps de contact des agents réactifs avec le flux de plasma n'est pas suffisant ou, au contraire, est excessif. Il peut se faire aussi que les particules générées dans le plasma PIT n'atteignent pas la surface à traiter vu l'épaisseur de la couche limite qui entoure la particule à traiter. De manière générale, les conditions décrites dans les inventions citées ne sont pas suffisantes, parfois même contradictoires à celles de la réalisation optimale du procédé plasmochimique visé. [7] But the “PIT” inventions mentioned above still have a gap which limits their use and which the present invention fills. This shortcoming consists in that, as described in the inventions in question, the method and the corresponding devices not only do not make it possible to optimize the targeted plasmochemical reactions, but even, in general, to carry them out. Indeed, it is fortunate that the combustion in a power plant boiler takes place between the coal supplied and the air flows (oxidant) which determine not only the quantity of heat released (the power) but also any the hydrodynamic organization of the combustion zone, air being one of the components of the plasmochemical reaction. In this particular example, the gas carrying the fuel is air, the flow of which determines the entire process for organizing the PIT generator. In most plasmochemical reactors, the components of the plasmochemical reactions differ from the carrier gases. Very often air, which is an oxidant, is excluded. The organization of the process is therefore, in this case, more complex and requires that additional conditions be observed which are not described in the cited inventions. Take the example of the roasting or gasification of biomass. From many points of view, it is advantageous to carry out these processes in a PIT plasma without oxidant, therefore without air. In particular, compared to the traditional application of pyrolysis, the use of the PIT process will increase production yield, product quality, while reducing greenhouse gas emissions and harmful fumes such as NOx. This will give big advantages over the competitive technology which is pyrolysis and will greatly simplify the corresponding production equipment. The invention WO 2011/138525 A1 describes the PIT generator to be used. The invention WO 2014 / 076-381 describes the PIT reactor. The conditions for producing the PIT generator as described in WO 2011/138525 A1 and those for producing the PIT reactor as described in WO 2014 / 076-381, are obviously necessary. But, nevertheless, if we refer only to these two inventions, the process will not be optimal, or even not feasible. Indeed, it may happen that the parameters of the PIT generator and of the reactor are chosen in such a way that the plasma is overheated because the characteristics of the electric pulses (in particular, their duration, the average intensity of the electric current, the average value of the voltage between the electrodes) are not optimal, or even that the plasmochemical process is not carried out or is carried out badly because, for example, the contact time of the reactive agents with the plasma flow is not sufficient or, on the contrary, is excessive. It can also happen that the particles generated in the PIT plasma do not reach the surface to be treated given the thickness of the boundary layer which surrounds the particle to be treated. In general, the conditions described in the cited inventions are not sufficient, sometimes even contradictory to those for the optimum performance of the targeted plasmochemical process.
[8] Vu ce qui précède, il est nécessaire de préciser le nom de la technologie PIT pour les visées dans la présente invention en complétant la dénomination PIT de Plasma Turbulent à Températures Moyennes, ce qui donne PTTM. [8] In view of the above, it is necessary to specify the name of the PIT technology for the purposes in the present invention by completing the name PIT of Turbulent Plasma at Average Temperatures, which gives PTTM.
[9] Un des buts de la présente invention est d'introduire un procédé PIT- PTTM et le réacteur PIT-PTTM correspondant, capables d'optimiser le procédé plasmochimique visé, grâce à l'intensification du caractère turbulent du plasma PIT généré, d'en déterminer les propriétés intrinsèques et d'en décrire les conditions de réalisation et de fonctionnement, notamment dans le domaine du traitement de matières fractionnées, par exemple de poudres. [9] One of the aims of the present invention is to introduce a PIT-PTTM process and the corresponding PIT-PTTM reactor, capable of optimizing the target plasmochemical process, thanks to the intensification of the turbulent nature of the PIT plasma generated, d '' to determine the intrinsic properties thereof and to describe the conditions of production and operation thereof, in particular in the field of the treatment of fractionated materials, for example powders.
[10] Plus particulièrement, il est avantageux d'exploiter un procédé et un réacteur PIT pour une production plasmochimique industrielle continue, notamment pour la torréfaction et la gazéification de la biomasse, l'assistance à la combustion dans les turbines à gaz, la réalisation d'opérations chirurgicales accompagnées de régénération des tissus organiques. [10] More particularly, it is advantageous to operate a process and a PIT reactor for continuous industrial plasma-chemical production, in particular for the torrefaction and gasification of biomass, assistance with combustion in gas turbines, production surgical operations accompanied by regeneration of organic tissues.
[11] Il est également avantageux d'utiliser un procédé PIT et le réacteur correspondant pour des productions à pression proche de la pression atmosphérique ou supérieure à la pression atmosphérique. [11] It is also advantageous to use a PIT process and the corresponding reactor for productions at pressure close to atmospheric pressure or greater than atmospheric pressure.
[12] Il est d'autant plus avantageux d'exploiter un flux de plasma PIT de grandes dimensions et de puissance réduite en réalisant un procédé laminaire de génération de plasma PIT et, par la suite en le rendant turbulent de manière à optimiser les échanges énergétiques entre le flux de plasma et les composants plasmochimiques. [12] It is all the more advantageous to use a PIT plasma flow of large dimensions and of reduced power by carrying out a laminar process for generating PIT plasma and, subsequently, by making it turbulent so as to optimize the exchanges. energies between the plasma flow and the plasmochemical components.
[13] Il est aussi avantageux de contrôler les paramètres du traitement de manière à assurer l'accès des particules activées et des électrons du plasma à la surface des particules de matière à traiter. [13] It is also advantageous to control the parameters of the treatment so as to ensure access of the activated particles and of the electrons of the plasma to the surface of the particles of material to be treated.
[14] L'avantage est d'autant plus important que les paramètres du procédé utilisé et des dispositifs correspondants permettent de minimiser les pertes d'énergie, en premier lieu les pertes thermiques. [14] The advantage is all the more important since the parameters of the process used and of the corresponding devices make it possible to minimize energy losses, in the first place thermal losses.
[15] Il est extrêmement avantageux de contrôler la quantité d'énergie transférée aux particules de matière à traiter dans les impacts avec les particules activées du plasma, et d'assurer que cette quantité est inférieure à la quantité minimum d'énergie nécessaire pour le déroulement d'un procédé PIT efficace. [15] It is extremely advantageous to control the amount of energy transferred to the particles of matter to be treated in the impacts with the activated particles of the plasma, and to ensure that this amount is less than the minimum amount of energy required for the process. running an efficient PIT process.
[16] Le principe du procédé proposé consiste en ce qui suit : [16] The principle of the proposed process consists of the following:
[17] Il est proposé d'utiliser, pour le traitement plasmochimique de matière fractionnée, particules, un procédé de génération d'un flux de plasma à températures intermédiaires, tel que décrit dans l'invention WO 2011/138525 Al, METHOD AND DEVICE FOR GENERATING A NON-ISOTHERMAL PLASMA JET ; Priority Date 05.05.2010 ; fonctionnant dans un réacteur plasmochimique tel que décrit dans l'invention WO 2014/076-381, METHOD AND DEVICE FOR TREATING TWO-PHASE FRAGMENTED OR PULVERIZED MATERIAL BY NON-ISOTHERMAL REACTIVE PLASMA FLUX ; Priority date :22.05.2014. Les deux inventions mentionnées ne permettent cependant pas d'effectuer la plupart des traitement plasmochimiques car les paramètres des procédés et dispositifs mentionnés ne sont pas en concordance avec les caractéristiques des matières à traiter et les propriétés intrinsèques des procédés technologiques visés. Si on prend comme exemple le cas particulier de la torréfaction de particules de biomasse se déplaçant dans un flux de gaz de support et qu'on ne met pas en concordance la puissance de génération des impulsions de plasma avec le débit de la matière à traiter, ses propriétés, les caractéristiques géométriques du réacteur, les temps spécifiques de génération du plasma, le procédé de torréfaction n'aura pas lieu. Il n'est pas suffisant de générer pour ce faire, uniquement un plasma de molécules fortement excitées, dans un grand volume, de manière à augmenter le plus possible le contact du plasma avec les particules de matière à traiter. L'effet escompté ne se réalisera pas, si l'énergie d'impact des particules de plasma est inférieure au seuil énergétique de la réaction plasmochimique visée, qui est, dans l'exemple considéré, de l'ordre de 0,1 eV à 0,2 eV par impact. [17] It is proposed to use, for the plasmochemical treatment of fractionated material, particles, a process for generating a plasma flow at intermediate temperatures, as described in the invention WO 2011/138525 A1, METHOD AND DEVICE FOR GENERATING A NON-ISOTHERMAL PLASMA JET; Priority Date 05.05.2010; operating in a plasma-chemical reactor as described in the invention WO 2014 / 076-381, METHOD AND DEVICE FOR TREATING TWO-PHASE FRAGMENTED OR PULVERIZED MATERIAL BY NON-ISOTHERMAL REACTIVE PLASMA FLUX; Priority date: 22.05.2014. However, the two inventions mentioned do not allow most of the plasmochemical treatments to be carried out because the parameters of the processes and devices mentioned are not in accordance with the characteristics of the materials to be treated and the intrinsic properties of the processes. technological targets. If we take as an example the particular case of the torrefaction of biomass particles moving in a flow of support gas and that the generating power of the plasma pulses is not matched with the flow rate of the material to be treated, its properties, the geometric characteristics of the reactor, the specific plasma generation times, the roasting process will not take place. To do this, it is not sufficient to generate only a plasma of highly excited molecules, in a large volume, so as to increase the contact of the plasma with the particles of material to be treated as much as possible. The expected effect will not be achieved if the impact energy of the plasma particles is less than the energy threshold of the targeted plasmochemical reaction, which is, in the example considered, of the order of 0.1 eV to 0.2 eV per impact.
[18] Il est également impératif, d'autre part, de minimiser l'énergie dépensée par le plasma. Si cette énergie n'est pas optimisée, non seulement le plasma généré sera trop « chaud », beaucoup d'énergie sera transformée en énergie thermique et dissipée au détriment du rendement du procédé, et aussi avec le danger de surchauffer les pièces du réacteur, voire les endommager et même les détruire. [18] It is also imperative, on the other hand, to minimize the energy expended by the plasma. If this energy is not optimized, not only will the plasma generated be too "hot", a lot of energy will be transformed into thermal energy and dissipated to the detriment of the efficiency of the process, and also with the danger of overheating the parts of the reactor, or even damage and even destroy them.
[19] La réaction plasmochimique visée n'aura pas lieu si les particules actives du plasma et les électrons de haute énergie ne parviennent pas à traverser la couche limite entourant la particule de matière à traiter et accéder à la surface de cette particule. [19] The targeted plasmochemical reaction will not take place if the active particles of the plasma and the high-energy electrons fail to cross the boundary layer surrounding the particle of material to be treated and access the surface of this particle.
[20] Il est aussi nécessaire de contrôler la dissipation par convection et radiation de l'énergie apportée par le plasma, dissipation qui a lieu principalement dans le laps de temps entre les impulsions de courant électrique. [20] It is also necessary to control the dissipation by convection and radiation of the energy provided by the plasma, dissipation which takes place mainly in the time lapse between the pulses of electric current.
[21] La présente invention consiste donc, tout d'abord, à organiser le procédé revendiqué de manière à satisfaire aux conditions annoncées. [21] The present invention therefore consists, first of all, in organizing the claimed method so as to satisfy the stated conditions.
[22] Des buts de l'invention sont réalisés grâce à la création d'un réacteur de flux de plasma PIT généré par une source d'impulsions contrôlées de courant électrique à haute tension et à pression voisine de la pression atmosphérique ou supérieure à la pression atmosphérique répondant aux conditions nécessaires plasmochimique, électrodynamique et énergétique, suivantes : [22] Objects of the invention are achieved through the creation of a plasma flow reactor PIT generated by a source of controlled pulses of electric current at high voltage and at a pressure close to atmospheric pressure or greater than atmospheric pressure meeting the following plasmochemical, electrodynamic and energetic conditions:
[23] 1. Condition plasmochimique. [23] 1. Plasmochemical condition.
[24] Les particules PIT (c'a d. les électrons et les particules excitées suite aux collisions inélastiques avec les électrons) doivent atteindre la surface des particules de matière traitée. Cela signifie que, dans le procédé d'écoulement du gaz porteur le long des particules de matière traitée, l'épaisseur de la couche limite d doit être substantiellement inférieure à la longueur moyenne de diffusion des électrons, Xe, c'à d. [24] PIT particles (ie electrons and particles excited by inelastic collisions with electrons) must reach the surface of the particles of material being treated. This means that, in the process of flowing the carrier gas along the particles of material being treated, the thickness of the boundary layer d must be substantially less than the mean electron scattering length, Xe, ie d.
[25] Xe » d [25] Xe »d
[26] Pour Xe, on a (voir, par exemple Smirnov B.M . Howard Reiss, Physics of lonized Gases 2008 John Wiley & sons inc. NY/ Chichester/ Weinham/ Brislne/ Singapore/ Toronto.) [26] For Xe, we have (see, for example Smirnov B.M. Howard Reiss, Physics of lonized Gases 2008 John Wiley & sons inc. NY / Chichester / Weinham / Brislne / Singapore / Toronto.)
[27] Xe = k. Tg. m*/P· Qen [27] Xe = k. Tg. M * / PQen
[28] où [28] where
Qen est la section efficace moyenne de diffusion des électrons par rapport aux neutres (le milieu PIT est toujours un milieu faiblement ionisé, donc la densité des neutres est égale à la densité des particules du plasma P/kTg ; Qen is the mean scattering cross section of electrons with respect to neutrals (the PIT medium is always a weakly ionized medium, so the density of neutrals is equal to the density of the plasma particles P / kTg;
Tg est la température de l'environnement ; Tg is the temperature of the environment;
P est la pression ; P is the pressure;
k est la constante de Boltzmann ; k is Boltzmann's constant;
m* est le rapport mn/me ; m * is the mn / me ratio;
mn est la masse des particules neutres, me est la masse des électrons. mn is the mass of neutral particles, me is the mass of electrons.
[29] Pour d, on a (voir H.Schlichting, K. Gersten, Boundary Layer Theory. Springer - Verlag Berlin, Heidleberg 2017 DOI 10-1007/978 - 3 - 612 - 52919 5_1), [29] For d, we have (see H.Schlichting, K. Gersten, Boundary Layer Theory. Springer - Verlag Berlin, Heidleberg 2017 DOI 10-1007 / 978 - 3 - 612 - 52919 5_1),
[30] d = 3,5D(Re)-0,5 [30] d = 3.5D (Re) -0.5
[31] où [31] where
D est le diamètre caractéristique moyen des particules de matière à traiter ; D is the mean characteristic diameter of the particles of material to be treated;
Re est le nombre de Reynolds, Re = vD/v ; Re is the Reynolds number, Re = vD / v;
pour lequel for which
v est la vitesse des particules de matière à traiter ; v is the speed of the particles of material to be treated;
v est la viscosité cinématique. v is the kinematic viscosity.
[32] La condition plasmochimique est donc : [32] The plasmochemical condition is therefore:
[33] 0,28. k. Tg .m*. P-l. Qen-l.D-0,5. v0,5.v-0,5 » 1 (1) [33] 0.28. k. Tg .m *. P-l. Qen-l.D-0.5. v0.5.v-0.5 ”1 (1)
[34] 2. Condition de dissipation d'énergie. [34] 2. Condition of energy dissipation.
