BE1022706B1 - Respectively exothermic and endothermic reactor of physi- or chemisorption between a gas and a granular solid - Google Patents

Respectively exothermic and endothermic reactor of physi- or chemisorption between a gas and a granular solid Download PDF

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Abstract

La présente invention se rapporte à un réacteur de physi- ou chimisorption entre un gaz chargé en adsorbat sous forme de vapeur et un solide granuleux, comprenant un récipient réactionnel (14) destiné à contenir un lit de grains agité par des vibrations commandées et au travers duquel passe un flux de gaz, pourvu de: - moyens vibratoires (3) pour conférer aux grains à la fois une agitation verticale et un mouvement centrifuge permettant de les faire circuler du centre d’au moins un desdits tamis (1) vers la périphérie de celui-ci et - moyens (2, 20) permettant, grâce aux mouvements vibratoires précités et/ou au flux ascendant de gaz, de relever les grains arrivés en périphérie dudit tamis (1) à un niveau supérieur au niveau dudit tamis (1) d’où ils retombent par gravité au centre dudit tamis (1).The present invention relates to a reactor for physi- or chemisorption between a gas loaded with adsorbate in vapor form and a granular solid, comprising a reaction vessel (14) intended to contain a bed of grains stirred by controlled vibrations and through from which passes a gas flow, provided with: - vibratory means (3) to give the grains both vertical agitation and centrifugal movement allowing them to circulate from the center of at least one of said sieves (1) towards the periphery thereof and - means (2, 20) allowing, thanks to the aforementioned vibratory movements and / or the upward flow of gas, to raise the grains arriving at the periphery of said sieve (1) to a level higher than the level of said sieve (1 ) from where they fall by gravity to the center of said sieve (1).

Description

REACTEUR RESPECTIVEMENT EXOTHERMIQUE ET ENDOTHERMIQUE DE PHYSI- OU CHIMISORPTION ENTRE UN GAZ ET UN SOLIDERESPOTENTLY EXOTHERMIC AND ENDOTHERMIC REACTOR OF PHYSI- OR CHEMISORPTION BETWEEN GAS AND SOLID

GRANULEUXGRANULAR

Objet de l'invention [0001] La présente invention se rapporte au domaine du stockage d’énergie thermochimique sur le long terme, en particulier dans le cas d’applications thermiques solaires.OBJECT OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to the field of thermochemical energy storage in the long term, in particular in the case of solar thermal applications.

Arrière-plan technologique et état de la technique [0002] Aujourd’hui le stockage d’une énergie produite de manière essentiellement saisonnière, comme l’énergie solaire, fait l’objet de beaucoup d’intérêt et c’est particulièrement le cas pour l’utilisation de la chaleur de réaction absorbée et restituée dans des réactions chimique simples à basse température telles que l’hydratation/la déshydratation de sels inorganiques tels que le silicagel ou les zéolithes.BACKGROUND AND STATE OF THE ART [0002] Today, the storage of an energy produced essentially seasonally, such as solar energy, is of great interest and this is particularly the case for the use of the heat of reaction absorbed and restored in simple low temperature chemical reactions such as the hydration / dehydration of inorganic salts such as silica gel or zeolites.

[0003] Ainsi, dans le cas d’un gaz, de l’air par exemple, contenant un adsorbat tel que de la vapeur d’eau, entourant un volume de grains d’un solide granuleux, il est connu que cet adsorbat va être transféré par pression différentielle au niveau de la surface réactionnelle des grains où l’adsorbat est adsorbé sur cette surface réactionnelle, soit par réaction physique (pas de modification de l’adsorbat et de la surface), soit par réaction chimique (nouvelles liaisons chimiques entre adsorbat et surface).Thus, in the case of a gas, air for example, containing an adsorbate such as water vapor, surrounding a volume of grains of a granular solid, it is known that this adsorbate will be transferred by differential pressure to the reaction surface of the grains where the adsorbate is adsorbed on this reaction surface, either by physical reaction (no modification of the adsorbate and the surface) or by chemical reaction (new chemical bonds between adsorbate and surface).

[0004] Dans le contexte des applications thermiques solaires, lors des périodes de forte efficacité d’ensoleillement, c’est-à-dire principalement en été, l’énergie solaire produite de manière excédentaire par rapport aux besoins en chauffage ou en eau chaude est utilisée pour la régénération endothermique par déshydratation du matériau de stockage d’énergie grâce au soufflage d’un air sec et chaud au travers du matériau. Par contre, lors des périodes de faible efficacité d’ensoleillement (principalement en hiver), la mise en contact du matériau de stockage avec de l’air humide permet de libérer de la chaleur stockée dans le matériau par hydratation exothermique. La chaleur libérée par cette adsorption est transférée par conduction, convection et/ou rayonnement au gaz qui a apporté la vapeur d’eau et qui sert aussi de transfert caloporteur.In the context of solar thermal applications, during periods of high sunlight efficiency, that is to say, mainly in summer, the solar energy produced excessively in relation to the heating or hot water requirements. is used for endothermic dehydration regeneration of the energy storage material by blowing hot dry air through the material. In contrast, during periods of low sunlight efficiency (mainly in winter), contacting the storage material with moist air releases heat stored in the material by exothermic hydration. The heat released by this adsorption is transferred by conduction, convection and / or radiation to the gas which has supplied the water vapor and which also serves as heat transfer.

