CA2740506C - Dispositif de lit fluidise a fluidisation rapide et a flux sature de solides circulants - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de lit fluidisé rapide comportant un réacteur (1, 1'), un cyclone de séparation des solides (2, 2') en sortie de ce réacteur, comportant une paroi supérieure (2A, 2'A) dite plafond, une conduite de retour de solides (4, 4') vers le réacteur en sortie de solides dudit cyclone et des échangeurs (5) associés au circuit de fumées en sortie dudit cyclone, une conduite (6, 6') reliant en partie haute ledit réacteur audit cyclone. Selon l'invention, ladite conduite (6, 6') débouche dans ledit plafond (2A, 2'A) du cyclone.
Description
DISPOSITIF DE LIT FLUIDISE A FLUIDISATION RAPIDE ET A
FLUX SATURE DE SOLIDES CIRCULANTS
L'invention concerne un dispositif de lit fluidisé circulant à fluidisation rapide et à flux saturé de solides circulants.
Un dispositif de lit fluidisé circulant présente une configuration en boucle drculante de solides associant un réacteur, un cyclone, un retour de solides, des échangeurs et un ensemble de paramètres opératoires en terme de vitesse de gaz en fût vide, de granulométrie circulante et en débit de solides.
Le document de brevet EP 0 147 445 décrit un dispositif de lit fluidisé
circulant à fluidisation rapide. Si avec un dispositif mufti solides tel que décrit dans ce document, la vitesse de fluidisation atteint des valeurs relativement élevées, la perte de charge dans la zone de circulation des solides hors lit dense est relativement faible. La concentration du flux de solides circulants est donc relativement faible.
Or, il est souhaitable d'avoir une concentration importante et même un flux saturé de solides circulants, pour de nombreuses raisons et applications, dont certaines sont évoquées ci-après.
En cas de combustion en lit fluidisé circulant, il est recherché de maximiser la teneur en oxygène dans l'oxydant du combustible, ce qui réduit en proportion le débit de fumées de combustion et la taille des équipements mais requiert d'extraire la majeure partie de la chaleur de combustion dans la boucle des solides circulants. Il faut alors circuler des quantités de solides bien supérieures à celles obtenues par la technologie classique du lit fluidisé
circulant La technologie voisine de combustion à l'air enrichi permet de réduire les débits de fumées et de doper éventuellement la puissance d'une installation existante ou la température de combustion pour des minerais à calciner mais il reste une teneur en azote dans les fumées contenant du dioxyde de carbone et de l'eau qui est à
traiter en aval si seul du dioxyde de carbone est à produire pour stockage final
FLUX SATURE DE SOLIDES CIRCULANTS
L'invention concerne un dispositif de lit fluidisé circulant à fluidisation rapide et à flux saturé de solides circulants.
Un dispositif de lit fluidisé circulant présente une configuration en boucle drculante de solides associant un réacteur, un cyclone, un retour de solides, des échangeurs et un ensemble de paramètres opératoires en terme de vitesse de gaz en fût vide, de granulométrie circulante et en débit de solides.
Le document de brevet EP 0 147 445 décrit un dispositif de lit fluidisé
circulant à fluidisation rapide. Si avec un dispositif mufti solides tel que décrit dans ce document, la vitesse de fluidisation atteint des valeurs relativement élevées, la perte de charge dans la zone de circulation des solides hors lit dense est relativement faible. La concentration du flux de solides circulants est donc relativement faible.
Or, il est souhaitable d'avoir une concentration importante et même un flux saturé de solides circulants, pour de nombreuses raisons et applications, dont certaines sont évoquées ci-après.
En cas de combustion en lit fluidisé circulant, il est recherché de maximiser la teneur en oxygène dans l'oxydant du combustible, ce qui réduit en proportion le débit de fumées de combustion et la taille des équipements mais requiert d'extraire la majeure partie de la chaleur de combustion dans la boucle des solides circulants. Il faut alors circuler des quantités de solides bien supérieures à celles obtenues par la technologie classique du lit fluidisé
circulant La technologie voisine de combustion à l'air enrichi permet de réduire les débits de fumées et de doper éventuellement la puissance d'une installation existante ou la température de combustion pour des minerais à calciner mais il reste une teneur en azote dans les fumées contenant du dioxyde de carbone et de l'eau qui est à
traiter en aval si seul du dioxyde de carbone est à produire pour stockage final
2 après condensation de la vapeur d'eau.