[35] Les laps de temps entre les impulsions, t2, sont déterminés par les conditions de dissipation de l'énergie dégagée lors du passage du courant électrique dans le plasma. Cette dissipation dépend principalement des échanges convectifs et radiatifs entre le plasma et son environnement. En pratique, on a [35] The time lapse between pulses, t2, are determined by the conditions of dissipation of the energy released during the passage of electric current through the plasma. This dissipation mainly depends on convective and radiative exchanges between the plasma and its environment. In practice, we have
[36] 0,5 < (t2/tl) <2 (2) [36] 0.5 <(t2 / tl) <2 (2)
[37] 3. Conditions électrodynamiques. [37] 3. Electrodynamic conditions.
[38] La décharge en impulsions PIT est caractérisée par le développement d'un canal de plasma formé par le gaz de support entraînant la décharge à l'extérieur des électrodes. Pour une valeur donnée du courant moyen d'une impulsion électrique, I, et de la tension moyenne entre les électrodes, V, la durée tl d'une impulsion de courant électrique doit être assez courte pour que la température du gaz dans le canal où s'effectue la décharge soit plus petite que la température Tp au-dessus de laquelle se développe un arc électrique. L'expérience montre, et les mesures spectroscopiques confirment, que pour les gaz traditionnels de support du procédé PIT (air, 02, N2, Ar, C02, CO, etc. et leurs mélanges), dans les conditions habituelles d'utilisation du procédé PIT, la température Tp varie dans les limites 2500 K < Tp < 3200 K. [38] PIT pulse discharge is characterized by the development of a plasma channel formed by the carrier gas causing the discharge to the outside of the electrodes. For a given value of the average current of an electric pulse, I, and of the average voltage between the electrodes, V, the duration tl of an electric current pulse must be short enough that the temperature of the gas in the channel where The discharge takes place is smaller than the temperature Tp above which an electric arc develops. Experience shows, and spectroscopic measurements confirm, that for the traditional support gases for the PIT process (air, 02, N2, Ar, C02, CO, etc. and their mixtures), under the usual conditions of use of the process PIT, the temperature Tp varies within the limits 2500 K <Tp <3200 K.
[39] On a donc la condition électrodynamique pour la puissance moyenne du procédé : [39] We therefore have the electrodynamic condition for the average power of the process:
[40] V.l « c. (Tp - Tg) d2. L. /tl, (3) [40] Vl “c. (Tp - Tg) d 2 . L. / tl, (3)
[41] où [41] where
c est la capacité thermique du gaz de support PIT (J/m3 K) ; c is the thermal capacity of the carrier gas PIT (J / m3 K);
Tg est la température du gaz de support environnant le canal de la décharge PIT (K) ; Tg is the temperature of the support gas surrounding the channel of the PIT discharge (K);
d est le diamètre moyen du canal de la décharge (m) ; d is the mean diameter of the discharge channel (m);
L est la longueur moyenne du canal de plasma PIT (m). L is the mean length of the plasma channel PIT (m).
[42] 4. Condition énergétique : [42] 4. Energy condition:
[43] Selon cette condition, la puissance du plasma, V.l, ne doit pas surpasser l'énergie maximum nécessaire pour effectuer le procédé visé sur les particules à traiter : [43] According to this condition, the power of the plasma, V.l, must not exceed the maximum energy necessary to carry out the targeted process on the particles to be treated:
[44] I.V«n.v.S.E.N.t.K (4) [44] I.V “n.v.S.E.N.t.K (4)
[45] où [45] where
n est la densité numérique des particules de matière à traiter dans le flux de gaz porteur, (m-n is the numerical density of the particles of material to be treated in the flow of carrier gas, (m-
3) ; 3);
v est la vitesse du flux de gaz porteur et donc des particules de matière à traiter, (m/s) ;v is the speed of the flow of carrier gas and therefore of the particles of material to be treated, (m / s);
S est la surface de la section du jet de plasma (= p D2/4 , D - diamètre du jet de plasma), (m2) S is the surface of the plasma jet section (p = D 2/4, D - diameter plasma jet), (m 2)
E est l'énergie maximum d'activation sur une particule de matière à traiter (J) ; t est le temps (s) de vol d'une particule de matière à traiter à travers le réacteur (t = L/v) ;E is the maximum activation energy on a particle of material to be treated (J); t is the time (s) of flight of a particle of matter to be treated through the reactor (t = L / v);
L est la longueur du jet de plasma considérée comme sensiblement égale à la longueur du réacteur (m) ; L is the length of the plasma jet considered to be substantially equal to the length of the reactor (m);
K est un coefficient empirique sans dimension qui tient compte de la non-linéarité de trajet des particules de matière à traiter soumises aux impulsions hydrodynamiques du flux turbulent de plasma PIT et de la concurrence entre l'action hydrodynamique du flux de plasma et celle de la pression hydrodynamique du flux de particules de matière à traiter, dirigé à l'encontre du flux de plasma PIT. L'expérience montre que, en général, K ~10. K is a dimensionless empirical coefficient which takes into account the path non-linearity of the particles of material to be treated subjected to the hydrodynamic pulses of the turbulent plasma flow PIT and the competition between the hydrodynamic action of the plasma flow and that of the hydrodynamic pressure of the flow of particles of material to be treated, directed against the flow of plasma PIT. Experience shows that, in general, K ~ 10.
N est le nombre d'impacts d'activation des particules de matière à traiter par les électrons du plasma, par seconde (s-1). N is the number of impacts of activation of the particles of matter to be treated by the electrons of the plasma, per second (s-1).
[46] Pour N, on a [46] For N, we have
[47] N = S. ne.ve [47] N = S. ne.ve
[48] où [48] where
S est la surface de la particule de matière à traiter (m2), égale à p D2 (D - diamètre caractéristique de la particule de matière à traiter en m) ; S is the area of the material particle to be treated (m 2 ), equal to p D 2 (D - characteristic diameter of the material particle to be treated in m);
ne est la densité numérique des électrons dans le canal de plasma à la température Tp (voir J. Aubreton, C.Bonnefoi, J.M.Maxmain, Revue de Physique appliquée 1986 21(6) pp365 - 376, Calcul des propriétés thermodynamiques et des coefficients de transport dans un plasma en non-équilibre thermodynamique à la pression atmosphérique) ; ne is the numerical density of electrons in the plasma channel at temperature Tp (see J. Aubreton, C. Bonfoi, JMMaxmain, Revue de Physique appliquéd 1986 21 (6) pp365 - 376, Calcul des properties thermodynamiques et des coefficients de transport in a plasma in thermodynamic non-equilibrium at atmospheric pressure);
ve est la vitesse moyenne des électrons du plasma (m/s). ve is the average speed of the electrons in the plasma (m / s).
[49] On a ve = (kTe/me)0,5 [49] We have ve = (kTe / me) 0.5
[50] où [50] where
Te est la température des électrons du plasma PIT à proximité des particules de matière à traiter (K) ; Te is the temperature of the electrons of the plasma PIT near the particles of material to be treated (K);
k est la constante de Boltzmann (J/K) ; k is Boltzmann's constant (J / K);
me est la masse des électrons (kg). me is the mass of electrons (kg).
[51] En réunissant ensemble les conditions (3) et (4), on obtient la condition [51] By bringing together the conditions (3) and (4), we obtain the condition
[52] n.v.S.E.N.K.t « V.l « c. (Tp - Tg). L. d2/tl (5) [52] nvSENKt “Vl“ c. (Tp - Tg). L. d 2 / tl (5)
[53] Les équations (1), (2) et (5) déterminent les conditions, pour les paramètres de construction du plasma PIT et du réacteur, dans lesquelles la présente invention est applicable pour le traitement plasmochimique visé de particules dans un réacteur PIT. [53] Equations (1), (2) and (5) determine the conditions, for the construction parameters of the PIT plasma and of the reactor, under which the present invention is applicable for the targeted plasma-chemical treatment of particles in a PIT reactor. .
[54] On voit que les équations (1), (2) et (5) relient entre eux les paramètres de la construction du dispositif, t, L, L, S, d, K, les paramètres du procédé, Tg, Tp, Te, P, v, I, V, tl, t2, les paramètres des particules de matériau à traiter, D, S, E, et les propriétés des matériaux utilisés, c, mn, Qen, v. [54] We see that equations (1), (2) and (5) relate the parameters of the construction of the device, t, L, L, S, d, K, the parameters of the process, Tg, Tp , Te, P, v, I, V, tl, t2, the parameters of the particles of material to be treated, D, S, E, and the properties of the materials used, c, mn, Qen, v.
[55] Pour résoudre ces problèmes techniques, le procédé de traitement plasmochimique de matière fractionnée dans un réacteur plasmochimique utilisant un générateur de plasma en impulsions du type dit PIT-PTTM selon l'invention se caractérise en ce que le caractère turbulent du plasma PIT est renforcé, que la puissance moyenne de génération du flux de plasma dit PIT, égale au produit de l'amplitude moyenne de la tension appliquée aux électrodes, V, par l'intensité moyenne du courant, I, dans une impulsion, est soumise aux conditions plasmochimique, dissipative, électrodynamique et énergétique suivantes : [55] To solve these technical problems, the process for the plasma-chemical treatment of fractionated material in a plasma-chemical reactor using a pulse plasma generator of the type called PIT-PTTM according to the invention is characterized in that the turbulent nature of the PIT plasma is reinforced, that the average generating power of the plasma flux known as PIT, equal to the product of the average amplitude of the voltage applied to the electrodes, V, by the average intensity of the current, I, in a pulse, is subjected to the conditions following plasmochemical, dissipative, electrodynamic and energetic:
[56] 0,28. k. Tg .m*. P-l. Qen-l.D-0,5. v0,5.v-0,5 » 1 [56] 0.28. k. Tg .m *. P-l. Qen-l.D-0.5. v0.5.v-0.5 ”1
[57] 0,5 < (t2/tl) <2 [57] 0.5 <(t2 / tl) <2
[58] n.v.S.E.N.K.t « V.l « c .(Tp - Tg) . L . d2/tl [58] nvSENKt “Vl“ c. (Tp - Tg). L. d 2 / tl
[59] où [59] where
k est la constante de Boltzmann ; Tg est la température du gaz de support environnant le canal de la décharge PIT (K) ; k is Boltzmann's constant; Tg is the temperature of the support gas surrounding the channel of the PIT discharge (K);
m* est le rapport mn/me ; m * is the mn / me ratio;
mn et la masse des particules neutres ; mn and the mass of neutral particles;
me est la masse des électrons ; me is the mass of electrons;
P est la pression ; P is the pressure;
Qen est la section efficace moyenne de diffusion des électrons du plasma parmi les particules du gaz de la zone de réaction; Qen is the mean scattering cross section of the plasma electrons among the gas particles of the reaction zone;
D est le diamètre caractéristique moyen des particules de matière à traiter D is the mean characteristic diameter of the particles of material to be treated
v est la vitesse des particules de matière à traiter ; v is the speed of the particles of material to be treated;
v est la viscosité cinématique du milieu dans lequel se déplacent les particules de matière à traiter ; v is the kinematic viscosity of the medium in which the particles of material to be treated move;
tl est la durée d'une impulsion électrique ; tl is the duration of an electrical pulse;
t2 est le laps de temps entre les impulsions électriques ; t2 is the time lapse between electrical pulses;
n est la concentration des particules de matière traitée (m-3) ; n is the concentration of particles of material treated (m -3 );
v est la vitesse moyenne de passage des particules de matière traitée à travers le réacteur PIT(m/s) ; v is the average speed of passage of the particles of material treated through the PIT reactor (m / s);
S est la surface du jet de plasma PIT à l'intérieur de réacteur (m2) ; S is the area of the plasma jet PIT inside the reactor (m 2 );
E est l'énergie d'activation transférée aux particules de matière traitée par les particules (molécules, les radicaux libres, les atomes) excitées dans le jet de plasma PIT ou par les électrons du jet de plasma PIT et qui atteignent la surface de la particule de matière traitée (J) E is the activation energy transferred to the particles of matter treated by the particles (molecules, free radicals, atoms) excited in the plasma jet PIT or by the electrons from the plasma jet PIT and which reach the surface of the particle of material treated (J)
N est le nombre d'impacts d'activation par seconde sur une particule de matière traitée (s-1) ; K est le facteur d'activation (d'après l'expérience, 10 <K < 50 suivant la géométrie du réacteur) t est le temps de vol (~ L/v) d'une particule de matière traitée à travers le réacteur (s) ; N is the number of activation impacts per second on a particle of material treated (s -1 ); K is the activation factor (according to experience, 10 <K <50 depending on the geometry of the reactor) t is the flight time (~ L / v) of a particle of material treated through the reactor ( s);
L est la longueur caractéristique du réacteur, (m) ; L is the characteristic length of the reactor, (m);
c est la chaleur spécifique du gaz porteur de particules de matière traitée, traversant le réacteur PIT (J/K/m3) ; c is the specific heat of the gas carrying particles of treated material passing through the PIT reactor (J / K / m 3 );
Tp est la température caractéristique des particules lourdes (molécules, radicaux, atomes) du plasma PIT (K) ; Tp is the characteristic temperature of the heavy particles (molecules, radicals, atoms) of the plasma PIT (K);
Tg est la température caractéristique du gaz entourant les canaux de plasma PIT (K), dans la zone de réaction ; Tg is the characteristic temperature of the gas surrounding the plasma channels PIT (K), in the reaction zone;
d est le diamètre moyen des canaux de plasma (m) ; d is the mean diameter of the plasma channels (m);
L est la longueur caractéristique des canaux de plasma. L is the characteristic length of the plasma channels.
[60] La présente invention se rapporte également à un dispositif dans le quel la réaction plasmochimique visée est réalisée suite à l'action d'un ou plusieurs plasmatrons dit PIT 1 contenant une ou plusieurs électrodes formant des canaux de plasma de longueur L et de diamètre d, montés dans un réacteur pourvu d'un (de) conduit(s) introduisant les particules de matière à traiter, entraînées par un gaz de support sous forme de flux incliné par rapport à l'axe du réacteur sous un angle a, la construction du dispositif prévoyant un conduit d'évacuation des particules de matière à traiter après leur traitement, et un conduit d'évacuation des gaz résiduels avec filtre, système de récupération et valves, la construction étant réalisée de manière que le flux de particules de matière à traiter effectue dans la zone de réaction une trajectoire en forme de boucle dont les dimensions sont déterminées par le choix de la longueur L du réacteur, de la surface S de la section du(des) plasmatron(s), de l'angle a, des vitesses du gaz de support et des particules de matière à traiter, v, de la vitesse des flux de gaz issus du(des) plasmatron(s) (de manière générale ~ v). [61] D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortent des dessins, schémas et illustrations annexés à la présente invention, dans lesquels : [60] The present invention also relates to a device in which the target plasmochemical reaction is carried out following the action of one or more plasmatrons called PIT 1 containing one or more electrodes forming plasma channels of length L and of diameter d, mounted in a reactor provided with a duct (s) introducing the particles of material to be treated, entrained by a support gas in the form of a flow inclined with respect to the axis of the reactor at an angle a, the construction of the device providing for an evacuation duct for the particles of material to be treated after their treatment, and an evacuation duct for residual gases with filter, recovery system and valves, the construction being carried out so that the flow of particles of material to be treated performs in the reaction zone a loop-shaped trajectory whose dimensions are determined by the choice of the length L of the reactor, the surface S of the section of the plasmatron (s), the angle a, of the speeds of the support gas and of the particles of material to be treated, v, of the speed of the gas flows coming from the plasmatron (s) (generally ~ v). [61] Other objects, characteristics and advantages of the present invention emerge from the drawings, diagrams and illustrations appended to the present invention, in which:
• Les Fig. la et lb illustrent le schéma des impulsions électriques du générateur selon l'invention, en particulier, la Fig. la montre un exemple selon l'invention de distribution dans le temps des amplitudes des impulsions de courant électrique à haute fréquence telles que modulées, et la Fig. lb. montre un exemple de • Figs. la and lb illustrate the diagram of the electrical pulses of the generator according to the invention, in particular, FIG. 1a shows an example according to the invention of the distribution over time of the amplitudes of the high-frequency electric current pulses such as modulated, and FIG. lb. shows an example of