[0005] Généralement, le stockage thermochimique utilisant des réactions solide-gaz est réalisé au sein d’un réacteur qui met en présence le solide et le gaz. Le solide, s’il est granuleux, est traversé par le gaz, par exemple de l’air porteur d’un taux d’humidité associé à la présence de vapeur d’eau. La réaction se fait par transfert des molécules de vapeur d’eau vers la surface réactionnelle du solide, principalement à l’intérieur de grains poreux à grande surface spécifique, dans le sens d’une adsorption de vapeur d’eau qui dégage de la chaleur (réaction exothermique) vers l’air environnant ou dans le sens de la désorption lorsqu’on apporte de la chaleur avec l’air (réaction endothermique).Generally, the thermochemical storage using solid-gas reactions is carried out in a reactor that brings together the solid and the gas. The solid, if granular, is traversed by the gas, for example air carrying a moisture content associated with the presence of water vapor. The reaction is carried out by transfer of the water vapor molecules to the reaction surface of the solid, mainly inside porous grains with a high specific surface area, in the sense of an adsorption of water vapor which gives off heat. (exothermic reaction) to the surrounding air or in the sense of desorption when bringing heat with air (endothermic reaction).

[0006] Le rendement du transfert d’énergie précité (adsorbé ou libéré) dépend : - de la conduction du matériau en grains ; - de l’échange de chaleur entre les grains et l’air entourant ceux-ci ; - du rendement de l’échangeur de chaleur qui soit stocke de l’énergie (été), soit restitue de l’énergie (hiver) ; - du transfert de molécules de vapeur d’eau vers les sites d’adsorption ; - de la cinétique intrinsèque du phénomène d’adsorption.The yield of the abovementioned energy transfer (adsorbed or released) depends on: the conduction of the granular material; - the exchange of heat between the grains and the air surrounding them; - the efficiency of the heat exchanger which stores energy (summer), or restores energy (winter); transfer of water vapor molecules to the adsorption sites; the intrinsic kinetics of the adsorption phenomenon.

[0007] La mise en œuvre de ce processus a été réalisée notamment de la manière décrite dans les trois références récentes ci-après.The implementation of this process has been carried out in particular in the manner described in the three recent references below.

[0008] Dans Benoît Michel et al., Experimental investigation of an innovative thermochemical process operating with a hydrate sait and moist air for thermal storage of solar energy: global performance, Applied Energy 129 (2014) 177-186, on présente un nouveau système thermochimique ouvert destine à un stockage de haute densité et de long terme saisonnier. Il met en œuvre une paire réactive sel (hydraté)/eau et fonctionne avec de l’air humide. Des puissances spécifiques d’hydratation allant de 0,75 à 2 W/kg ont été atteintes pour une densité d’énergie du lit de sel de 388 kWh/m3 Deux paramètres importants pour le contrôle du système de stockage ont été identifiés et investigués : la chute d’équilibre (ou différence entre les conditions d‘entrée d’air humide et l’équilibre thermodynamique de la réaction) et le débit de masse de l’air humide. Ces deux paramètres ont une influence importante sur la cinétique de réaction et par conséquent sur la puissance thermique du réacteur.In Benoît Michel et al., Experimental investigation of an innovative thermochemical process operating with a hydrate and moist air for thermal storage of solar energy: global performance, Applied Energy 129 (2014) 177-186, a new system is presented. Open thermochemical intended for high density and long term seasonal storage. It implements a reactive salt (hydrated) / water pair and works with moist air. Specific hydration powers ranging from 0.75 to 2 W / kg were achieved for a salt bed energy density of 388 kWh / m3. Two important parameters for the control of the storage system were identified and investigated: the equilibrium drop (or the difference between the moist air inlet conditions and the thermodynamic equilibrium of the reaction) and the mass flow rate of the humid air. These two parameters have an important influence on the kinetics of reaction and consequently on the thermal power of the reactor.

[0009] Dans H. Kerskes et al., Developmentofa Thermo-ChemicalEnergy Storage for Solar Thermal Applications, ISES, Solar World Congress, August 28th- September 2nd, 2011, on présente des développements récents dans le domaine du stockage d’énergie thermique à basse température et en particulier les principaux composants d’un système de chauffage solaire avec stockage d’énergie saisonnier. La chambre réactionnelle est constituée d’un récipient parallélépipédique de faible profondeur, alimenté dans sa partie supérieure par un flux de masse hydraté (mode chauffage) ou sec (mode régénération) et qui sort de la sa partie inférieure respectivement sous forme sèche et hydratée. Le flux de matière vertical est entraîné par gravité au travers du réacteur (cross flow reactor). Le flux d’air, respectivement sec et humide, traverse le réacteur latéralement. En mode exothermique, la chaleur libérée dans l’air traversant la chambre est récupérée dans un échangeur air/eau. Une difficulté rencontrée dans ce genre de réacteur où le solide granulaire est mobile, est l’existence potentielle de « zones mortes », dues au fait que le matériau circule dans le réacteur avec des vitesses différentes. A l’extrême, le matériau ne circule plus à ces endroits-là et devient inactif, ce qui réduit l’efficacité du réacteur tant en mode régénération qu’en mode chauffage. Une solution proposée est d’installer des guides dans le réacteur qui permettent d’obtenir un écoulement plus homogène du matériau.[0009] In H. Kerskes et al., Developmentofa Thermo-Chemical Energy Storage for Solar Thermal Applications, ISES, Solar World Congress, August 28th-September 2nd, 2011, recent developments in the field of thermal energy storage at low temperature and in particular the main components of a solar heating system with seasonal energy storage. The reaction chamber consists of a shallow parallelepiped container, fed in its upper part by a hydrated mass flux (heating mode) or dry (regeneration mode) and coming out of its lower part respectively in dry form and hydrated. The flow of vertical material is driven by gravity through the reactor (cross flow reactor). The flow of air, respectively wet and dry, crosses the reactor laterally. In exothermic mode, the heat released in the air passing through the chamber is recovered in an air / water heat exchanger. A difficulty encountered in this type of reactor where the granular solid is mobile, is the potential existence of "dead zones", due to the fact that the material circulates in the reactor with different speeds. At the extreme, the material no longer circulates in these places and becomes inactive, which reduces the efficiency of the reactor both in regeneration mode and in heating mode. One solution proposed is to install guides in the reactor which make it possible to obtain a more homogeneous flow of the material.