La technologie d'absorption de dioxyde de carbone sur support solides et régénération de ceux-d avant recyclage a été proposée dès 1999 en utilisant des lits fluidisés, comme décrit dans le document de brevet EP 1 448 876. Le problème technique est de circuler suffisamment de solides pour capter le dioxyde de carbone et s'affranchir des désactivations de support solides au fur et à
mesure des cycles absorption/désorption. Il faut alors circuler des quantités de solides bien supérieures à celles obtenues par la technologie classique du lit fluidisé
circulant.
La technologie de production de dioxyde de carbone quasiment pur à
partir de substances carbonées par circulation d'oxydes alternativement oxydés et recyclés entre deux réacteurs à lit fluidisé remonte aux années 1950 et a été
appliquée à différents concepts, comme par exemple celui décrit dans le document de brevet US 5 509 362. Pour pouvoir utiliser des porteurs d'oxygène à partir de minerais naturels permettant l'économie du procédé, le problème technique est d'obtenir la conversion complète des substances carbonées et de circuler suffisamment de solides porteurs d'oxygène à des flux bien supérieurs à ceux obtenus par la technologie classique du lit fluidisé circulant.
La technologie de pré-calcination de cru de cimenterie, utilisant le lit fluidisé circulant, est bien connue depuis 1982, par exemple du document de brevet EP 0 059 508. Le problème posé est de pouvoir atteindre une grande homogénéité de température dans la boude des solides de façon à maximiser la température de fonctionnement et pré-convertir au maximum la fraction calcinée en bi silicate de calcium qui procure des propriétés hydrauliques. Pour obtenir un mélange interne intense gaz solides sans ségrégation d'écoulement, il faut alors circuler des quantités de solides bien supérieures à celles obtenues par la technologie dassique du lit fluidisé circulant.
La technologie des réacteurs de traitement de fumées par réacteur à lit fluidisé circulant est bien connue depuis 1983, comme décrit dans le document de brevet EP 0 084 469. Pour les désulfurations par voie sèche, le problème
La technologie d'absorption de dioxyde de carbone sur support solides et régénération de ceux-d avant recyclage a été proposée dès 1999 en utilisant des lits fluidisés, comme décrit dans le document de brevet EP 1 448 876. Le problème technique est de circuler suffisamment de solides pour capter le dioxyde de carbone et s'affranchir des désactivations de support solides au fur et à
mesure des cycles absorption/désorption. Il faut alors circuler des quantités de solides bien supérieures à celles obtenues par la technologie classique du lit fluidisé
circulant.
La technologie de production de dioxyde de carbone quasiment pur à
partir de substances carbonées par circulation d'oxydes alternativement oxydés et recyclés entre deux réacteurs à lit fluidisé remonte aux années 1950 et a été
appliquée à différents concepts, comme par exemple celui décrit dans le document de brevet US 5 509 362. Pour pouvoir utiliser des porteurs d'oxygène à partir de minerais naturels permettant l'économie du procédé, le problème technique est d'obtenir la conversion complète des substances carbonées et de circuler suffisamment de solides porteurs d'oxygène à des flux bien supérieurs à ceux obtenus par la technologie classique du lit fluidisé circulant.
La technologie de pré-calcination de cru de cimenterie, utilisant le lit fluidisé circulant, est bien connue depuis 1982, par exemple du document de brevet EP 0 059 508. Le problème posé est de pouvoir atteindre une grande homogénéité de température dans la boude des solides de façon à maximiser la température de fonctionnement et pré-convertir au maximum la fraction calcinée en bi silicate de calcium qui procure des propriétés hydrauliques. Pour obtenir un mélange interne intense gaz solides sans ségrégation d'écoulement, il faut alors circuler des quantités de solides bien supérieures à celles obtenues par la technologie dassique du lit fluidisé circulant.
La technologie des réacteurs de traitement de fumées par réacteur à lit fluidisé circulant est bien connue depuis 1983, comme décrit dans le document de brevet EP 0 084 469. Pour les désulfurations par voie sèche, le problème
3 technique est de circuler suffisamment de solides pour capter le dioxyde de soufre par la formation de sulfates et de minimiser le calcium injecté, ce qui réduit la quantité de sous produits peu valorisables. Pour minimiser le débit de calcium à la quasi stoechiométrie , il faudrait circuler des quantités de solides bien supérieures à celles obtenues par la technologie classique du lit fluidisé circulant et assurer un temps de séjour adéquat pour des solides très fins adaptés aux absorptions gaz.
Il est classique de connecter un réacteur de lit fluidisé circulant avec le séparateur cydone associé par une conduite horizontale latérale au réacteur et au cyclone, comme par exemple il est décrit dans le document de brevet US
5 339 774.