distribution dans le temps des amplitudes des impulsions à haute fréquence de tension telles que modulées. time distribution of the amplitudes of the high frequency voltage pulses as modulated.
• La Fig.2 montre le schéma de construction d'un réacteur plasmochimique permettant la mise en oeuvre du procédé revendiqué dans la présente invention. • FIG. 2 shows the construction diagram of a plasmochemical reactor allowing the implementation of the process claimed in the present invention.
• La Fig.3 montre un cas particulier du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini dans la présente invention. • Fig.3 shows a particular case of the device for implementing the method as defined in the present invention.
• La Fig.4 illustre la construction du réacteur conçu de manière à fonctionner, notamment, à haute pression. • Fig.4 illustrates the construction of the reactor designed to operate, in particular, at high pressure.
• La Fig. 5 illustre l'application médicale de la présente invention. • Fig. 5 illustrates the medical application of the present invention.
Le principe du procédé proposé réside en ce qui suit : The principle of the proposed process lies in the following:
Il est proposé d'utiliser pour le traitement plasmochimique de matière fractionnée, particules, un procédé de génération d'un flux de plasma à températures intermédiaires selon les références faites plus haut. Les deux inventions mentionnées ne permettent pas d'effectuer la plupart des traitement plasmochimiques car les paramètres des procédés et dispositifs mentionnés ne sont pas en concordance avec les caractéristiques des matières à traiter et les propriétés intrinsèques des procédés technologiques visés. En effet, par exemple, dans le cas de la torréfaction de biomasse, il est impensable d'effectuer la torréfaction de particules de biomasse se déplaçant dans un flux de gaz de support sans mettre en concordance les effets d'intensification du caractère turbulent du plasma, la puissance de génération des impulsions de plasma avec le débit de la matière à traiter, ses propriétés, les caractéristiques géométriques du réacteur, les temps spécifiques de génération du plasma. Il n'est pas suffisant de générer pour ce faire, uniquement un plasma de molécules fortement excitées, dans un grand volume, de manière à augmenter le plus possible le contact du plasma avec les particules de matière à traiter. L'effet escompté ne se réalisera pas, si l'énergie d'impact des particules de plasma est inférieure au seuil énergétique de la réaction plasmochimique visée, qui est, dans l'exemple considéré, de l'ordre de 0,1 eV à 0,2 eV par impact. It is proposed to use for the plasmochemical treatment of fractionated material, particles, a process for generating a plasma flow at intermediate temperatures according to the references made above. The two inventions mentioned do not allow most of the plasmochemical treatments to be carried out because the parameters of the mentioned processes and devices are not in accordance with the characteristics of the materials to be treated and the intrinsic properties of the technological processes targeted. Indeed, for example, in the case of the torrefaction of biomass, it is unthinkable to carry out the torrefaction of biomass particles moving in a flow of support gas without matching the effects of intensifying the turbulent nature of the plasma. , the plasma pulse generation power with the flow rate of the material to be treated, its properties, the geometric characteristics of the reactor, the specific plasma generation times. To do this, it is not sufficient to generate only a plasma of highly excited molecules, in a large volume, so as to increase the contact of the plasma with the particles of material to be treated as much as possible. The expected effect will not be achieved if the impact energy of the plasma particles is less than the energy threshold of the targeted plasmochemical reaction, which is, in the example considered, of the order of 0.1 eV to 0.2 eV per impact.
[64] Il est également impératif, d'autre part, de minimiser l'énergie dépensée par le plasma. Si cette énergie n'est pas optimisée, non seulement le plasma généré sera trop « chaud », beaucoup d'énergie sera transformée en énergie thermique et dissipée au détriment du rendement du procédé, et aussi avec le danger de surchauffer les pièces du réacteur, voire les endommager et même les détruire. [64] It is also imperative, on the other hand, to minimize the energy expended by the plasma. If this energy is not optimized, not only the plasma generated will be too " hot ”, a lot of energy will be transformed into thermal energy and dissipated to the detriment of the efficiency of the process, and also with the danger of overheating the reactor parts, even damaging and even destroying them.
[65] Il est aussi nécessaire de contrôler la dissipation par convection et radiation de l'énergie apportée par le plasma, dissipation qui a lieu principalement dans le laps de temps entre les impulsions de courant électrique. [65] It is also necessary to control the dissipation by convection and radiation of the energy provided by the plasma, dissipation which takes place mainly in the time lapse between the pulses of electric current.
[66] La présente invention consiste donc, tout d'abord, à organiser le procédé revendiqué de la manière suivante. [66] The present invention therefore consists, first of all, in organizing the claimed method as follows.
[67] Le plasma dit PIT-PTTM est généré par un ou plusieurs générateurs PIT tel que décrit dans l'invention WO 2011/138525 Al, METHOD AND DEVICE FOR GENERATING A NON-ISOTHERMAL PLASMA JET, Priority Date 05.05.2010 qui créent un jet de plasma non- thermique dans un réacteur dit PIT, tel que décrit dans l'invention WO 2014/076-381, METHOD AND DEVICE FOR TREATING TWO-PHASE FRAGMENTED OR PULVERIZED MATERIAL BY NON-ISOTHERMAL REACTIVE PLASMA FLUX. Priority date :22.05.2014. [67] The so-called PIT-PTTM plasma is generated by one or more PIT generators as described in the invention WO 2011/138525 A1, METHOD AND DEVICE FOR GENERATING A NON-ISOTHERMAL PLASMA JET, Priority Date 05.05.2010 which create a non-thermal plasma jet in a so-called PIT reactor, as described in the invention WO 2014 / 076-381, METHOD AND DEVICE FOR TREATING TWO-PHASE FRAGMENTED OR PULVERIZED MATERIAL BY NON-ISOTHERMAL REACTIVE PLASMA FLUX. Priority date: 22.05.2014.
[68] Le jet de plasma dit PIT-PTTM utilisé dans la présente invention est alimenté par un générateur d'impulsions de courant électrique. Le caractère des impulsions et leurs paramètres sont montrés sur la Fig. 1. En particulier, la durée d'une impulsion tl doit être telle que la température du canal de plasma ne dépasse pas la valeur Tp. En pratique, Tp ~2000 - 3500 K. La durée du laps de temps entre les impulsions, t2, doit être telle que l'énergie thermique accumulée dans le canal de plasma soit dissipée par convection et radiation dans la zone environnante. [68] The plasma jet known as PIT-PTTM used in the present invention is supplied by an electric current pulse generator. The character of the pulses and their parameters are shown in Fig. 1. In particular, the duration of a pulse t1 must be such that the temperature of the plasma channel does not exceed the value Tp. In practice, Tp ~ 2000 - 3500 K. The duration of the time lapse between pulses, t2, should be such that the thermal energy accumulated in the plasma channel is dissipated by convection and radiation to the surrounding area.
[69] Un jet de particules de matière à traiter de débit G = m.n.vp.S , soutenu par un flux de gaz porteur, est introduit dans le réacteur sous un angle a, réglable, entre l'axe du tube d'alimentation en particules de matière à traiter et l'axe du réacteur, dans le jet de plasma, principalement à l'encontre du flux turbulent de plasma dit PIT. La valeur de la vitesse du flux de particules, vp, est proche de la vitesse moyenne du flux de plasma v et la section S du tube d'entrée des particules de matière à traiter est proche de la section du jet de plasma. Sous l'action des forces centrifuges, de la pression dynamique venant du jet de particules de matière à traiter, d'une part, et, d'autre part, de la pression dynamique exercée par le jet de plasma, les particules de matière à traiter sont freinées, la projection axiale de leur vitesse relative par rapport au réacteur passe par zéro et leur trajectoire effectue une boucle. La largeur de cette boucle dépend de l'angle a et des valeurs des vitesses vp et v. La dimension de la boucle est d'autant plus grande que la dimension des particules à traiter est grande. Cela permet de varier automatiquement le temps de contact des particules de matière à traiter avec le jet de plasma PIT, et donc de contrôler le procédé. On contrôle également le procédé en variant l'angle a, le débit G, et les paramètres des impulsions de courant électrique. Les particules de matière à traiter qui n'ont pas été suffisamment traitées, parce que passant à la périphérie du jet de plasma, sont projetées sur la paroi du réacteur et, sous l'action de la pesanteur, tombent dans un réceptacle et sont renvoyées au distributeur de particules de matière à traiter. Ce contrôle mentionné permet d'assurer que l'énergie du plasma est bien transférée aux particules de matière à traiter à travers la couche limite entourant les particules de matière à traiter, selon la condition plasmochimique, que l'énergie minimum de réaction est bien transférée aux particules de matière à traiter, selon l'équation 2, que l'énergie générée dans les canaux de plasma est assez petite pour que la température du plasma reste inférieure à Tp , selon l'équation 3 et que l'énergie du plasma soit correctement évacuée dans la zone environnante dans les laps de temps t2 entre les impulsions de courant électrique, selon l'équation 4, et, éventuellement de rendre le flux de plasma turbulent, avec une échelle de turbulence contrôlée et par la vitesse voulue des réactions, mesurée, par exemple, par le débit des particules de matière traitée sortant du réacteur. [69] A jet of particles of material to be treated with a flow rate G = mnvp.S, supported by a flow of carrier gas, is introduced into the reactor at an angle a, adjustable, between the axis of the particle feed tube of material to be treated and the axis of the reactor, in the plasma jet, mainly against the turbulent flow of plasma known as PIT. The value of the speed of the particle flow, vp, is close to the average speed of the plasma flow v and the section S of the inlet tube of the particles of material to be treated is close to the section of the plasma jet. Under the action of centrifugal forces, the dynamic pressure coming from the jet of particles of material to be treated, on the one hand, and, on the other hand, the dynamic pressure exerted by the plasma jet, the particles of material to process are slowed down, the axial projection of their relative speed with respect to the reactor passes through zero and their trajectory makes a loop. The width of this loop depends on the angle a and the values of the speeds vp and v. The size of the loop is all the greater the larger the size of the particles to be treated. This makes it possible to automatically vary the contact time of the particles of material to be treated with the plasma jet PIT, and therefore to control the process. The process is also controlled by varying the angle α, the flow rate G, and the parameters of the electric current pulses. The particles of material to be treated which have not been sufficiently treated, because they pass through the periphery of the plasma jet, are projected onto the wall of the reactor and, under the action of gravity, fall into a receptacle and are returned to the distributor of particles of material to be treated. This mentioned control ensures that the plasma energy is transferred to the particles of material to be treated through the boundary layer surrounding the particles of material to be treated, according to the plasmochemical condition, that the minimum reaction energy is indeed transferred to the particles of material to be treated, according to equation 2, that the energy generated in the plasma channels is small enough that the temperature of the plasma remains below Tp, according to equation 3, and the energy of the plasma is properly discharged into the surrounding area in the time lapse t2 between current pulses electrical, according to equation 4, and, optionally to make the plasma flow turbulent, with a controlled turbulence scale and by the desired speed of the reactions, measured, for example, by the flow rate of the particles of treated material leaving the reactor.
[70] Dans un cas particulier, il est prévu d'organiser des zones de gaz coaxiales de vitesses et de compositions variées autour du jet de plasma de manière à contrôler le caractère laminaire/turbulent du plasma et de gérer les flux de gaz qui pourraient perturber le procédé ou, contrairement, à imposer un régime d'écoulement nécessaire au procédé visé. [70] In a particular case, provision is made to organize coaxial gas zones of varying speeds and compositions around the plasma jet so as to control the laminar / turbulent nature of the plasma and to manage the gas flows which could disrupt the process or, on the contrary, impose a flow regime necessary for the targeted process.
[71] Dans un autre cas particulier, quand des composants solides se forment dans le flux de gaz suite au contact avec le plasma, il est prévu de détourner ces composants en organisant un flux de gaz coaxial de manière à ce que les composants solides n'altèrent pas le procédé visé. En d'autres termes, dans le cas où, le long de leur parcours à travers le réacteur, sont générées des particules solides, il est utile d'organiser des flux coaxiaux de gaz de protection et de contrôle de l'état de ces particules dont la variation des débits permet de gérer le comportement de ces particules (par exemple, leur dépôt non voulu) d'une part, et, d'autre part d'en assurer le traitement total (leur disparition suite à une réaction de combustion ou d'attaque chimique)ou partiel, si ces particules sont utiles pour les buts de l'invention [71] In another particular case, when solid components are formed in the gas flow following contact with the plasma, it is planned to divert these components by organizing a coaxial gas flow so that the solid components do not 'not alter the intended process. In other words, in the case where, along their path through the reactor, solid particles are generated, it is useful to organize coaxial flows of shielding gases and to control the state of these particles. whose flow rate variation makes it possible to manage the behavior of these particles (for example, their unwanted deposition) on the one hand, and, on the other hand, to ensure total treatment (their disappearance following a combustion reaction or chemical attack) or partial, if these particles are useful for the purposes of the invention
[72] En fait d'exemple, on peut citer le cas où l'un des gaz périphériques est le méthane. Au contact du plasma, le méthane se décompose en hydrogène H2 et en carbone C. Ce dernier, à relativement basse température, forme des particules solides de suie qui nuisent au procédé et peuvent se déposer sur les éléments de construction et créer des obstructions aux différents flux de gaz. Il faut donc les éliminer en organisant des rideaux hydrodynamiques dont les fonctions sont de séparer les particules solides des éléments de construction tout en conservant, et même renforçant les effets de turbulence qui concourent à accélérer les réactions plasmochimiques, tout en organisant les réactions favorisant la destruction des particules formées, par exemple, dans le cas de particules de suie, en les oxydant dans un flux d'air ou d'oxygène, séparément des éléments de construction du dispositif. [72] As an example, we can cite the case where one of the peripheral gases is methane. On contact with plasma, methane decomposes into hydrogen H2 and carbon C. The latter, at relatively low temperature, forms solid particles of soot which interfere with the process and can be deposited on building elements and create obstructions to various gas flow. It is therefore necessary to eliminate them by organizing hydrodynamic curtains whose functions are to separate the solid particles from the construction elements while preserving, and even reinforcing the effects of turbulence which contribute to accelerating the plasmochemical reactions, while organizing the reactions favoring the destruction particles formed, for example, in the case of soot particles, by oxidizing them in a flow of air or oxygen, separately from the structural elements of the device.