[0010] Dans la demande de brevet FR 2 976 192 A, intitulée « Réacteur solide / gaz caloporteur et réactif comprenant un conduit hélicoïdal dans lequel le solide et le gaz circulent à contre-courant », on décrit aussi une réalisation spécifique pour obtenir un échange solide-gaz. Dans ce document, l’échange entre le gaz et le solide ne se fait pas par passage de l’air à travers un lit solide statique mais en superposition croisée entre le solide descendant et le gaz ascendant dans le conduit hélicoïdal. Dans ce cas-ci également, le matériau granulaire n’est pas stationnaire dans le réacteur.In the patent application FR 2 976 192 A, entitled "solid reactor / heat transfer gas and reagent comprising a helical conduit in which the solid and the gas circulate against the current", a specific embodiment is also described to obtain a solid-gas exchange. In this document, the exchange between the gas and the solid is not done by passage of air through a static solid bed but in cross-over between the descending solid and the ascending gas in the helical conduit. In this case too, the granular material is not stationary in the reactor.

Buts de l'invention [0011] La présente invention vise à fournir un réacteur de physi- ou chimisorption à matériau granulaire, qui soit compact et dans lequel l’échange d’énergie entre les grains et le flux d’air est optimisé ou amélioré par rapport à l’état de la technique.OBJECTS OF THE INVENTION [0011] The present invention aims to provide a physic or chemisorption reactor of granular material, which is compact and in which the exchange of energy between the grains and the air flow is optimized or improved. compared to the state of the art.

[0012] L’invention a encore pour but d’améliorer le transport de vapeur d’eau vers toute la surface réactionnelle des grains.The invention also aims to improve the transport of water vapor to the entire reaction surface of the grains.

[0013] En particulier, l’invention vise à augmenter la puissance thermique du réacteur tant en mode chauffage qu’en mode régénération.In particular, the invention aims to increase the thermal power of the reactor in both heating mode and regeneration mode.

Principaux éléments caractéristiques de l'invention [0014] La présente invention se rapporte à un réacteur de physi- ou chimisorption entre un gaz chargé en adsorbat sous forme de vapeur et un solide granuleux, comprenant un récipient réactionnel destiné à contenir un lit de grains agité par des vibrations commandées et au travers duquel passe un flux de gaz, comprenant : - un système de circulation de gaz produisant un flux de gaz chargé en adsorbat sous forme de vapeur traversant le réacteur de bas en haut ; - un réservoir d’entrée en position supérieure pour l’alimentation en flux de grains ; - une pluralité de tamis plans circulaires disposés de manière étagée pour recevoir un flux de grains entrant et/ou descendant par gravité ; - un réservoir de sortie en position inférieure pour récolter un flux de grains sortant ; - des moyens de contrôle et d’adaptation de la température et de la teneur en adsorbat des grains ; - des moyens pour l’acheminement gravitaire des grains d’un étage à l’autre et/ou vers le réservoir de sortie, caractérisé en ce que le réacteur comprend en outre : - des moyens vibratoires pour conférer aux grains à la fois une agitation verticale et un mouvement centrifuge permettant de les faire circuler du centre d’au moins un desdits tamis vers la périphérie de celui-ci et - des moyens permettant, grâce aux mouvements vibratoires précités et/ou au flux ascendant de gaz, de relever les grains arrivés en périphérie dudit tamis à un niveau supérieur au niveau dudit tamis d’où ils retombent par gravité au centre dudit tamis.Main Features of the Invention [0014] The present invention relates to a physical or chemisorption reactor between a vapor adsorbate-loaded gas and a granular solid comprising a reaction vessel for containing a stirred grain bed. by controlled vibration and through which a gas flow passes, comprising: - a gas circulation system producing a gas stream loaded with adsorbate in the form of vapor passing through the reactor from bottom to top; - an inlet tank in the upper position for feeding grain flow; a plurality of circular planar screens arranged in a stepped manner to receive a flow of grains entering and / or descending by gravity; an outlet reservoir in the lower position for harvesting an outgoing grain flow; means for controlling and adapting the temperature and the adsorbate content of the grains; - Means for the gravity conveyance of grains from one stage to another and / or to the outlet tank, characterized in that the reactor further comprises: - vibratory means for imparting to the grains both a stirring vertical and a centrifugal movement to circulate them from the center of at least one of said sieve to the periphery thereof and - means allowing, thanks to the aforementioned vibratory movements and / or the upward flow of gas, to raise the grains arrived at the periphery of said sieve at a level higher than said sieve where they fall by gravity in the center of said sieve.