Avec un tel agencement de liaison entre réacteur et cyclone, c'est la recirculation interne au réacteur qui est favorisée. En effet, en partie haute du réacteur, se forment des paquets de particules qui ne s'engagent qu'en partie dans la conduite horizontale de liaison vers le cyclone, l'autre partie relativement importante retombant vers le bas du réacteur où elle est de nouveau fluidisée par le gaz de fluidisation.
Or pour des applications spécifiques de telles installations à lit fluidisé
rapide, telles que les conversions à cycle thermochimique, c'est une meilleure recirculation externe au réacteur qui est recherchée, c'est-à-dire une meilleure drculation réacteur/cyclone/conduite de retour/réacteur et donc un passage d'un maximum de particules du haut du réacteur vers le cyclone.
L'objet de l'invention est de proposer un dispositif de lit fluidisé rapide qui permette d'atteindre des taux de circulation externe en solide trois à cinq fois supérieurs à ceux de la technologie dassique à lit fluidisé circulant, tout en abaissant le coût des équipements par une compacité améliorée.
Poix ce faire, 'Invention propose un dispositif de lit fluidisé rapide comportant un réacteur, au moins un cydone de séparation des solides en sortie de ce réacteur, comportant une paroi supérieure dite plafond, un conduite de retour de solides vers le réacteur en sortie de solides dudit cyclone et des échangeurs associés au circuit de fumées en sortie dudit cyclone, une conduite
Il est classique de connecter un réacteur de lit fluidisé circulant avec le séparateur cydone associé par une conduite horizontale latérale au réacteur et au cyclone, comme par exemple il est décrit dans le document de brevet US
5 339 774.
Avec un tel agencement de liaison entre réacteur et cyclone, c'est la recirculation interne au réacteur qui est favorisée. En effet, en partie haute du réacteur, se forment des paquets de particules qui ne s'engagent qu'en partie dans la conduite horizontale de liaison vers le cyclone, l'autre partie relativement importante retombant vers le bas du réacteur où elle est de nouveau fluidisée par le gaz de fluidisation.
Or pour des applications spécifiques de telles installations à lit fluidisé
rapide, telles que les conversions à cycle thermochimique, c'est une meilleure recirculation externe au réacteur qui est recherchée, c'est-à-dire une meilleure drculation réacteur/cyclone/conduite de retour/réacteur et donc un passage d'un maximum de particules du haut du réacteur vers le cyclone.
L'objet de l'invention est de proposer un dispositif de lit fluidisé rapide qui permette d'atteindre des taux de circulation externe en solide trois à cinq fois supérieurs à ceux de la technologie dassique à lit fluidisé circulant, tout en abaissant le coût des équipements par une compacité améliorée.
Poix ce faire, 'Invention propose un dispositif de lit fluidisé rapide comportant un réacteur, au moins un cydone de séparation des solides en sortie de ce réacteur, comportant une paroi supérieure dite plafond, un conduite de retour de solides vers le réacteur en sortie de solides dudit cyclone et des échangeurs associés au circuit de fumées en sortie dudit cyclone, une conduite
4 reliant en partie haute ledit réacteur au dit cyclone, caractérisé en ce que ladite conduite débouche dans ledit plafond du cyclone.
L'invention concerne également, un procédé de mise en oeuvre d'un tel dispositif de lit fluidisé rapide, caractérisé en ce qu'un combustible et/ou un support de réaction de granulométrie inférieure à 100 microns pour 90% de sa quantité est injecté
dans ledit réacteur.
L'invention concerne un procédé de mise en oeuvre d'un tel dispositif de lit fluidisé rapide, comprenant l'étape d'injecter dans ledit réacteur un combustible et/ou un support de réaction de granulométrie inférieure à 100 microns pour 90% de sa quantité.
L'invention concerne un procédé de mise en oeuvre d'un tel dispositif de lit fluidisé rapide, caractérisé par une même vitesse axiale de gaz comprise entre 7 et 9 m/s dans ledit réacteur et dans ledit cyclone.
L'invention concerne un procédé de mise en oeuvre d'un tel dispositif de lit fluidisé rapide, comprenant l'étape d'appliquer dans ledit réacteur et dans ledit cyclone, une même vitesse axiale de gaz comprise entre 7 et 9 m/s.
L'invention concerne enfin un procédé de mise en oeuvre d'un tel dispositif de lit fluidisé
rapide, caractérisé par une concentration en solides à l'endroit où ladite conduite débouche dans ledit plafond du cyclone, comprise entre 20 et 60 kg/Nm3 à pleine charge.