[73] La présente invention revendique un dispositif dont le mode d'alimentation est illustré sur les Fig.l a et lb. L'alimentation électrique du (des) plasmatron(s) PIT est assurée par un générateur d'impulsions, par exemple du type « inverter ». Le courant électrique est généré par impulsions à haute fréquence. Celles -ci sont modulées en impulsions de courant dont la valeur moyenne de l'amplitude de courant I, et la valeur moyenne de l'amplitude de tension V, satisfont aux conditions émises plus haut, ainsi que dans le procédé selon l'invention, typiquement un procédé de traitement plasmochimique de matière fractionnée dans un réacteur plasmochimique utilisant un générateur de plasma en impulsions du type dit PIT-PTTM caractérisé en ce que le caractère turbulent du plasma dit PIT est renforcé, que la puissance moyenne de génération du flux de plasma PIT, égale au produit de l'amplitude moyenne de la tension appliquée aux électrodes, V, par l'intensité moyenne du courant, I, dans une impulsion, est soumise aux conditions plasmochimique, dissipative, électrodynamique et énergétique suivantes : [73] The present invention claims a device whose power supply mode is illustrated in Fig.la and lb. The power supply of the PIT plasmatron (s) is provided by a pulse generator, for example of the “inverter” type. Electric current is generated by high frequency pulses. These are modulated into current pulses of which the average value of the current amplitude I, and the average value of the voltage amplitude V, satisfy the conditions set out above, as well as in the process according to the invention, typically a process for the plasma-chemical treatment of fractionated material in a plasma-chemical reactor using a pulsed plasma generator of the type called PIT-PTTM characterized in that the turbulent nature of the plasma called PIT is reinforced, that the average generating power of the plasma flux PIT, equal to the product of the average amplitude of the voltage applied to the electrodes, V, by the average intensity of the current, I, in a pulse, is subjected to the plasmochemical, dissipative, electrodynamic conditions and energy:
0,28. k. Tg .m*. P-l. Qen-l.D-0,5. v0,5.v-0,5 » 1 0.28. k. Tg .m *. P-l. Qen-l.D-0.5. v0.5.v-0.5 ”1
0,5 < (t2/tl) <2 0.5 <(t2 / tl) <2
n.v.S.E.N.K.t « V.l « c .(Tp - Tg) . L . d2/tl nvSENKt "Vl" c. (Tp - Tg). L. d 2 / tl
or
k est la constante de Boltzmann ; k is Boltzmann's constant;
Tg est la température du gaz de support environnant le canal de la décharge PIT (K) ; m* est le rapport mn/me ; Tg is the temperature of the support gas surrounding the channel of the PIT discharge (K); m * is the mn / me ratio;
mn est la masse des particules neutres ; mn is the mass of neutral particles;
me est la masse des électrons ; me is the mass of electrons;
P est la pression ; P is the pressure;
Qen est la section efficace moyenne de diffusion des électrons du plasma parmi les particules du gaz de la zone de réaction; Qen is the mean scattering cross section of the plasma electrons among the gas particles of the reaction zone;
D est le diamètre caractéristique moyen des particules de matière à traiter ; D is the mean characteristic diameter of the particles of material to be treated;
v est la vitesse des particules de matière à traiter ; v is the speed of the particles of material to be treated;
v est la viscosité cinématique du milieu dans lequel se déplacent les particules de matière à traiter ; v is the kinematic viscosity of the medium in which the particles of material to be treated move;
tl est la durée d'une impulsion électrique ; tl is the duration of an electrical pulse;
t2 est le laps de temps entre les impulsions électriques ; t2 is the time lapse between electrical pulses;
n est la concentration des particules de matière traitée (m-3) ; n is the concentration of particles of material treated (m -3 );
v est la vitesse moyenne de passage des particules de matière traitée à travers le réacteur PIT(m/s) ; v is the average speed of passage of the particles of material treated through the PIT reactor (m / s);
S est la surface du jet de plasma PIT à l'intérieur de réacteur (m2) ; S is the area of the plasma jet PIT inside the reactor (m 2 );
E est l'énergie d'activation transférée aux particules de matière traitée par les particules (molécules, les radicaux libres, les atomes) excitées dans le jet de plasma PIT ou par les électrons du jet de plasma PIT et qui atteignent la surface de la particule de matière traitée (J) ; E is the activation energy transferred to the particles of matter treated by the particles (molecules, free radicals, atoms) excited in the plasma jet PIT or by the electrons from the plasma jet PIT and which reach the surface of the particle of processed material (J);
N est le nombre d'impacts d'activation par seconde sur une particule de matière traitée (s 1) ; N is the number of activation impacts per second on a particle of material treated (s 1 );
K est le facteur d'activation (d'après l'expérience, 10 <K < 50 suivant la géométrie du réacteur) ; K is the activation factor (according to experience, 10 <K <50 depending on the geometry of the reactor);
t est le temps de vol (~ L/v) d'une particule de matière traitée à travers le réacteur (s) ;t is the time of flight (~ L / v) of a particle of material treated through the reactor (s);
L est la longueur caractéristique du réacteur (m) ; c est la chaleur spécifique du gaz porteur de particules de matière traitée, traversant le réacteur dit PIT (J/K/m3) ; L is the characteristic length of the reactor (m); c is the specific heat of the gas carrying particles of treated material passing through the so-called PIT reactor (J / K / m 3 );
Tp est la température caractéristique des particules lourdes (molécules, radicaux, atomes) du plasma dit PIT (K) ; Tp is the characteristic temperature of the heavy particles (molecules, radicals, atoms) of the plasma known as PIT (K);
Tg est la température caractéristique du gaz entourant les canaux de plasma PIT (K), dans la zone de réaction ; Tg is the characteristic temperature of the gas surrounding the plasma channels PIT (K), in the reaction zone;
d est le diamètre moyen des canaux de plasma (m) ; d is the mean diameter of the plasma channels (m);
L est la longueur caractéristique des canaux de plasma ; L is the characteristic length of the plasma channels;
[74] notamment La Fig. la montre un exemple de distribution dans le temps des amplitudes des impulsions de courant électrique à haute fréquence telles que modulées. La Fig. lb. montre un exemple de distribution dans le temps des amplitudes des impulsions à haute fréquence de tension telles que modulées. Ces distributions modulées sont déterminées par le caractère du milieu entourant le(s) plasmatron(s), principalement, la géométrie du (des) plasmatron(s), en particulier des électrodes, le débit des gaz d'alimentation du (des) plasmatron(s), du caractère turbulent des gaz d'alimentation du (des) plasmatron(s) et de sa (leur) périphérie et de leur organisation dans le (les) plasmatron(s) et à sa (leur) sortie. La durée d'une impulsion modulée est tl. La durée du laps de temps entre les impulsions modulées est t2. Les valeurs de tl et t2 sont conditionnées plus haut et dans le procédé selon l'invention de la présente invention. [74] in particular FIG. 1a shows an example of the distribution over time of the amplitudes of high-frequency electric current pulses as modulated. Fig. lb. shows an example of the time distribution of the amplitudes of high frequency voltage pulses as modulated. These modulated distributions are determined by the character of the medium surrounding the plasmatron (s), mainly, the geometry of the plasmatron (s), in particular the electrodes, the flow rate of the feed gases of the plasmatron (s) (s), the turbulent nature of the feed gases of the plasmatron (s) and its (their) periphery and their organization in the plasmatron (s) and at its (their) outlet. The duration of a modulated pulse is t1. The length of time between modulated pulses is t2. The values of t1 and t2 are conditioned above and in the method according to the invention of the present invention.
[75] Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini dans la présente invention est illustré par la Fig. 2. [75] The device for implementing the method as defined in the present invention is illustrated by FIG. 2.
[76] Comme le montre la Fig. 2, le plasma PIT - PTTI est généré par un ou plusieurs plasmatrons 1 installés dans un réacteur 2. La quantité de plasmatrons utilisés est déterminée par la dimension de la zone de réaction. Il n'est pas toujours optimal d'augmenter les dimensions et la puissance d'un plasmatron pour optimiser la dimension de la zone de réaction 3. Il est souvent avantageux d'utiliser plusieurs plasmatrons, notamment lorsqu'il est nécessaire de limiter le niveau de température dans la zone de réaction et d'augmenter le débit des gaz participant à la réaction. [76] As shown in FIG. 2, the PIT - PTTI plasma is generated by one or more plasmatrons 1 installed in a reactor 2. The quantity of plasmatrons used is determined by the size of the reaction zone. It is not always optimal to increase the size and power of a plasmatron to optimize the size of the reaction zone 3. It is often advantageous to use several plasmatrons, especially when it is necessary to limit the level. temperature in the reaction zone and to increase the flow rate of the gases participating in the reaction.
[77] Chaque plasmatron est alimenté par une ou plusieurs sources de courant, 5, avec capteurs de courant 5' et de tension 5" satisfaisant aux conditions montrées sur la Fig. 1. [77] Each plasmatron is powered by one or more current sources, 5, with 5 'current and 5 "voltage sensors satisfying the conditions shown in Fig. 1.
[78] Le débit (la vitesse) du gaz de formation du plasma est mesuré par le capteur l'. [78] The flow rate (velocity) of the plasma forming gas is measured by the sensor l '.
[79] Chaque plasmatron est doté au minimum d'une électrode (dans ce cas la décharge PIT PTTM est organisée entre l'électrode et la terre). La variante la plus recommandée est celle comprenant deux électrodes 4, comme représenté sur la Fig. 2. Il est commun d'utiliser 3, 4, 6, 8 et plus d'électrodes, leur nombre permettant de varier la distribution des paramètres du plasma PIT PTTM dans le réacteur 2 de forme conique ou cylindrique. Il y aura lieu d'adapter dans le temps et l'espace les fonctions du système d'alimentation (5) (illustré formellement sur la Fig.2 avec capteurs de mesure du courant I (5') et de la tension V (5") des électrodes des plasmatrons, de manière à optimiser la distribution des paramètres énergétiques de la zone de plasma 3. [79] Each plasmatron is provided with at least one electrode (in this case the PIT PTTM discharge is organized between the electrode and the earth). The most recommended variant is that comprising two electrodes 4, as shown in FIG. 2. It is common to use 3, 4, 6, 8 and more electrodes, their number allowing to vary the distribution of the parameters of the plasma PIT PTTM in the reactor 2 of conical or cylindrical shape. The functions of the power supply system (5) (formally illustrated in Fig. 2 with current measurement sensors) will have to be adapted in time and space. I (5 ') and the voltage V (5 ") of the electrodes of the plasmatrons, so as to optimize the distribution of the energy parameters of the plasma zone 3.
[80] Les électrodes émettent des canaux de plasma 6 qui évoluent de manière chaotique dans la zone de réaction. Le degré de turbulence des canaux de plasma et des gaz présents dans la zone de réaction dépend du caractère de l 'écoulement des gaz dans la zone de réaction. Le degré de turbulence (Fig. 2.) est réglé par des moyens d'amplification de la turbulence. Ceux-ci peuvent être de caractère hydrodynamique (par exemple, proéminences ou changement brusque de section dans les canaux d'accès des gaz au réacteur, angles aigus de changement de direction des gaz entrant dans le réacteur) ou autre (par exemple dispositifs soniques ou infrason d'excitation de vibrations dans les gaz accédant au réacteur ou dans le réacteur même. [80] The electrodes emit plasma channels 6 which evolve chaotically in the reaction zone. The degree of turbulence of the plasma and gas channels present in the reaction zone depends on the character of the gas flow in the reaction zone. The degree of turbulence (Fig. 2.) is regulated by means of turbulence amplification. These can be hydrodynamic in nature (for example, prominences or sudden change of section in the gas access channels to the reactor, acute angles of change of direction of the gases entering the reactor) or other (for example sonic devices or vibration excitation infrasound in the gases entering the reactor or in the reactor itself.
[81] Un(les) conduit(s) 8 amène(nt) dans le réacteur 2 le (les) gaz de support des particules de matière à traiter grâce à un débit de gaz de support 9 qui peut être doté d'un mouvement hélicoïdal pour optimiser les conditions de mélange avec les particules de matière à traiter. Le conduit 8 fait un angle a, mesuré par le capteur 19', avec l'axe 18 du réacteur. Le conduit 8 peut être déplacé par rapport à l'axe 18 de manière à créer un couple créant un mouvement de tourbillonnement des particules de matière à traiter. Celles-ci sont introduites en amont du réacteur 2 par l'intermédiaire d'un conduit 10 et d'un doseur 11 (par exemple une vis sans fin). L'angle a et les débits de gaz de support et de particules de matière à traiter sont réglables, grâce à des mécanismes de motion 19 et des régulateurs de débit 20 de manière à optimiser la trajectoire moyenne 17 des particules de matière à traiter à travers la zone de réaction. Celles-ci, après traitement dans la zone de réaction 3 sont évacuées 15 par le (les) conduit(s) 14 et les dispositifs de contrôle et filtration 16. [81] One (s) pipe (s) 8 bring (s) into the reactor 2 the support gas (s) for the particles of material to be treated by means of a flow of support gas 9 which can be provided with a movement helical to optimize the mixing conditions with the particles of material to be treated. The pipe 8 forms an angle α, measured by the sensor 19 ′, with the axis 18 of the reactor. The duct 8 can be moved relative to the axis 18 so as to create a torque creating a swirling movement of the particles of material to be treated. These are introduced upstream of the reactor 2 via a pipe 10 and a metering device 11 (for example an endless screw). The angle a and the flow rates of the carrier gas and of the particles of material to be treated are adjustable, thanks to motion mechanisms 19 and flow regulators 20 so as to optimize the average trajectory 17 of the particles of material to be treated through the reaction zone. These, after treatment in the reaction zone 3, are evacuated 15 through the duct (s) 14 and the control and filtration devices 16.
[82] Les gaz résiduels sont évacués par le(les) conduit(s) 12 et les dispositifs de filtration 13. Des valves 21 permettent soit de les évacuer soit de les réintroduire dans le système d'alimentation du dispositif par un système de tuyauteries 22 tel que montré sur la Fig. 2. [82] Residual gases are evacuated through the conduit (s) 12 and the filtration devices 13. Valves 21 allow either to evacuate them or to reintroduce them into the supply system of the device via a piping system. 22 as shown in FIG. 2.
[83] Le dispositif fonctionne de la manière suivante : [83] The device operates as follows:
[84] Les particules de matière à traiter, dosées par le système 11, pénètrent par le conduit 10 dans le réacteur 2, se mélangent au flux de gaz de support 9 apporté à l'aide d'un conduit 8 sous un angle a par rapport à l'axe 18 du réacteur 2. L'angle a d'entrée du flux de particules de matière à traiter, mélangé au gaz de support, est variable grâce au mécanisme de motion 19. Il est mesuré à l'aide d'un dispositif 19'. Les débits de particules de matière à traiter et de gaz de support sont réglables grâce aux régulateurs de débit 20. Ces paramètres sont contrôlés par des capteurs d'angle et les régulateurs de débit de manière que les équations données ci-dessus dans le procédé de la présente invention soient satisfaites. [84] The particles of material to be treated, dosed by the system 11, enter through line 10 into reactor 2, mix with the flow of support gas 9 provided by means of a line 8 at an angle a by relative to the axis 18 of the reactor 2. The angle a of entry of the flow of particles of material to be treated, mixed with the support gas, is variable thanks to the motion mechanism 19. It is measured using a device 19 '. The flow rates of particles of material to be treated and of carrier gas are adjustable thanks to the flow regulators 20. These parameters are controlled by angle sensors and flow regulators so that the equations given above in the process of the present invention are satisfied.