[0015] Selon des formes d’exécution préférées, le réacteur de l’invention comporte en outre au moins une des caractéristiques suivantes, ou une combinaison adéquate de celles-ci : - les moyens permettant, grâce aux mouvements vibratoires précités et au flux ascendant de gaz, de relever les grains arrivés en périphérie dudit tamis à un niveau supérieur d’où ils retombent par gravité au centre dudit tamis comprennent respectivement une rampe hélicoïdale située en périphérie dudit tamis, suivie d’une rampe descendante vers le milieu dudit tamis ; - lesdits moyens vibratoires comprennent des éléments vibreurs motorisés à faible consommation énergétique ; - les éléments vibreurs sont des moteurs à balourds ou des vibreurs électromagnétiques ; - le récipient du réacteur est solidarisée à un châssis fixe par des éléments élastiques ; - les éléments élastiques sont du type à silent-blocs ou à ressorts ; - le réacteur comprend des moyens d’alimentation du réservoir d’entrée en position supérieure à partir d’un silo de stockage et des moyens de réalimentation du réservoir de stockage à partir du réservoir de sortie en position inférieure, de manière telle que le circuit parcouru par les grains est un circuit fermé ; - le système de circulation de gaz est un système de circulation d’air et/ou l’adsorbat est de la vapeur d’eau ; - le système de circulation d’air est fermé, ouvert ou semi-ouvert ; - la vapeur d’adsorbat est injectée dans le système de circulation de gaz avec le gaz lui-même ; - la vapeur d’adsorbat est injectée dans le système de circulation de gaz par pulvérisation ; - le réacteur comprend des moyens internes de répartition uniforme du flux de gaz à travers les tamis ; - les tamis étagés sont disposés en série et/ou en parallèle sur la hauteur du réacteur ; - le solide granuleux utilisé comprend une matrice poreuse éventuellement imprégnée de sel ; - la matrice poreuse peut être une zéolithe, une bentonite, un silicagel ou un MOF (metal organic framework) et le sel est un chlorure ou un sulfate. Cependant l’invention n’est pas limitée aux matrices poreuses précitées, ni aux sels précités.According to preferred embodiments, the reactor of the invention further comprises at least one of the following characteristics, or an appropriate combination thereof: the means allowing, thanks to the aforementioned vibratory movements and the upward flow gas, to raise the grains arrived at the periphery of said sieve to a higher level where they fall by gravity in the center of said sieve respectively comprise a helical ramp located at the periphery of said sieve, followed by a downward ramp to the middle of said sieve; said vibratory means comprise motorized vibrating elements with low energy consumption; the vibrating elements are unbalance motors or electromagnetic vibrators; - The reactor vessel is secured to a fixed frame by elastic elements; the elastic elements are of the silent-block or spring type; the reactor comprises means for supplying the inlet tank in an upper position from a storage silo and means for feeding the storage tank from the outlet tank in the lower position, in such a way that the circuit traveled by the grains is a closed circuit; the gas circulation system is an air circulation system and / or the adsorbate is water vapor; - the air circulation system is closed, open or semi-open; the adsorbate vapor is injected into the gas circulation system with the gas itself; the adsorbate vapor is injected into the gas circulation system by spraying; the reactor comprises internal means of uniform distribution of the gas flow through the sieves; the step sieves are arranged in series and / or in parallel over the height of the reactor; the granular solid used comprises a porous matrix optionally impregnated with salt; the porous matrix may be a zeolite, a bentonite, a silica gel or a MOF (metal organic framework) and the salt is a chloride or a sulphate. However, the invention is not limited to the aforementioned porous matrices or to the aforementioned salts.

[0016] L’invention concerne également un procédé de réaction thermochimique solide/gaz mis en œuvre au moyen d’un réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par les étapes suivantes : - on alimente le récipient réactionnel en matériau granulaire à partir du réservoir d’entrée en position supérieur afin que le matériau granulaire se dépose sur au moins un tamis circulaire ; - on soumet le récipient réactionnel à un flux de gaz ascendant ; - on contrôle la température et la teneur en adsorbat des grains ; - on soumet le récipient réactionnel à des vibrations qui confèrent aux grains à la fois une agitation verticale et un mouvement centrifuge vers la périphérie du tamis, de sorte que, une fois arrivé à ladite périphérie, les grains sont acheminés de manière ascendante vers un niveau supérieur au niveau dudit tamis et sont ensuite ramenés de manière descendante au centre du tamis et ainsi de suite, de manière cyclique ; - lorsque ladite température et ladite teneur en adsorbat atteignent une valeur de consigne, on évacue lesdits grains par gravité vers un ou plusieurs tamis inférieurs et/ou vers le réservoir de sortie en position inférieure.The invention also relates to a thermochemical solid / gas reaction method implemented by means of a reactor according to any one of the preceding claims, characterized by the following steps: - the reaction vessel is fed with granular material to from the inlet reservoir in the upper position so that the granular material is deposited on at least one circular screen; the reaction vessel is subjected to an ascending gas flow; the temperature and the adsorbate content of the grains are controlled; the reaction vessel is subjected to vibrations which give the grains both a vertical stirring and a centrifugal movement towards the periphery of the sieve, so that, once arrived at said periphery, the grains are conveyed upwards to a level higher at the level of said sieve and are then brought back down the center of the sieve and so on, cyclically; when said temperature and said adsorbate content reach a set value, said grains are evacuated by gravity to one or more lower sieves and / or to the outlet tank in the lower position.

Brève description des figures [0017] La figure 1 représente un exemple de forme d’exécution du réacteur selon la présente invention.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES [0017] FIG. 1 represents an exemplary embodiment of the reactor according to the present invention.

[0018] La figure 2 représente le réacteur de la figure 1 avec ses équipements annexes.Figure 2 shows the reactor of Figure 1 with its ancillary equipment.