L'invention concerne enfin un procédé de mise en oeuvre d'un tel dispositif de lit fluidisé
rapide, comprenant l'étape d'obtenir une concentration en solides à l'endroit où ladite conduite débouche dans ledit plafond du cyclone, comprise entre 20 et 60 kg/Nm3 à pleine charge.
L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide de figures ne représentant que des modes de réalisation préférés de l'invention.
La figure 1 est une vue en coupe verticale d'un dispositif de lit fluidisé
rapide, conforme à
l'invention.
La figure 2 est une vue partielle en perspective d'un dispositif de lit fluidisé circulant conforme à l'invention.
La figure 3 est une vue partielle en coupe verticale d'un dispositif de lit fluidisé circulant conforme à l'invention.
4a La figure 4 est une vue en coupe verticale d'un dispositif de lit fluidisé
circulant conforme à
l'invention, selon un autre mode de réalisation, notamment sous pression.
Les figures 5 et 6 sont des vues partielles en coupe d'un réacteur conforme à
l'invention.
La figure 7 est une demi vue en coupe d'un autre mode de réalisation d'un réacteur conforme à l'invention. La figure 8 est une vue de dessus d'un ensemble de réacteurs conformes à l'invention.
=
La figure 8 est une vue de dessus d'un ensemble de réacteurs conformes à l'invention.
Les figures 9 et 10 sont des vues en coupe verticale et horizontale d'une variante de réalisation.
L'invention concerne également, un procédé de mise en oeuvre d'un tel dispositif de lit fluidisé rapide, caractérisé en ce qu'un combustible et/ou un support de réaction de granulométrie inférieure à 100 microns pour 90% de sa quantité est injecté
dans ledit réacteur.
L'invention concerne un procédé de mise en oeuvre d'un tel dispositif de lit fluidisé rapide, comprenant l'étape d'injecter dans ledit réacteur un combustible et/ou un support de réaction de granulométrie inférieure à 100 microns pour 90% de sa quantité.
L'invention concerne un procédé de mise en oeuvre d'un tel dispositif de lit fluidisé rapide, caractérisé par une même vitesse axiale de gaz comprise entre 7 et 9 m/s dans ledit réacteur et dans ledit cyclone.
L'invention concerne un procédé de mise en oeuvre d'un tel dispositif de lit fluidisé rapide, comprenant l'étape d'appliquer dans ledit réacteur et dans ledit cyclone, une même vitesse axiale de gaz comprise entre 7 et 9 m/s.
L'invention concerne enfin un procédé de mise en oeuvre d'un tel dispositif de lit fluidisé
rapide, caractérisé par une concentration en solides à l'endroit où ladite conduite débouche dans ledit plafond du cyclone, comprise entre 20 et 60 kg/Nm3 à pleine charge.
L'invention concerne enfin un procédé de mise en oeuvre d'un tel dispositif de lit fluidisé
rapide, comprenant l'étape d'obtenir une concentration en solides à l'endroit où ladite conduite débouche dans ledit plafond du cyclone, comprise entre 20 et 60 kg/Nm3 à pleine charge.
L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide de figures ne représentant que des modes de réalisation préférés de l'invention.
La figure 1 est une vue en coupe verticale d'un dispositif de lit fluidisé
rapide, conforme à
l'invention.
La figure 2 est une vue partielle en perspective d'un dispositif de lit fluidisé circulant conforme à l'invention.
La figure 3 est une vue partielle en coupe verticale d'un dispositif de lit fluidisé circulant conforme à l'invention.
4a La figure 4 est une vue en coupe verticale d'un dispositif de lit fluidisé
circulant conforme à
l'invention, selon un autre mode de réalisation, notamment sous pression.
Les figures 5 et 6 sont des vues partielles en coupe d'un réacteur conforme à
l'invention.
La figure 7 est une demi vue en coupe d'un autre mode de réalisation d'un réacteur conforme à l'invention. La figure 8 est une vue de dessus d'un ensemble de réacteurs conformes à l'invention.
=
La figure 8 est une vue de dessus d'un ensemble de réacteurs conformes à l'invention.
Les figures 9 et 10 sont des vues en coupe verticale et horizontale d'une variante de réalisation.
5 La figure 11 est une vue en coupe verticale d'une variante de réalisation.
Les figures 12 et 13 représentent chacune une installation conforme à
Les figures 14A à 14C représentent un détail en coupe verticale, en vue de face et en vue de coupe horizontale, selon une première variante de réalisation.
La figure 15 représente un détail en coupe verticale, selon une deuxième variante de réalisation.
Les figures 16A à 16C représentent un détail en coupe verticale, en vue de face et en vue de coupe horizontale, selon une troisième variante de réalisation.