[85] Un ou plusieurs jets de plasma sont formés par un système de plasmatrons 1 pourvu d'électrodes 4 et alimenté par un système 5 de sources de courant du type « inverter ». Suite au mouvement chaotique des canaux 6 de plasma, issus des électrodes 4, se forme une zone de réaction 3 caractérisée par une basse température (en pratique ~300 - 500 °C) et un haut degré d'excitation des particules et un haut degré de turbulence qui caractérise le plasma PIT- PTTM. Le degré de turbulence dans la zone de réaction étant important pour le procédé plasmochimique visé, un mécanisme spécial d'excitation, par exemple sonique 7, ou mécanique 7', et le dispositif correspondant de contrôle de l'état de turbulence, est prévu. Le débit de particules de matière à traiter mélangées au gaz de support, l'angle a, variable, les paramètres du plasma ( courant moyen dans une impulsion, I, tension moyennes V, ) font que la trajectoire des particules de matière à traiter est complexe et forme dans la zone de réaction une boucle dont la forme et les dimensions sont soumises aux forces de pression dynamique du flux entrant et du plasma ainsi qu'aux forces centrifuges agissant sur les particules lors de leur passage dans la zone de réaction. Les dimensions de cette boucle sont déterminées par les paramètres tels que définis dans le procédé de la présente invention, ainsi que par le choix de l'angle d'incidence a mesuré et contrôlé par le dispositif 19'. Le dispositif fonctionne de manière continue. Le flux de gaz résiduels est extrait du réacteur par le conduit 13 et le système de filtration 12 et est soit évacué, soit redirigé à travers les valves 21 et le conduit 22 vers le conduit d'entrée du gaz de support 9. Les particules traitées 15 sortent du réacteur par le conduit 14, et sont évacuées vers la sortie 16 du réacteur. [85] One or more plasma jets are formed by a system of plasmatrons 1 provided with electrodes 4 and supplied by a system 5 of current sources of the "inverter" type. Following the chaotic movement of the 6 plasma channels, coming from the electrodes 4, forms a reaction zone 3 characterized by a low temperature (in practice ~ 300 - 500 ° C) and a high degree of excitation of the particles and a high degree of turbulence which characterizes the PIT-PTTM plasma. Since the degree of turbulence in the reaction zone is important for the target plasmochemical process, a special excitation mechanism, for example sonic 7, or mechanical 7 ', and the corresponding device for controlling the state of turbulence, is provided. The flow rate of particles of material to be treated mixed with the support gas, the angle a, variable, the parameters of the plasma (average current in a pulse, I, average voltage V,) mean that the trajectory of the particles of material to be treated is complex and forms in the reaction zone a loop, the shape and dimensions of which are subjected to the dynamic pressure forces of the incoming flow and the plasma as well as to the centrifugal forces acting on the particles as they pass through the reaction zone. The dimensions of this loop are determined by the parameters as defined in the method of the present invention, as well as by the choice of the angle of incidence a measured and controlled by the device 19 '. The device operates continuously. The residual gas flow is extracted from the reactor through line 13 and filtration system 12 and is either discharged or redirected through valves 21 and line 22 to the support gas inlet line 9. The treated particles 15 exit the reactor through line 14, and are evacuated to the outlet 16 of the reactor.
[86] Le dispositif tel qu'illustré par la Fig. 2 est utilisé, en particulier, pour la fabrication de poudres torréfiées, ainsi que pour la fabrication de syngaz (CO + H2) à partir de biomasse. [86] The device as illustrated by FIG. 2 is used, in particular, for the manufacture of roasted powders, as well as for the manufacture of syngas (CO + H2) from biomass.
[87] La Fig. 3 correspond au cas où le dispositif revendiqué est utilisé avec des produits incompatibles, en particulier chimiquement actifs, introduits aussi bien sous forme de gaz de support 9 que de particules de matière à traiter 26. Le réacteur 2, les parois du plasmatron 1 nécessitent une protection, par exemple hydrodynamique, sous forme de flux de gaz. Ces flux de protection sont montrés sur l'exemple de la Fig. 3 sous forme de flux, coaxiaux à l'axe 18, 23 et 24 et coaxiaux au flux central 25 desservi dans le plasmatron 1. Les gaz les plus habituels pour cette application de la présente invention seraient, par exemple : [87] FIG. 3 corresponds to the case where the claimed device is used with incompatible products, in particular chemically active products, introduced both in the form of support gas 9 and of particles of material to be treated 26. The reactor 2, the walls of the plasmatron 1 require a protection, for example hydrodynamic, in the form of gas flow. These protection fluxes are shown in the example of FIG. 3 in the form of a flow, coaxial with the axis 18, 23 and 24 and coaxial with the central flow 25 served in the plasmatron 1. The most usual gases for this application of the present invention would be, for example:
[88] N2 en tant que gaz de support 9 ; [88] N2 as carrier gas 9;
[89] Ar, He, en tant que gaz d'alimentation du plasmatron 1 ; [89] Ar, He, as feed gas for plasmatron 1;
[90] N2, en tant que gaz neutre introduit par le conduit 24 et portant, éventuellement, les particules de matière à traiter, selon la présente invention, telles que, par exemple des gouttelettes pulvérisées d'hydrocarbures ; [90] N2, as neutral gas introduced through line 24 and carrying, optionally, the particles of material to be treated, according to the present invention, such as, for example pulverized droplets of hydrocarbons;
[91] Air, 02, H2, vapeurs haloïdes, gaz chargés de vapeurs d'éléments organiques, en tant que gaz actifs et éventuellement de particules de matière à traiter, le tout introduits par le/les conduit(s) 23. [91] Air, 02, H2, haloid vapors, gases laden with vapors of organic elements, as active gases and possibly particles of material to be treated, all introduced through the duct (s) 23.
[92] Les différents gaz introduits se comportent séparément tant qu'ils n'ont pas atteint la zone où ils se mélangent par l'intermédiaire de couches limites formellement représentées par les traits (27). Leur présence dans la zone de réaction dépend des paramètres hydrodynamiques des flux mentionnés. [93] Des mesures de protection mécaniques, comme, par exemple, le déflecteur 28 sont également nécessaires pour séparer les produits évacués 14 du réacteur, des flux de gaz entrants. [92] The different gases introduced behave separately as long as they have not reached the zone where they mix by means of boundary layers formally represented by the lines (27). Their presence in the reaction zone depends on the hydrodynamic parameters of the mentioned flows. [93] Mechanical protection measures, such as, for example, the deflector 28 are also necessary to separate the products discharged 14 from the reactor, from the incoming gas streams.
[94] La zone de réaction 3, les trajectoires des particules de matière à traiter 17 et les parties actives du plasma dit PU PTTM, notamment les canaux de plasma 6 se trouvent, selon le schéma du dispositif revendiqué, en dehors des zones initiales des flux, c'à d. dans la zone de mélange des différents flux mentionnés (selon définitions et terminologie données dans la monographie de H.Schlichting, K. Gersten citée en page 9 de la présente invention). [94] The reaction zone 3, the trajectories of the particles of material to be treated 17 and the active parts of the plasma known as PU PTTM, in particular the plasma channels 6 are located, according to the diagram of the claimed device, outside the initial zones of the flow, i.e. in the mixing zone of the various streams mentioned (according to definitions and terminology given in the monograph by H. Schlichting, K. Gersten cited on page 9 of the present invention).
[95] La Fig. 4. Illustre le dispositif de mise en œuvre de la présente invention, notamment pour les cas particuliers où : [95] FIG. 4. Illustrates the device for implementing the present invention, in particular for the particular cases where:
a. Les particules de matière à traiter 17' se forment à l'intérieur de la zone de réaction 3 et doivent être traitées en entier dans la zone de réaction 3, c'à d. dans la zone de mélange 27 (au sens des définitions et terminologie données dans la monographie de H.Schlichting, K. Gersten citée en page 9 de la présente invention) des jets issus des conduits d'entrée 23, 24, 25. C'est le cas, par exemple de l'introduction d'un gaz tel que le méthane (CH4) dans une atmosphère neutre telle que l'azote (N2). Sous l'influence des particules activées dans la zone de réaction 3 par le plasma PIT 6, les molécules de méthane se décomposent en C + H2. Les atomes de carbone, comme le montre l'expérience, se groupent en particules de suie. Ce n'est qu'au contact d'un gaz oxydant (air ou 02) qu'elles brûleront, créant des molécules de CO ou de C02 qui seront évacuées par le conduit 13, 14. at. The particles of material to be treated 17 'are formed inside the reaction zone 3 and have to be completely processed in the reaction zone 3, ie. in the mixing zone 27 (within the meaning of the definitions and terminology given in the monograph by H. Schlichting, K. Gersten cited on page 9 of the present invention) jets coming from the inlet conduits 23, 24, 25. C ' is the case, for example, of the introduction of a gas such as methane (CH4) in a neutral atmosphere such as nitrogen (N2). Under the influence of the particles activated in the reaction zone 3 by the plasma PIT 6, the methane molecules decompose into C + H2. Carbon atoms, as experience shows, group together into soot particles. It is only in contact with an oxidizing gas (air or 02) that they will burn, creating molecules of CO or C02 which will be evacuated through line 13, 14.
Pour assurer une combustion plus complète des particules de suie, il y a lieu d'injecter un jet de gaz oxydant supplémentaire 29 dans la partie la plus proche et la plus accessible 28, permettant d'exploiter, pour la combustion, l'excitation résiduelle des particules de gaz de support et de la surface des particules de suie. De cette manière, les gaz sortant du réacteur revendiqué seront entièrement traités et viendront effectuer leur travail, par exemple, de propulsion des ailettes- d'une turbine à gaz 31, avec une efficacité et un rendement qui sont optimisés. To ensure a more complete combustion of the soot particles, it is necessary to inject an additional oxidizing gas jet 29 in the closest and most accessible part 28, making it possible to exploit, for combustion, the residual excitation carrier gas particles and the surface of the soot particles. In this way, the gases leaving the claimed reactor will be fully treated and will come to do their work, for example, of propelling the fins of a gas turbine 31, with an efficiency and a yield which are optimized.
Le fonctionnement du dispositif s'effectue à pression atmosphérique ou à pression supérieure à la pression atmosphérique. C'est le cas de l'application, citée plus haut, de la préparation des gaz pour l'actionnement d'une turbine à gaz 31, par exemple. Dans ce cas, le réacteur 2 est réalisé sous forme de récipient à haute pression, et tous les conduits et câbles électriques d'alimentation sont introduits dans le sas 30 du réacteur 2 par l'intermédiaire de joints 31 et d'isolants diélectriques hermétiques 3 . Le plasmatron 1 est à l'intérieur du réacteur 2. La source de courant 5 et les éléments assurant les débits des différents composants sont à l'extérieur du réacteur 2 et du sas 30. The device is operated at atmospheric pressure or at a pressure greater than atmospheric pressure. This is the case with the application, cited above, of the preparation of gases for actuating a gas turbine 31, for example. In this case, the reactor 2 is made in the form of a high pressure vessel, and all the conduits and electrical supply cables are introduced into the airlock 30 of the reactor 2 by means of gaskets 31 and hermetic dielectric insulators 3 . The plasmatron 1 is inside the reactor 2. The current source 5 and the elements ensuring the flow rates of the various components are outside the reactor 2 and the airlock 30.
b. Les particules de matière à traiter sont introduites dans le réacteur avec un gaz de support par le conduit 23, sont traitées dans la zone de réaction 3 et y sont entièrement traitées 17”. C'est le cas de l'utilisation de combustibles en poudre (charbons) et de matières liquides pulvérisées (hydrocarbures) avantageusement transformés en gaz dans le dispositif revendiqué avant d'être utilisés, par exemple envoyés vers les aubages d'une turbine à gaz. Dans ce dernier cas le dispositif revendiqué prévoit un fonctionnement sous pression comme décrit au point a. b. The particles of material to be treated are introduced into the reactor with a carrier gas through line 23, are treated in reaction zone 3 and are fully treated there 17 ”. This is the case with the use of powdered fuels (coals) and pulverized liquid materials (hydrocarbons) advantageously transformed into gas in the device claimed before being used, for example sent to the blades of a gas turbine. In the latter case, the claimed device provides for operation under pressure as described in point a.
c. Les particules de matière à traiter, qu'elles se forment à l'intérieur de la zone de réaction 3 ou qu'elles soient injectées dans le réacteur par le conduit 23, ne sont traitées que partiellement 17'" dans la zone 3. C'est le cas, par exemple, de la production de matières chimiques et de poudres d'origine plasmochimique. C'est aussi le cas de l'utilisation du dispositif revendiqué pour la préparation des gaz actionnant une turbine à gaz. Il y a lieu dans ce cas d'injecter un jet de gaz oxydant supplémentaire 29 dans la partie la plus proche et la plus accessible 28, permettant d'exploiter, pour la combustion, l'excitation résiduelle des particules de gaz de support et de la surface des particules de suie. De cette manière, les gaz sortant du réacteur revendiqué seront entièrement traités et viendront effectuer leur travail, par exemple, de propulsion des ailettes d'une turbine à gaz 31, avec une efficacité maximum et un rendement optimisé. vs. The particles of material to be treated, whether they form inside the reaction zone 3 or whether they are injected into the reactor via the line 23, are only partially treated 17 '"in the zone 3. C This is the case, for example, with the production of chemicals and powders of plasmochemical origin. This is also the case with the use of the claimed device for the preparation of gases actuating a gas turbine. in this case to inject an additional oxidizing gas jet 29 into the closest and most accessible part 28, making it possible to exploit, for combustion, the residual excitation of the carrier gas particles and of the surface of the particles In this way, the gases leaving the claimed reactor will be fully treated and will perform their work, for example, of propelling the fins of a gas turbine 31, with maximum efficiency and optimized efficiency.
[96] En résumé, dans le cas de la Fig. 4 , le réacteur 2 est conçu de manière à fonctionner, notamment, à haute pression, situation pour laquelle il est pourvu d'un sas à haute pression 30 dans lequel les conduits de gaz 22, 23, 24 sont introduits par l'intermédiaire de joints 31, les communications électriques par l'intermédiaire de joints isolants hermétiques 31', les particules de matière à traiter étant injectées par le(les) conduit(s) 23 avec des vitesses telles qu'elles sont entièrement transformées en gaz dans la zone de réaction 17", ou bien, s'il s'en crée dans la zone de réaction 17', elles sont complètement transformées en gaz dans cette zone, ou bien encore, si la réaction plasmochimique n'est pas complète 17'", étant en état d'excitation suite à l'activation subie dans la zone de réaction 3 et grâce à l'injection par le conduit 28 d'un gaz actif à la sortie du réacteur 29, elles sont entièrement transformées en gaz dans le conduit de sortie du réacteur 13,14 , les gaz et produits des réactions plasmochimiques issus du réacteur 2 débouchant directement sur l'objet à actionner 32, par exemple les aubages d'une turbine à gaz 32. [96] In summary, in the case of FIG. 4, the reactor 2 is designed so as to operate, in particular, at high pressure, a situation for which it is provided with a high pressure airlock 30 into which the gas conduits 22, 23, 24 are introduced by means of joints 31, electrical communications by means of hermetic insulating joints 31 ', the particles of material to be treated being injected through the duct (s) 23 with speeds such that they are completely transformed into gas in the zone reaction 17 ", or else, if any are created in the reaction zone 17 ', they are completely transformed into gas in this zone, or else, if the plasmochemical reaction is not complete 17'", being in a state of excitation following the activation undergone in the reaction zone 3 and thanks to the injection through the line 28 of an active gas at the outlet of the reactor 29, they are entirely transformed into gas in the line of outlet of the reactor 13,14, gases and products of the plasmochemical reactions i ssus of the reactor 2 opening directly onto the object to be actuated 32, for example the blades of a gas turbine 32.
[97] L'expérience a montré que le dispositif revendiqué, dans les conditions de procédé décrites de la présente invention, notamment l'excitation plasmochimique, peuvent être exploitées à des pressions allant jusqu'à 30 bars et plus. [97] Experience has shown that the claimed device, under the process conditions described of the present invention, in particular the plasmochemical excitation, can be operated at pressures of up to 30 bars and more.
[98] La Fig. 5 illustre l'application médicale de la présente invention. Dans ce cas : [98] FIG. 5 illustrates the medical application of the present invention. In that case :
[99] L'angle a = 180° [99] The angle a = 180 °
[100] Le gaz d'apport alimentant le plasmatron est, de préférence l'argon ou l'azote. Il est possible d'utiliser de l'air. Il est introduit dans le dispositif par le conduit 25. [100] The feed gas supplying the plasmatron is preferably argon or nitrogen. It is possible to use air. It is introduced into the device through line 25.