Description d'une forme d'exécution préférée de l'invention [0019] Selon la présente invention, le souci d’efficacité des transferts de masse (vapeur d’eau) et d’énergie est au cœur de la conception du système de réacteur. Il s’agit, en appliquant le principe du lit fluidisé, de favoriser le plus possible le transport de la vapeur d’eau vers la surface réactionnelle en mettant les grains d’un matériau granulaire adapté en « suspension » dans l’air. Il s’agit aussi de favoriser avec l’invention le transfert d’énergie de ces grains vers l’air en faisant en sorte que toute la surface externe de chaque grain soit en contact avec l’air. L’écoulement de l’air doit donc être turbulent autour de chaque grain.DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION [0019] According to the present invention, the concern for the efficiency of mass (water vapor) and energy transfers is at the heart of the design of the reactor system. . It is a matter of applying the principle of the fluidized bed, to promote as much as possible the transport of water vapor to the reaction surface by placing the grains of a suitable granular material in "suspension" in the air. It is also to promote with the invention the transfer of energy of these grains to the air by ensuring that the entire outer surface of each grain is in contact with the air. The flow of air must therefore be turbulent around each grain.

[0020] Afin d’optimiser les échanges de masse et d’énergie, le réacteur, tel que représenté sur la figure 1, présente un lit de grains qui sont agités par des vibrations et à travers lequel passe un flux d’air dirigé de bas en haut. Le lit de grains est déposé sur un tamis circulaire 1 et son mouvement d’agitation est commandé de manière telle que, tout en conférant une agitation verticale, un mouvement centrifuge est également opéré pour faire circuler les grains du centre du tamis vers la périphérie de celui-ci.In order to optimize the exchanges of mass and energy, the reactor, as shown in FIG. 1, has a bed of grains which are agitated by vibrations and through which passes a directed air flow of bottom up. The grain bed is deposited on a circular sieve 1 and its stirring movement is controlled in such a way that, while imparting vertical stirring, a centrifugal movement is also made to circulate the grains from the center of the sieve to the periphery of the sieve. this one.

[0021] Le flux de grains arrivé en périphérie est alors repris par une rampe hélicoïdale 2 qui le relève d’une certaine hauteur dans le réacteur et puis le ramène au centre du tamis via une rampe rectiligne descendante 20. Ainsi le lit de grains subit une agitation et un mélange favorisant fortement les échanges d’énergie et de masse (vapeur d’eau). Ce dispositif peut équiper plusieurs tamis 1,6, voire tous les tamis.The flow of grain arrived at the periphery is then taken up by a helical ramp 2 which raises a certain height in the reactor and then returns to the center of the sieve via a straight down ramp 20. Thus the bed of grains undergoes agitation and a mixture strongly favoring the exchange of energy and mass (water vapor). This device can equip several sieves 1.6 or all sieves.

[0022] En outre, ce type de mouvement permet avantageusement d’évacuer le flux de grains en dehors de la zone du tamis une fois qu’il aura atteint son degré d’humidification ou de déshumidification optimal, grâce à un contrôle de l’humidité de l’air de réaction. Cette évacuation est soit dirigée par gravité vers un tamis inférieur 6, soit vers le réservoir de sortie 9. L’évacuation est opérée par exemple par l’ouverture d’un clapet dans la périphérie du cylindre entourant le tamis. Les grains ayant un mouvement centrifuge sortent par ce clapet vers un conduit vertical ou oblique qui les dirige vers un tamis inférieur 6 ou vers le réservoir de sortie 9 (non représenté).In addition, this type of movement advantageously allows to evacuate the grain flow outside the sieve area once it has reached its degree of humidification or optimal dehumidification, thanks to a control of the humidity of the reaction air. This evacuation is either directed by gravity to a lower screen 6 or to the outlet tank 9. The evacuation is effected for example by the opening of a valve in the periphery of the cylinder surrounding the screen. The grains having a centrifugal movement out through this valve to a vertical or oblique conduit which directs them to a lower screen 6 or to the outlet tank 9 (not shown).

[0023] Toujours selon l’invention, le réacteur comporte des éléments vibreurs 3, de préférence à faible consommation énergétique, par exemple des moteurs à balourds ou des vibreurs électromagnétiques, qui assurent la vibration souhaitée de l’ensemble fixé à un châssis statique 5 par des éléments élastiques 4, par exemple du type à silent-blocs ou à ressorts. Cette vibration donne à chaque grain des composantes de déplacement dans deux directions, respectivement une direction verticale et une direction tangentielle. Encore selon l’invention, cette vibration est ajustable en intensité, fréquence et direction afin de contrôler de manière optimale le mouvement des grains.Still according to the invention, the reactor comprises vibrating elements 3, preferably low energy consumption, for example unbalance motors or electromagnetic vibrators, which provide the desired vibration of the assembly attached to a static frame 5 by elastic elements 4, for example of the type with silent-blocks or with springs. This vibration gives each grain displacement components in two directions, respectively a vertical direction and a tangential direction. Still according to the invention, this vibration is adjustable in intensity, frequency and direction in order to optimally control the movement of the grains.