[101] Les particules de matière à traiter, sous forme solide ou, avantageusement, liquide (par exemple poudres ou gouttelettes pulvérisées de matière organo-métallique), sont introduites avec leur gaz de support (par exemple de l'azote) par le conduit 24. Un gaz de protection hydrodynamique de la zone d'activation 3 est introduit par le conduit 23. Les vitesses des gaz introduits par les conduits 23, 24 et 25 sont choisies de telle manière que leur mélange, au sens décrit dans la monographie (voir H.Schlichting, K. Gersten, Boundary Layer Theory. Springer - Verlag Berlin, Heidleberg 2017 DOI 10- 1007/978 - 3 - 612 - 52919 5_1), se réalise en dehors ou à la limite de la zone d'activation des tissus traités (comme le montre la Fig.5. De cette manière, le domaine 2' limité par des parois gazeuses, dans ce cas, représente formellement les limites du réacteur tel que dénommé dans la présente invention. [101] The particles of material to be treated, in solid or, advantageously, liquid form (for example powders or sprayed droplets of organo-metallic material), are introduced with their carrier gas (for example nitrogen) through the pipe 24. A gas for hydrodynamic protection of the activation zone 3 is introduced through line 23. The speeds of the gases introduced through lines 23, 24 and 25 are chosen such that their mixture, within the meaning described in the monograph ( see H. Schlichting, K. Gersten, Boundary Layer Theory. Springer - Verlag Berlin, Heidleberg 2017 DOI 10- 1007/978 - 3 - 612 - 52919 5_1), is carried out outside or at the limit of the activation zone of the treated tissues (as shown in Fig. 5. From this Thus, the domain 2 'limited by gas walls, in this case, formally represents the limits of the reactor as referred to in the present invention.
[102] Le plasma dit PIT PTTM 6 turbulisé dans le domaine 3, se présentant comme un gaz froid de molécules (et radicaux) fortement excitées, entre en contact avec la surface traitée du tissu et y effectue des traitements tels que l'activation, la stérilisation, la réanimation des cellules pseudo-nécrotiques, la passivation (dépôt de couche fine solide, neutre, préservant la zone traitée du tissu de toute action venant de l'extérieur). [102] The plasma known as PIT PTTM 6 turbulized in domain 3, appearing as a cold gas of molecules (and radicals) strongly excited, comes into contact with the treated surface of the tissue and carries out treatments such as activation, sterilization, resuscitation of pseudo-necrotic cells, passivation (deposit of a thin, solid, neutral layer, preserving the treated area of the tissue from any action from the outside).
[103] Les éléments (23), (24), (25), ainsi que les câbles d'alimentation électrique (34) connectés au générateur (5), dûment isolés, sont réalisés sous forme de conduit flexible de petit diamètre. [103] The elements (23), (24), (25), as well as the power supply cables (34) connected to the generator (5), duly insulated, are made in the form of a flexible conduit of small diameter.
[104] La présente invention est utilisée, notamment, pour la transformation de la biomasse en combustible torréfié et en hydrogène, la destruction de déchets organiques, la stimulation de la combustion dans les turbines à gaz, la réalisation d'opérations d'assistance chirurgicale, telles que, par exemple, la réanimation des cellules pseudo nécrotiques, et la passivation des cicatrices. [104] The present invention is used, in particular, for the transformation of biomass into torrefied fuel and into hydrogen, the destruction of organic waste, the stimulation of combustion in gas turbines, the performance of surgical assistance operations. , such as, for example, resuscitation of pseudo-necrotic cells, and passivation of scars.
[105] Exemples d'application de la présente invention. [105] Examples of application of the present invention.
[106] Exemple 1. [106] Example 1.
[107] Réacteur PIT PTTM, pour la production de granules (pellets) torréfiées suite à la transformation de biomasse en poudres torréfiées. [107] PIT PTTM reactor, for the production of roasted granules (pellets) following the transformation of biomass into roasted powders.
[108] Produit de base : sciure de bois de sapin [108] Basic product: fir sawdust
[109] Gaz de support : azote (N2) [109] Carrier gas: nitrogen (N2)
[110] Débit de matière première : 1,2 T/h [110] Raw material throughput: 1.2 T / h
[111] Puissance du dispositif : 100 kW [111] Device power: 100 kW
[112] Durées des impulsions de courant: tl = 2.10-3 s; t2= 2.10-3 s [112] Duration of current pulses: tl = 2.10-3 s; t2 = 2.10-3 s
[113] Productivité : lT/h [113] Productivity: lT / h
[114] Angle a : 30° [114] Angle a: 30 °
[115] [115]
Paramètres du procédé de torréfaction tels que mesurés et insérés dans (5) Roasting process parameters as measured and included in (5)
L Longueur du réacteur PIT m 3,00E+00 L Length of reactor PIT m 3.00E + 00
n Densité des particules de sciure m 3 3,54E+06 n Density of sawdust particles m 3 3.54E + 06
v Vitesse des particules de sciure m/s 1,00E+01 v Speed of sawdust particles m / s 1.00E + 01
S Surface de section du jet PIT m2 7,85E-03 S Cross-sectional area of the jet PIT m 2 7.85E-03
E Energie d'activation J l,60E-20 E Activation energy J l, 60E-20
N Nombre d'impacts activants par sec s 1 3,92E+17 N Number of activating impacts per sec s 1 3.92E + 17
t = L/v Durée de vol d'une particule de sciure s 1,00E-01 t = L / v Flight time of a sawdust particle s 1.00E-01
K Facteur d'activation 3,00E+01 K Activation factor 3.00E + 01
c Capacité thermique du gaz de support J/K/m3 l,25E+03 Tp Température des canaux de plasma K 3,30E+03 c Thermal capacity of the carrier gas J / K / m 3 l, 25E + 03 Tp Plasma channel temperature K 3,30E + 03
Tg Température dans le zone de réaction K 3,00E+02 Tg Temperature in the reaction zone K 3.00E + 02
d Diamètre moyen des canaux PIT m 3,00E-03 d Average diameter of channels PIT m 3.00E-03
L Longueur moyenne des canaux m 3,00E+00 L Average length of the channels m 3.00E + 00
tl Durée d'une impulsion de courant s 2,00E-03 tl Duration of a current pulse s 2.00E-03
I Valeur moyenne du courant électrique A 1,00E+01 I Average value of the electric current A 1.00E + 01
V Tension moyenne PITV 2,00E+03 V Average voltage PITV 2.00E + 03
[116] Vérification des conditions de l'invention : [116] Verification of the conditions of the invention:
[117] Condition plasmodynamique (éq.(l) : [117] Plasmodynamic condition (eq. (L):
[118] 0,28. k. Tg .m*. P-l. Qen-l.D-0,5. v0,5.v-0,5 = 1,11. 10-2 « 1 [118] 0.28. k. Tg .m *. P-l. Qen-l.D-0.5. v0.5.v-0.5 = 1.11. 10-2 "1
[119] Condition de dissipation d'énergie (2) : [119] Energy dissipation condition (2):
[120] 0,5< t2/tl =1 < 2 [120] 0.5 <t2 / tl = 1 <2
[121] Condition électrodynamique et énergétique (éq.5) [121] Electrodynamic and energetic condition (eq. 5)
[122] n.v.S.E.N.K.t = 5,23. 103 [122] n.v.S.E.N.K.t = 5.23. 103
[123] c.(Tp - Tg).L.d2/tl = 5,06.104 [123] c. (Tp - Tg) .Ld 2 / tl = 5.06.104
[124] I.V = 104 [124] I.V = 104
[125] On a donc bien [125] We therefore have
[126] 5, 23.103« 104 «5,06.104 [126] 5, 23.103 "104" 5.06.104
[127] Les équations (1), (2) et (5) sont donc bien vérifiées. [127] Equations (1), (2) and (5) are therefore verified.
[128] Cela signifie que le procédé visé et le dispositif mis en œuvre répondent aux conditions (1), (2) et (5) telles qu'exigées pour la réalisation de la présente invention. [128] This means that the targeted method and the device implemented meet the conditions (1), (2) and (5) as required for the realization of the present invention.
[129] Exemple 2. [129] Example 2.
[130] Réacteur dit PIT PTTM (voir schéma Fig. 4), pour la stimulation de l'activation des gaz d'admission dans la chambre de combustion d'une turbine à gaz (tests en milieu préindustriel). [130] Reactor known as PIT PTTM (see diagram Fig. 4), for stimulating the activation of the intake gases in the combustion chamber of a gas turbine (tests in a pre-industrial environment).
[131] Le réacteur dit PIT PTTM se trouve, à l'entrée en amont de la chambre de combustion de la turbine. [131] The so-called PIT PTTM reactor is located at the inlet upstream of the combustion chamber of the turbine.
[132] Pression du procédé : 17 bars. [132] Process pressure: 17 bars.
[133] Produit de base : méthane introduit dans le réacteur par les conduits (23) [133] Base product: methane introduced into the reactor through the conduits (23)
[134] Vitesse du méthane : < 30m/s [134] Speed of methane: <30m / s
[135] Gaz de support (introduit par les conduits (24)) : azote (N2) [135] Support gas (introduced through pipes (24)): nitrogen (N2)
[136] Vitesse du gaz de support : < 20 m/s [136] Carrier gas velocity: <20 m / s
[137] Longueur du plasmatron PIT PTTM : 9.10-2 m [137] Length of the PIT PTTM plasmatron: 9.10-2 m
[138] Diamètre : 11.10-2 m [138] Diameter: 11.10-2 m
[139] Angle a : 180° [139] Angle a: 180 °
[140] Gaz d'alimentation du plasmatron (introduit par le conduit (25)) : azote (N2) [140] Plasmatron feed gas (introduced through line (25)): nitrogen (N2)
[141] Vitesse moyenne du gaz d'alimentation du plasmatron : < 20m/s [141] Average speed of the gas supply to the plasmatron: <20m / s
[142] Puissance du dispositif : < 10 kW [142] Device power: <10 kW
[143] Durées des impulsions de courant électrique : tl = 2.10-3 s; t2= 10-3 s [143] Duration of the electric current pulses: tl = 2.10-3 s; t2 = 10-3 s
[144] Nombre d'électrodes (Cu) par plasmatron : 2 (concentriques). [145] Durée totale des tests en fonctionnement continu : 27 heures [144] Number of electrodes (Cu) per plasmatron: 2 (concentric). [145] Total duration of tests in continuous operation: 27 hours
[146] Résultats : [146] Results:
[147] Augmentation du rendement de la turbine : ~3% [147] Increase in turbine efficiency: ~ 3%
[148] Augmentation de l'efficacité du procédé de combustion : ~10% [148] Increase in the efficiency of the combustion process: ~ 10%
[149] Diminution des émanations de NOx : 17% [149] Decrease in NOx emissions: 17%
[150] Les résultats obtenus ne sont pas optimisés, mais considérés comme suffisants pour passer à l'étape des tests industriels sur turbine de puissance 350 MW. [150] The results obtained are not optimized, but considered sufficient to proceed to the stage of industrial tests on a 350 MW power turbine.
[151] Exemple 3. [151] Example 3.
[152] Dispositif selon la Fig. 5 pour le traitement, principalement et avantageusement, la réanimation des cellules pseudo-nécrotiques qui sont le résultat d'interventions chirurgicales internes ou externes, et/ou la passivation des surfaces des tissus organiques traités chirurgicalement, c'à d. le dépôt sur les surfaces des tissus d'une fine couche (quelques couches moléculaires) flexible qui protège la surface traitée de toute action destructive de l'environnement. [152] Device according to FIG. 5 for the treatment, primarily and advantageously, the resuscitation of pseudo-necrotic cells which are the result of internal or external surgical interventions, and / or the passivation of the surfaces of organically treated surgically treated tissues, i.e. the deposition on the surfaces of tissues of a thin flexible layer (a few molecular layers) which protects the treated surface from any destructive action of the environment.
[153] Angle a : 180° [153] Angle a: 180 °
[154] Diamètre du conduit d'alimentation : 8 mm [154] Diameter of the supply duct: 8 mm
[155] Diamètre du dispositif : 12 mm [155] Device diameter: 12 mm
[156] Longueur du dispositif (utilisable en laparoscopie) : 30 0 mm [156] Device length (usable in laparoscopy): 30 0 mm
[157] Composants utilisés : [157] Components used:
[158] Conduit (25): argon ou azote; [158] Conduit (25): argon or nitrogen;
[159] Conduit (24), débouchant dans un collecteur torique : argon + hexaméthyldisilasane pulvérisé ; [159] Conduit (24), opening into a toroidal manifold: argon + pulverized hexamethyldisilasane;
[160] Conduit (23), débouchant dans un collecteur torique : argon [160] Conduit (23), opening into a toric collector: argon
[161] Valeur maximum de l'amplitude moyenne des impulsions de courant électrique ; 2 A [161] Maximum value of the average amplitude of the electric current pulses; 2 A
[162] Valeur maximum de l'amplitude moyenne des impulsions de tension du courant électrique : 10 kV. [162] Maximum value of the average amplitude of the voltage pulses of the electric current: 10 kV.
[163] Opérations effectuées en laboratoires : [163] Operations carried out in laboratories:
0 Cautérisation ; 0 Cauterization;
0 Désinfection ; 0 Disinfection;
0 Réanimation des cellules pseudo-nécrotiques (témoignages des études histologiques des surfaces traitées d'organes de souris, de lapins et de porcs) ; 0 Resuscitation of pseudo-necrotic cells (evidence from histological studies of treated surfaces of organs in mice, rabbits and pigs);
0 Passivation par dépôt de film d'oxyde de silicium (30 - 80 nm), formé à partir d'hexaméthyldisilasane pulvérisé porté par de l'argon dans la zone de réaction, sur la surface d'un rein de porc préalablement incisée et suturée (microscopie électronique sur échantillons séchés). 0 Passivation by depositing a silicon oxide film (30 - 80 nm), formed from pulverized hexamethyldisilasane carried by argon in the reaction zone, on the surface of a pig kidney previously incised and sutured (electron microscopy on dried samples).
[164] En résumé, tels que revendiqués dans la présente invention, le procédé et dispositif de traitement plasmochimique de matière fractionnée dans un réacteur utilisant un générateur de jet turbulent de plasma en impulsions du type dit PIT fonctionnant à pression égale ou supérieure à la pression atmosphérique sont tels que les paramètres principaux, les dimensions du réacteur, l'amplitude moyenne du courant et de la tension aux électrodes, le diamètre, la vitesse et la concentration des particules de matière à traiter, les durées des impulsions électriques et l'énergie d'activation des particules de matière à traiter, sont liés de telle manière que les particules de matière à traiter effectuent dans le réacteur des trajectoires sous forme de boucles avec un angle d'incidence dans le réacteur, a, variable, conditionnées par I' accès et la réaction des particules du plasma à la surface des particules de matière à traiter, la dissipation de l'énergie des impulsions de courant, le transfert d'énergie suffisante pour la réalisation de la réaction mais limitée par la condition d'absence de réchauffement du plasma. [164] In summary, as claimed in the present invention, the method and device for the plasmochemical treatment of fractionated material in a reactor using a turbulent pulsed plasma jet generator of the so-called PIT type operating at a pressure equal to or greater than the pressure. atmospheric parameters are such as the main parameters, the dimensions of the reactor, the mean amplitude of the current and the voltage at the electrodes, the diameter, the speed and the concentration of the particles of material to be treated, the durations of the electrical pulses and the activation energy of the particles of material to be treated, are linked in such a way that the particles of material to be treated carry out in the reactor trajectories in the form of loops with an angle of incidence in the reactor, a, variable, conditioned by the access and the reaction of the particles of the plasma to the surface of the particles of matter to be treated, the dissipation of the energy of the current pulses, the transfer of energy sufficient to carry out the reaction but limited by the condition of no heating of the plasma.
[165] L'invention est utilisée pour : [165] The invention is used for:
- la transformation de la biomasse en combustible torréfié et en hydrogène, - the transformation of biomass into torrefied fuel and hydrogen,
- la destruction de déchets organiques, - destruction of organic waste,
- la stimulation de la combustion dans les turbines à gaz, - stimulation of combustion in gas turbines,
- la réalisation d'opérations d'assistance chirurgicale, telles que, par exemple, la réanimation des cellules pseudo-nécrotiques, et la passivation des cicatrices. the performance of surgical assistance operations, such as, for example, the resuscitation of pseudo-necrotic cells, and the passivation of scars.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de génération d'une réaction plasmochimique, caractérisé en ce qu'il comprend un ou plusieurs plasmatrons PIT (1) contenant une ou plusieurs électrodes (4) formant des canaux de plasma de longueur L et de diamètre d, montés dans un réacteur (2) pourvu d'un (de) conduit(s) introduisant les particules de matière à traiter, entraînées par un gaz de support (9) formant un flux incliné par rapport à l'axe (18) du réacteur (2) sous un angle a, le dispositif présentant un conduit (14) d'évacuation des particules de matière à traiter après leur traitement, et un conduit d'évacuation des gaz résiduels (13) avec filtre (12), système de récupération (22) et valves (21), ledit dispositif étant réalisée de manière que le flux de particules de matière à traiter effectue dans la zone de réaction (3) une trajectoire en forme de boucle( 17) dont les dimensions sont déterminées par le choix de la longueur L du réacteur, de la surface S de la section du(des) plasmatron(s), de l'angle a. 1. Device for generating a plasmochemical reaction, characterized in that it comprises one or more PIT plasmatrons (1) containing one or more electrodes (4) forming plasma channels of length L and diameter d, mounted in a reactor (2) provided with a duct (s) introducing the particles of material to be treated, entrained by a support gas (9) forming a flow inclined with respect to the axis (18) of the reactor (2) at an angle a, the device having a pipe (14) for discharging the particles of material to be treated after their treatment, and a pipe for discharging the residual gases (13) with filter (12), recovery system (22) and valves (21), said device being designed so that the flow of particles of material to be treated carries out in the reaction zone (3) a path in the form of a loop (17) whose dimensions are determined by the choice of the length L of the reactor, of the surface S of the section of the plasmatron (s), of the angle a.