[0024] L’intérêt d’avoir une agitation circulaire centrifuge avec recirculation par rampe de retour est multiple : - cela permet de mélanger le lit et d’offrir les meilleures conditions de diffusion de la vapeur vers la surface réactionnelle interne aux grains ; - cela permet d’augmenter le transfert d’énergie entre les grains et l’air ; - cela réduit les pertes de charges de passage de l’air à travers ce lit qui est fluidisé par l’agitation et pas seulement par le débit d’air ; - cela empêche l’agglomération ou la ségrégation de grains ainsi que la création de passages préférentiels pour le flux d’air ; - cela permet d’évacuer le flux de grains en dehors de la zone du tamis lorsqu’il atteint son degré d’humidification ou de déshumidification optimal.The advantage of having a centrifugal circular agitation with recirculation ramp back is multiple: - this allows to mix the bed and offer the best conditions for diffusion of steam to the internal reaction surface grains; this makes it possible to increase the energy transfer between the grains and the air; this reduces the pressure losses of the air through this bed which is fluidized by the agitation and not only by the air flow; this prevents the agglomeration or the segregation of grains as well as the creation of preferential passages for the flow of air; - This allows to evacuate the grain flow outside the sieve area when it reaches its degree of humidification or optimal dehumidification.

[0025] Selon l’invention, le choix des caractéristiques du tamis 1, 6 est réalisé afin d’avoir un taux de passage d’air important et une faible perte de charge ainsi qu’une taille de maille qui est inférieur à la taille minimale des grains du lit. Le choix des caractéristiques techniques du tamis est aussi guidé par une bonne compatibilité avec les phénomènes de dégradation tels que la corrosion.According to the invention, the choice of the characteristics of the sieve 1, 6 is achieved in order to have a high rate of air passage and a low pressure drop and a mesh size which is smaller than the size. minimum grain of the bed. The choice of the technical characteristics of the sieve is also guided by a good compatibility with degradation phenomena such as corrosion.

[0026] Le concept du réacteur de l’invention prévoit l’utilisation d’un ou de plusieurs tamis 1, 6 placés selon plusieurs étages avec une circulation gravitaire de la sortie des grains d’un étage vers l’étage inférieur (non représenté ici).The concept of the reactor of the invention provides for the use of one or more sieves 1, 6 placed in several stages with a gravity circulation of the grain outlet of a stage to the lower stage (not shown). right here).

[0027] Cette conception à étages multiples permet de traiter de façon plus complète les réactions exo- ou endothermiques.This multi-stage design allows more complete treatment of exo- or endothermic reactions.

[0028] Comme représenté sur la figure 2, le réacteur est alimenté en flux de grains par gravité 8 au niveau de son étage supérieur. En dehors du réacteur, on dispose avantageusement de deux réservoirs de stockage de grains solides, un premier réservoir 7 en position supérieure pour l’alimentation en grains et un second réservoir 9 en position inférieure pour la récolte du flux de grains sortant.As shown in Figure 2, the reactor is fed grain flow by gravity 8 at its upper stage. Outside the reactor, there are advantageously two solid grain storage tanks, a first tank 7 in the upper position for the grain feed and a second tank 9 in the lower position for harvesting the outgoing grain flow.

[0029] Un flux d’air 12 traverse les tamis 1, 6 de bas en haut, ceux-ci pouvant être disposés en série ou encore en parallèle.An air flow 12 passes through the sieves 1, 6 from bottom to top, they may be arranged in series or in parallel.

[0030] Un circuit aéraulique alimente le réacteur en air avec des caractéristiques de température et d’humidité adaptées à la réaction thermochimique spécifique qui se passe à l’intérieur du réacteur. Le réacteur comporte avantageusement des composants internes qui répartissent le flux d’air uniformément à travers les tamis (non représenté).A ventilation circuit supplies the reactor with air with temperature and humidity characteristics adapted to the specific thermochemical reaction that takes place inside the reactor. The reactor advantageously comprises internal components that distribute the airflow uniformly through the screens (not shown).

[0031] Le réacteur ainsi défini peut être placé dans un système de circulation d’air ouvert, semi-ouvert ou fermé. En effet, la circulation d’air traversant le réacteur fait partie d’un circuit. Ce circuit peut être fermé, c’est-à-dire que c’est le même air qui passe en permanence dans le circuit. Ce circuit comporte d’autres éléments que le réacteur selon l’invention, tels que des échangeurs thermiques, des humidificateurs ou des ventilateurs. Ce circuit peut aussi être ouvert dans le sens qu’on admet de l’air atmosphérique et il peut combiner le système ouvert et le système fermé en alternance (système semi-ouvert).The reactor thus defined can be placed in an open, semi-open or closed air circulation system. Indeed, the air flow through the reactor is part of a circuit. This circuit can be closed, that is to say that it is the same air that passes permanently in the circuit. This circuit comprises elements other than the reactor according to the invention, such as heat exchangers, humidifiers or fans. This circuit can also be open in the direction that is allowed atmospheric air and it can combine the open system and the closed system alternately (semi-open system).

[0032] Le réservoir de stockage supérieur 7 pourra notamment être raccordé à un dispositif d’alimentation en solide granuleux 10, connu en soi de l’homme de métier, par exemple par des vis d’Archimède aptes au transport de matériau granuleux, le solide granuleux provenant d’un silo de stockage 13, tandis que le réservoir de stockage inférieur 9 pourra être raccordé à un dispositif d’alimentation 11, également connu en soi de l’homme de métier, de manière à réalimenter le réservoir de stockage 13 précité ou un autre réservoir [0033] L’humidité nécessaire au fonctionnement du réacteur peut être injectée avec le gaz lui-même ou par pulvérisation et extraite par des systèmes connus de l’homme de métier.The upper storage tank 7 may in particular be connected to a granular solid feed device 10, known per se to those skilled in the art, for example by Archimedes screws capable of transporting granular material, the granular solid from a storage silo 13, while the lower storage tank 9 may be connected to a feed device 11, also known per se to the person skilled in the art, so as to replenish the storage tank 13 The moisture required for the operation of the reactor can be injected with the gas itself or by spraying and extracted by systems known to those skilled in the art.

Exemple de données pour le réacteur [0034] Dans un exemple d’exécution, la taille des grains est de l’ordre de 0,35 mm et leur conductivité est de l’ordre de 1 W/m.K. La surface externe des grains est de l’ordre de 16000 m2/m3 de grains.Sample Data for the Reactor [0034] In an exemplary embodiment, the size of the grains is of the order of 0.35 mm and their conductivity is of the order of 1 W / m.K. The external surface of the grains is of the order of 16000 m2 / m3 of grains.

[0035] Par exemple, l’ouverture des tamis est de 40% et celle des pores de 0,05 mm.For example, the sieve opening is 40% and that of the pores of 0.05 mm.

[0036] Si on suppose un coefficient d’échange en convexion forcée de 25 W/m2.K, on peut évaluer l’échange de chaleur à 400 kW/K.m3 de grains. En supposant un DeltaT = 3K, entre la surface du grain et l’air, la puissance pourrait atteindre 1,2 MW/m3 de grains.If we assume a forced convection exchange coefficient of 25 W / m2.K, we can evaluate the heat exchange at 400 kW / K.m3 grains. Assuming a DeltaT = 3K, between the grain surface and the air, the power could reach 1.2 MW / m3 of grain.

Liste des symboles de référence 1. tamis avec rampe de recirculation 2. rampe hélicoïdale 3. vibreur 4. élément élastique 5. châssis statique 6. tamis supplémentaire 7. réservoir de grain supérieur 8. alimentation par gravité 9. réservoir inférieur 10. dispositif d’alimentation supérieur 11. dispositif d’alimentation inférieur 12. flux d’air 13. réservoir de stockage 14. récipient 20. rampe descendanteList of reference symbols 1. sieve with recirculation ramp 2. helical ramp 3. vibrator 4. elastic element 5. static chassis 6. additional sieve 7. upper grain tank 8. gravity feed 9. lower tank 10. cooling device upper feed 11. lower feeding device 12. air flow 13. storage tank 14. container 20. descending ramp

Claims (16)