2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il contient des appareils de déplacement (10) déterminant le débit des particules de matière à traiter, des capteurs et moyens de mesure et de variation contrôlable de l'angle a (19'), des vitesses v du flux chargé de particules de matière à traiter(20), de la vitesse du flux de plasma ( ) (choisie ~ v) du courant I (5') parcourant les électrodes et de la tension (5") aux électrodes V, de manière à optimiser le régime de fonctionnement du dispositif, produisant un procédé de traitement plasmochimique de matière fractionnée. 2. Device according to the preceding claim, characterized in that it contains displacement devices (10) determining the flow rate of the particles of material to be treated, sensors and means for measuring and controllable variation of the angle a (19 ' ), speeds v of the flow charged with particles of material to be treated (20), the speed of the plasma flow () (chosen ~ v) of the current I (5 ') flowing through the electrodes and of the voltage (5 ") to the V electrodes, so as to optimize the operating regime of the device, producing a process for the plasma-chemical treatment of fractionated material.
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que des protections mécaniques (par exemple déflecteur (28)) et des protections hydrodynamiques sous forme de conduits supplémentaires de gaz (23) et (24) sont prévues pour protéger les éléments du dispositif de toute action destructive venant des gaz et particules de matière à traiter, introduits dans le réacteur (3), les gaz les plus habituels étant, par exemple, N2 en tant que gaz de support (9); Ar, He, en tant que gaz d'alimentation du plasmatron (1); N2, en tant que gaz neutre introduit par le conduit (24) et portant, notamment les particules de matière à traiter, telles que, par exemple des gouttelettes pulvérisées d'hydrocarbures; Air, 02, H2, vapeurs haloïdes, gaz chargés de vapeurs d'éléments organiques, en tant que gaz actifs, portant aussi, notamment les particules de matière à traiter, le tout introduit par le/les conduit(s) (23), les dimensions des conduits et les débits correspondants étant conçus et organisés de telle manière que les différents composants introduits se mélangent dans la zone de réaction par l'intermédiaire de couches limites (27), la zone de réaction (3), les trajectoires des particules de matière à traiter (17) et les parties actives du plasma dit PIT PTTM, notamment les canaux de plasma (6) se trouvant en dehors des zones initiales des flux. 3. Device according to any one of claims 1 or 2, characterized in that mechanical protections (for example deflector (28)) and hydrodynamic protections in the form of additional gas conduits (23) and (24) are provided for protecting the elements of the device from any destructive action coming from the gases and particles of material to be treated, introduced into the reactor (3), the most usual gases being, for example, N2 as support gas (9); Ar, He, as a feed gas to the plasmatron (1); N2, as a neutral gas introduced through the conduit (24) and carrying, in particular the particles of material to be treated, such as, for example, atomized droplets of hydrocarbons; Air, 02, H2, haloid vapors, gases laden with vapors of organic elements, as active gases, also carrying, in particular the particles of material to be treated, the whole introduced by the pipe (s) (23), the dimensions of the ducts and the corresponding flow rates being designed and organized in such a way that the different components introduced mix in the reaction zone via boundary layers (27), the reaction zone (3), the trajectories of the particles of material to be treated (17) and the active parts of the plasma called PIT PTTM, in particular the plasma channels (6) located outside the initial zones of the flows.
4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le réacteur (2) est conçu de manière à fonctionner, notamment, à haute pression, situation pour laquelle il est pourvu d'un sas à haute pression (30) dans lequel les conduits de gaz (22), (23) (24) sont introduits par l'intermédiaire de joints (31), les communications électriques par l'intermédiaire de joints isolants hermétiques (3 ), les particules de matière à traiter étant injectées par le(les) conduit(s) (23) avec des vitesses telles qu'elles sont entièrement transformées en gaz dans la zone de réaction (17"), ou bien, s'il s'en crée dans la zone de réaction (17') elles sont complètement transformées en gaz, ou bien encore, si la réaction plasmochimique n'est pas complète (17'"), étant en état d'excitation suite à l'activation subie dans la zone, de réaction(3) et grâce à l'injection par le conduit (28) d'un gaz actif à la sortie du réacteur (29), elles sont entièrement transformées en gaz dans le conduit de sortie du réacteur (13,14) , les gaz et produits des réactions plasmochimiques issus du réacteur 2 débouchant directement sur l'objet à actionner (32), par exemple les aubages d'une turbine à gaz (32). 4. Device according to claim 2 or 3, wherein the reactor (2) is designed to operate, in particular, at high pressure, a situation for which it is provided with a high pressure airlock (30) in which the conduits gas (22), (23) (24) are introduced through seals (31), electrical communications through hermetic insulating seals (3), the particles of material to be treated being injected through the conduit (s) (23) with high speeds as they are entirely transformed into gas in the reaction zone (17 "), or else, if any occurs in the reaction zone (17 '), they are completely transformed into gas, or alternatively, if the plasmochemical reaction is not complete (17 '"), being in a state of excitation following the activation undergone in the reaction zone (3) and thanks to the injection through the duct (28) of a active gas at the outlet of the reactor (29), they are entirely transformed into gas in the outlet duct of the reactor (13,14), the gases and products of the plasmochemical reactions coming from the reactor 2 opening directly onto the object to be actuated ( 32), for example the blades of a gas turbine (32).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est conçu pour le traitement de flux de particules de matière à traiter dans le cadre de la torréfaction plasmochimique de la biomasse, de la génération plasmochimique d'hydrogène, de la destruction des déchets organiques, de la stimulation et l'optimisation du rendement et de l'efficacité des procédés de combustion dans les turbines à gaz, de la réalisation de traitements médicaux uniques comme, par exemple, la réanimation des cellules pseudo-nécrotiques et la passivation lors d'opérations chirurgicales. 5. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it is designed for the treatment of flow of particles of material to be treated as part of the plasma-chemical roasting of biomass, of the plasma-chemical generation of hydrogen, destruction of organic waste, stimulation and optimization of the efficiency and efficiency of combustion processes in gas turbines, carrying out unique medical treatments such as, for example, the resuscitation of pseudo-necrotic cells and passivation during surgical operations.
6. Procédé de traitement plasmochimique de matière fractionnée réalisé par l'action d'un réacteur plasmochimique utilisant un générateur de plasma en impulsions du type dit PIT-PTTM, caractérisé par : une étape de renforcement du caractère turbulent du plasma dit PIT et une étape d'application de la puissance moyenne de génération du flux de plasma PIT, égale au produit de l'amplitude moyenne de la tension appliquée aux électrodes, V, par l'intensité moyenne du courant, I, dans une impulsion, est soumise aux conditions plasmochimique, dissipative, électrodynamique et énergétique suivantes : 6. Process for the plasmochemical treatment of fractionated material carried out by the action of a plasmochemical reactor using a pulsed plasma generator of the type called PIT-PTTM, characterized by: a step of reinforcing the turbulent nature of the plasma called PIT and a step application of the average generating power of the plasma flux PIT, equal to the product of the average amplitude of the voltage applied to the electrodes, V, by the average intensity of the current, I, in a pulse, is subjected to the conditions following plasmochemical, dissipative, electrodynamic and energetic:
0,28. k. Tg m*. P-l. Qen-l.D-0,5. v0,5.v-0,5 » 1 0.28. k. Tg m *. P-l. Qen-l.D-0.5. v0.5.v-0.5 ”1
0,5 < (t2/tl) <2 0.5 <(t2 / tl) <2
n.v.S.E.N.K.t « V.l « c .(Tp - Tg) . L . d2/tl nvSENKt "Vl" c. (Tp - Tg). L. d 2 / tl
or
k est la constante de Boltzmann ; k is Boltzmann's constant;
Tg est la température du gaz de support environnant le canal de la décharge PIT (K) ; m* est le rapport mn/me ; Tg is the temperature of the support gas surrounding the channel of the PIT discharge (K); m * is the mn / me ratio;
mn est la masse des particules neutres ; mn is the mass of neutral particles;
me est la masse des électrons ; me is the mass of electrons;
P est la pression ; P is the pressure;
Qen est la section efficace moyenne de diffusion des électrons du plasma parmi les particules du gaz de la zone de réaction; Qen is the mean scattering cross section of the plasma electrons among the gas particles of the reaction zone;
D est le diamètre caractéristique moyen des particules de matière à traiter ; D is the mean characteristic diameter of the particles of material to be treated;
v est la vitesse des particules de matière à traiter ; v is the speed of the particles of material to be treated;
v est la viscosité cinématique du milieu dans lequel se déplacent les particules de matière à traiter ; v is the kinematic viscosity of the medium in which the particles of material to be treated move;
tl est la durée d'une impulsion électrique ; t2 est le laps de temps entre les impulsions électriques ; tl is the duration of an electrical pulse; t2 is the time lapse between electrical pulses;
n est la concentration des particules de matière traitée (m 3) ; n is the concentration of particles of material treated (m 3 );
v est la vitesse moyenne de passage des particules de matière traitée à travers le réacteur PIT(m/s) ; v is the average speed of passage of the particles of material treated through the PIT reactor (m / s);
S est la surface du jet de plasma PIT à l'intérieur de réacteur (m2) ; S is the area of the plasma jet PIT inside the reactor (m 2 );
E est l'énergie d'activation transférée aux particules de matière traitée par les particules (molécules, les radicaux libres, les atomes) excitées dans le jet de plasma PIT ou par les électrons du jet de plasma PIT et qui atteignent la surface de la particule de matière traitée (J) ; E is the activation energy transferred to the particles of matter treated by the particles (molecules, free radicals, atoms) excited in the plasma jet PIT or by the electrons from the plasma jet PIT and which reach the surface of the particle of processed material (J);
N est le nombre d'impacts d'activation par seconde sur une particule de matière traitée (s-1) ; N is the number of activation impacts per second on a particle of material treated (s -1 );
K est le facteur d'activation (d'après l'expérience, 10 <K < 50 suivant la géométrie du réacteur) ; K is the activation factor (according to experience, 10 <K <50 depending on the geometry of the reactor);
t est le temps de vol (~ L/v) d'une particule de matière traitée à travers le réacteur (s) t is the time of flight (~ L / v) of a particle of material processed through the reactor (s)
L est la longueur caractéristique du réacteur (m) ; L is the characteristic length of the reactor (m);
C est la chaleur spécifique du gaz porteur de particules de matière traitée, traversant le réacteur dit PIT (J/K/m3) ; C is the specific heat of the gas carrying particles of treated material passing through the so-called PIT reactor (J / K / m 3 );
Tp est la température caractéristique des particules lourdes (molécules, radicaux, atomes) du plasma dit PIT (K) ; Tp is the characteristic temperature of the heavy particles (molecules, radicals, atoms) of the plasma known as PIT (K);
Tg est la température caractéristique du gaz entourant les canaux de plasma PIT (K), dans la zone de réaction ; Tg is the characteristic temperature of the gas surrounding the plasma channels PIT (K), in the reaction zone;
d est le diamètre moyen des canaux de plasma (m) ; d is the mean diameter of the plasma channels (m);
L est la longueur caractéristique des canaux de plasma. L is the characteristic length of the plasma channels.
7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les impulsions de courant électrique sont modulées dans le temps suivant le caractère du milieu entourant le(s) plasmatron(s), principalement, la géométrie du (des) plasmatron(s), en particulier des électrodes, le débit des gaz d'alimentation du (des) plasmatron(s), le caractère turbulent des gaz d'alimentation du (des) plasmatron(s) et de sa (leur) périphérie et de leur organisation dans le (les) plasmatron(s) et à sa (leur) sortie. 7. Method according to the preceding claim, characterized in that the electric current pulses are modulated in time depending on the nature of the medium surrounding the (s) plasmatron (s), mainly, the geometry of the (s) plasmatron (s), in particular of the electrodes, the flow rate of the feed gases of the plasmatron (s), the turbulent nature of the feed gases of the plasmatron (s) and its (their) periphery and their organization in the (the) plasmatron (s) and its (their) release.
8. Procédé, selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, suivant les exigences des réactions plasmochimiques visées, le flux de plasma est rendu plus ou moins turbulent avec une échelle de turbulence contrôlée et prédéterminée par la vitesse voulue des réactions, mesurée, par exemple, par le débit des particules de matière traitée sortant du réacteur en créant des zones de gaz coaxiales de vitesses et de compositions variées autour du jet de plasma de manière à contrôler le caractère laminaire/turbulent du plasma et de gérer les flux de gaz qui pourraient perturber le procédé ou, contrairement, à imposer un régime d'écoulement nécessaire au procédé visé. 8. Method according to the preceding claim, characterized in that, depending on the requirements of the targeted plasmochemical reactions, the plasma flow is made more or less turbulent with a controlled and predetermined scale of turbulence by the desired speed of the reactions, measured, by for example, by the flow of the particles of treated material leaving the reactor by creating coaxial gas zones of varying speeds and compositions around the plasma jet so as to control the laminar / turbulent nature of the plasma and to manage the gas flows which could disrupt the process or, on the contrary, impose a flow regime necessary for the intended process.
9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'intensité des réactions plasmochimiques visées est contrôlée par la variation de l'angle a d'incidence du flux de particules à traiter dans le réacteur, leur débit et les paramètres des impulsions de courant électrique. 9. Method according to the preceding claim, characterized in that the intensity of the targeted plasmochemical reactions is controlled by the variation of the angle a incidence of the flow of particles to be treated in the reactor, their flow rate and the parameters of the electric current pulses.
10. Procédé, selon la revendication précédente, caractérisé en ce que , dans le cas où, le long de parcours de particules solides à travers le réacteur, de génération des particules solides, d'organisation des flux coaxiaux de gaz de protection et de contrôle de l'état de ces particules dont la variation des débits permet la gestion du comportement de ces particules (par exemple, leur dépôt non voulu) d'une part, et, d'autre part d'en assurer le traitement total (leur disparition suite à une réaction de combustion ou d'attaque chimique) ou partiel. 10. Method according to the preceding claim, characterized in that, in the case where, along the path of solid particles through the reactor, generation of solid particles, organization of the coaxial flows of protection and control gas the state of these particles, the flow rate variation of which allows the management of the behavior of these particles (for example, their unwanted deposition) on the one hand, and, on the other hand, to ensure their total treatment (their disappearance following a reaction of combustion or chemical attack) or partial.
PCT/IB2020/000105 2019-03-21 2020-03-20 Device and method for the plasma treatment of fragmented material at intermediate temperatures WO2020188344A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20719712.0A EP3981226A1 (en) 2019-03-21 2020-03-20 Device and method for the plasma treatment of fragmented material at intermediate temperatures