REVENDICATIONS 1. Réacteur de physi- ou chimisorption entre un gaz chargé en adsorbat sous forme de vapeur et un solide granuleux, comprenant un récipient réactionnel (14) destiné à contenir un lit de grains agité par des vibrations commandées et au travers duquel passe un flux de gaz, comprenant : - un système de circulation de gaz produisant un flux de gaz (12) chargé en adsorbat sous forme de vapeur traversant le réacteur de bas en haut ; - un réservoir d’entrée en position supérieure (7) pour l’alimentation en flux de grains ; - une pluralité de tamis plans circulaires (1,6) disposés de manière étagée pour recevoir un flux de grains entrant et/ou descendant par gravité ; - un réservoir de sortie en position inférieure (9) pour récolter un flux de grains sortant ; - des moyens de contrôle et d’adaptation de la température et de la teneur en adsorbat des grains ; - des moyens pour l’acheminement gravitaire des grains d’un étage à l’autre (1, 6) et/ou vers le réservoir de sortie (9), caractérisé en ce que le réacteur comprend en outre : - des moyens vibratoires (3) pour conférer aux grains à la fois une agitation verticale et un mouvement centrifuge permettant de les faire circuler du centre d’au moins un desdits tamis (1) vers la périphérie de celui-ci et - des moyens (2, 20) permettant, grâce aux mouvements vibratoires précités et/ou au flux ascendant de gaz, de relever les grains arrivés en périphérie dudit tamis (1) à un niveau supérieur au niveau dudit tamis (1) d’où ils retombent par gravité au centre dudit tamis (1).A physics or chemisorption reactor between a vapor adsorbate-loaded gas and a granular solid, comprising a reaction vessel (14) for containing a grain bed agitated by controlled vibrations and through which a flow of gas, comprising: - a gas circulation system producing a gas stream (12) loaded with adsorbate in the form of vapor passing through the reactor from bottom to top; - an inlet tank in the upper position (7) for feeding grain flow; a plurality of circular planar screens (1, 6) staggered to receive a flow of grains entering and / or descending by gravity; an outlet reservoir in the lower position (9) for harvesting an outgoing grain flow; means for controlling and adapting the temperature and the adsorbate content of the grains; means for the gravity feed of the grains from one stage to another (1, 6) and / or to the outlet tank (9), characterized in that the reactor further comprises: vibratory means ( 3) to give the grains both a vertical agitation and a centrifugal movement to circulate them from the center of at least one of said sieves (1) to the periphery thereof and - means (2, 20) allowing by virtue of the aforementioned vibratory movements and / or the upward flow of gas, to raise the grains arriving at the periphery of said sieve (1) to a level higher than the level of said sieve (1) from which they fall by gravity in the center of said sieve ( 1). 2. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (2, 20) permettant, grâce aux mouvements vibratoires précités et/ou au flux ascendant de gaz, de relever les grains arrivés en périphérie dudit tamis (1) à un niveau supérieur d’où ils retombent par gravité au centre dudit tamis (1) comprennent respectivement une rampe hélicoïdale (2) située en périphérie dudit tamis (1), suivie d’une rampe descendante (20) vers le milieu dudit tamis (1).2. Reactor according to claim 1, characterized in that the means (2, 20) allowing, thanks to the above vibratory movements and / or the upward flow of gas, to raise the grains arrived at the periphery of said sieve (1) to a level upper where they fall by gravity in the center of said screen (1) respectively comprise a helical ramp (2) located at the periphery of said screen (1), followed by a downward ramp (20) to the middle of said screen (1). 3. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens vibratoires (3) comprennent des éléments vibreurs motorisés à faible consommation énergétique.3. Reactor according to claim 1, characterized in that said vibratory means (3) comprise motorized vibratory elements with low energy consumption. 4. Réacteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments vibreurs (3) sont des moteurs à balourds ou des vibreurs électromagnétiques.4. Reactor according to claim 3, characterized in that the vibrating elements (3) are unbalance motors or electromagnetic vibrators. 5. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le récipient (14) du réacteur est solidarisée à un châssis fixe (5) par des éléments élastiques (4).5. Reactor according to claim 1, characterized in that the vessel (14) of the reactor is secured to a fixed frame (5) by elastic elements (4). 6. Réacteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments élastiques (4) sont du type à silent-blocs ou à ressorts.6. Reactor according to claim 5, characterized in that the elastic elements (4) are of the type silent-blocks or springs. 7. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens d’alimentation (10) du réservoir d’entrée en position supérieure (7) à partir d’un silo de stockage (13) et des moyens de réalimentation (11) du réservoir de stockage (13) à partir du réservoir de sortie en position inférieure (9), de manière telle que le circuit parcouru par les grains est un circuit fermé.7. Reactor according to claim 1, characterized in that it comprises feed means (10) of the inlet reservoir in the upper position (7) from a storage silo (13) and feed means (11) of the storage tank (13) from the outlet tank in the lower position (9), so that the circuit traversed by the grains is a closed circuit. 8. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de circulation de gaz (12) est un système de circulation d’air et/ou en ce que l’adsorbat est de la vapeur d’eau.8. Reactor according to claim 1, characterized in that the gas circulation system (12) is an air circulation system and / or in that the adsorbate is water vapor. 9. Réacteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le système de circulation d’air (12) est fermé, ouvert ou semi-ouvert.9. Reactor according to claim 8, characterized in that the air circulation system (12) is closed, open or semi-open. 10. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vapeur d’adsorbat est injectée dans le système de circulation de gaz (12) avec le gaz lui-même.10. Reactor according to claim 1, characterized in that the adsorbate vapor is injected into the gas circulation system (12) with the gas itself. 11. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vapeur d’adsorbat est injectée dans le système de circulation de gaz (12) par pulvérisation.11. Reactor according to claim 1, characterized in that the adsorbate vapor is injected into the gas circulation system (12) by spraying. 12. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens internes de répartition uniforme du flux de gaz à travers les tamis (1, 6).12. Reactor according to claim 1, characterized in that it comprises internal means of uniform distribution of the gas flow through the sieves (1, 6). 13. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tamis étagés (1, 6) sont disposés en série et/ou en parallèle sur la hauteur du réacteur.13. Reactor according to claim 1, characterized in that the stepped sieves (1, 6) are arranged in series and / or in parallel over the height of the reactor. 14. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le solide granuleux utilisé comprend une matrice poreuse éventuellement imprégnée de sel.14. Reactor according to claim 1, characterized in that the granular solid used comprises a porous matrix optionally impregnated with salt. 15. Réacteur selon la revendication 14, caractérisé en ce que la matrice poreuse est une zéolithe, une bentonite, un silicagel ou un MOF et le sel est un chlorure ou un sulfate.15. Reactor according to claim 14, characterized in that the porous matrix is a zeolite, a bentonite, a silica gel or an MOF and the salt is a chloride or a sulphate. 16. Procédé de réaction thermochimique solide/gaz mis en œuvre au moyen d’un réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par les étapes suivantes : - on alimente le récipient réactionnel (14) en matériau granulaire à partir du réservoir d’entrée en position supérieur (7) afin que le matériau granulaire se dépose sur au moins un tamis circulaire (1) ; - on soumet le récipient réactionnel (14) à un flux de gaz ascendant (12) ; - on contrôle la température et la teneur en adsorbat des grains ; - on soumet le récipient réactionnel (14) à des vibrations qui confèrent aux grains à la fois une agitation verticale et un mouvement centrifuge vers la périphérie du tamis, de sorte que, une fois arrivé à ladite périphérie, les grains sont acheminés de manière ascendante vers un niveau supérieur au niveau dudit tamis (1) et sont ensuite ramenés de manière descendante au centre du tamis (1) et ainsi de suite, de manière cyclique ; - lorsque ladite température et ladite teneur en adsorbat atteignent une valeur de consigne, on évacue lesdits grains par gravité vers un ou plusieurs tamis inférieurs (6) et/ou vers le réservoir de sortie en position inférieure (9).16. A solid / gas thermochemical reaction method implemented by means of a reactor according to any one of the preceding claims, characterized by the following steps: - the reaction vessel (14) is fed with granular material from the storage tank; entering the upper position (7) so that the granular material is deposited on at least one circular screen (1); the reaction vessel (14) is subjected to an ascending gas flow (12); the temperature and the adsorbate content of the grains are controlled; the reaction vessel (14) is subjected to vibrations which give the grains both a vertical stirring and a centrifugal movement towards the periphery of the screen, so that, once reached the periphery, the grains are conveyed upwards to a level higher than the level of said sieve (1) and are then brought back down to the center of the sieve (1) and so on, cyclically; when said temperature and said adsorbate content reach a set value, said grains are evacuated by gravity to one or more lower screens (6) and / or to the outlet tank in the lower position (9).
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