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR19/02960 2019-03-21
FR1902960 2019-03-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020188344A1 true WO2020188344A1 (en) 2020-09-24

Family

ID=72520530

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2020/000105 WO2020188344A1 (en) 2019-03-21 2020-03-20 Device and method for the plasma treatment of fragmented material at intermediate temperatures

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3981226A1 (en)
WO (1) WO2020188344A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022248981A1 (en) 2021-05-23 2022-12-01 Abenz 81-40 Method for treating gases and gas mixtures, by intermediate temperature plasma referred to as pit pttm, device and use

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080036036A (en) * 2005-06-14 2008-04-24 유리 미하일로비치 고로보이 Installation for synthesis of the titanium dioxide and the plasma chemical reactor
WO2011119274A1 (en) * 2010-03-25 2011-09-29 Drexel University Gliding arc plasmatron reactor with reverse vortex flow for the conversion of hydrocarbon fuel into synthesis gas
WO2011138525A1 (en) 2010-05-05 2011-11-10 Pek 38-40 Method and device for generating a non-isothermal plasma jet
WO2014076381A1 (en) 2012-11-19 2014-05-22 Abenz 81-40 Method and device for treating two-phase fragmented or pulverized material by non-isothermal reactive plasma flux

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080036036A (en) * 2005-06-14 2008-04-24 유리 미하일로비치 고로보이 Installation for synthesis of the titanium dioxide and the plasma chemical reactor
WO2011119274A1 (en) * 2010-03-25 2011-09-29 Drexel University Gliding arc plasmatron reactor with reverse vortex flow for the conversion of hydrocarbon fuel into synthesis gas
WO2011138525A1 (en) 2010-05-05 2011-11-10 Pek 38-40 Method and device for generating a non-isothermal plasma jet
WO2014076381A1 (en) 2012-11-19 2014-05-22 Abenz 81-40 Method and device for treating two-phase fragmented or pulverized material by non-isothermal reactive plasma flux

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
APPLICATIONS INDUSTRIELLES DES PLASMAS ATMOSPHÉRIQUES
H.SCHLICHTINGK. GERSTEN: "Boundary Layer Theory.", 2017, SPRINGER
J. AUBRETONC.BONNEFOIJ.M.MAXMAIN, REVUE DE PHYSIQUE APPLIQUÉE, vol. 21, no. 6, 1986, pages 365 - 376
P.P.KULIK: "Dynamical Plasma operating (DPO) of Solid Surfaces. Plasma jets in the Development of New Materials Technology", PROC. OF THE INTERNATIONAL WORKSHOP, 3 September 1990 (1990-09-03), pages 639 - 653
SMIRNOV B.MHOWARD REISS: "Plasma Ignition and Combustion Stabilizing System", 2008, YANTAÏ LONGYUAN POWER TECHNOLOGY CO., LTD.
TECHNOLOGIE DES PLASMAS ATMOSPHÉRIQUES EN INDUSTRIE, 1980

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022248981A1 (en) 2021-05-23 2022-12-01 Abenz 81-40 Method for treating gases and gas mixtures, by intermediate temperature plasma referred to as pit pttm, device and use

Also Published As

Publication number Publication date
EP3981226A1 (en) 2022-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014076381A1 (en) Method and device for treating two-phase fragmented or pulverized material by non-isothermal reactive plasma flux
CA2698442C (en) Method and device for the treatment of a syngas
EP2427532B1 (en) Method for the energy densification of a material in the form of divided solids, with a view to obtaining pyrolysis oils for energy purposes
CH629886A5 (en) METHOD FOR COMBUSTING A CARBON FUEL.
FR2751565A1 (en) PROCESS AND PLANT FOR TREATING PERFLUORIC GASES AND HYDROFLUOROCARBONES FOR THEIR DESTRUCTION
EP2697315B1 (en) Method for obtaining carbon black from rubber waste and device thereof
EP0012091A1 (en) Method and installation for treating industrial waste
WO2020188344A1 (en) Device and method for the plasma treatment of fragmented material at intermediate temperatures
EP2567599B1 (en) Method and device for generating a non-isothermal plasma jet
FR2494814A1 (en) METHOD FOR CLEANING THE SURFACES OF AN INSTALLATION, SECURED BY DEPOSITS RESULTING FROM THE COMBUSTION OF CARBON MATERIALS
FR2481049A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING RADIATION
EP1413826A1 (en) Process and apparatus for the micro-wave treatment of solid residues from the thermal degradation of a charge containing organic matter
RU2779737C1 (en) Device and method for processing fractionated material with medium-temperature plasma
EP1277825B1 (en) Process and installation for the production of combustible gas from gas derived from the thermal conversion of a solid charge
EP3173459A1 (en) Quick-pyrolysis reactor of organic particles of biomass with counter-current injection of hot gases
WO2022248981A1 (en) Method for treating gases and gas mixtures, by intermediate temperature plasma referred to as pit pttm, device and use
FR2947907A1 (en) SYSTEM AND METHOD FOR TESTING POWDER DEVICES
BE1028683B1 (en) PLASMA GAS REACTOR
EP4153348A1 (en) Method and system for transforming a gas mixture using pulsed plasma
WO2008125460A1 (en) Improved charcoal manufacturing processes and devices
EP3456404A1 (en) Method and facility for denoxifying gas
FR2937329A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING THE TEMPERATURE OF COMBUSTION FUMEES OF A THERMOLYSIS PROCESS
FR3015513A1 (en) METHOD OF TORREFACTING A CARBONACEOUS LOAD COMPRISING AN OPTIMIZED DRYING STEP
FR2888130A1 (en) Gas conversion by chemical bond cleavage in an electric and-or magnetic field, e.g. for treatment of fluorinated effluents from semiconductor production, involves injecting gas into the field in a non-rectilinear manner

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20719712

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020719712

Country of ref document: EP

Effective date: 20211021