La figure 1 représente un dispositif de lit fluidisé rapide, comportant un réacteur 1, une conduite 6 de liaison avec un cyclone 2 de séparation des solides en sortie de ce réacteur, comportant une paroi supérieure 2A dite plafond, une conduite de retour de solides 4 vers le réacteur en sortie de solides du cyclone 2 et des échangeurs 5 associés au circuit de fumées en sortie du cyclone 2. Les parois des réacteur, conduites et cydone sont préférentiellement à parois tubées, recouvertes de réfractaires mais peuvent être en tôle avec garnissage réfractaire épais.
Une conduite 6 relie en partie haute le réacteur 1 au cyclone 2 et débouche dans le plafond 2A du cyclone.
Comme également illustré sur la figure 2, cette conduite 6 est sensiblement axiale au réacteur 1 dans un premier tronçon 6A en partie haute du réacteur, à écoulement dirigé vers le haut, aligné sur l'axe vertical de symétrie du réacteur ou parallèle à celui-ci. Ce premier tronçon 6A, où une vitesse de solides et de gaz de 25 à 35 mis peut être obtenue en sortie de ce tronçon 6A, est raccordé au réacteur 1 par une partie tronconique d'accélération 1A formant le plafond du réacteur, inclinée de 15 à 600 par rapport à un plan horizontal. Ce
Les figures 12 et 13 représentent chacune une installation conforme à
Les figures 14A à 14C représentent un détail en coupe verticale, en vue de face et en vue de coupe horizontale, selon une première variante de réalisation.
La figure 15 représente un détail en coupe verticale, selon une deuxième variante de réalisation.
Les figures 16A à 16C représentent un détail en coupe verticale, en vue de face et en vue de coupe horizontale, selon une troisième variante de réalisation.
La figure 1 représente un dispositif de lit fluidisé rapide, comportant un réacteur 1, une conduite 6 de liaison avec un cyclone 2 de séparation des solides en sortie de ce réacteur, comportant une paroi supérieure 2A dite plafond, une conduite de retour de solides 4 vers le réacteur en sortie de solides du cyclone 2 et des échangeurs 5 associés au circuit de fumées en sortie du cyclone 2. Les parois des réacteur, conduites et cydone sont préférentiellement à parois tubées, recouvertes de réfractaires mais peuvent être en tôle avec garnissage réfractaire épais.
Une conduite 6 relie en partie haute le réacteur 1 au cyclone 2 et débouche dans le plafond 2A du cyclone.
Comme également illustré sur la figure 2, cette conduite 6 est sensiblement axiale au réacteur 1 dans un premier tronçon 6A en partie haute du réacteur, à écoulement dirigé vers le haut, aligné sur l'axe vertical de symétrie du réacteur ou parallèle à celui-ci. Ce premier tronçon 6A, où une vitesse de solides et de gaz de 25 à 35 mis peut être obtenue en sortie de ce tronçon 6A, est raccordé au réacteur 1 par une partie tronconique d'accélération 1A formant le plafond du réacteur, inclinée de 15 à 600 par rapport à un plan horizontal. Ce
6 plafond lA peut être de section circulaire ou carrée. Un déflecteur transversal d'entrée 6C est disposé à proximité de l'entrée du premier tronçon 6A de la conduite 6 reliant le réacteur et le cyclone. Ce déflecteur 6C permet d'accélérer et de concentrer les solides dilués en une couche concentrée. Ce premier déflecteur 6C est suivi d'un second déflecteur de changement de direction 6D qui permet de concentrer à nouveau les solides.
Ce premier tronçon 6A comporte à son entrée une jupe de restriction de section 7, assurant une section de 3 à 7 fois moindre que la section transversale du réacteur 1, où de l'air ou du fluide réactif peut être injecté à une vitesse de 80 à 150 m/s pour permettre le contrôle de la circulation externe des solides au niveau désiré par la charge opératoire de l'installation et donc par des temps de séjour des solides dans les zones de conversion de deux réacteurs interconnectés, par exemple. Cette jupe 7 est donc de forme évasée, de section horizontale inférieure à son extrémité inférieure et comporte avantageusement des injections de fluidisation à cette extrémité inférieure et des joints d'expansion à
proximité de son extrémité supérieure.
Cette conduite 6 est inclinée dans un dernier tronçon 68 en partie haute du cyclone, à écoulement dirigé vers le bas, l'inclinaison étant d'au moins 35 par rapport à un plan horizontal. Cette inclinaison de 35 peut être réduite à 20 si ce tronçon possède des fluidisations auxiliaires. Ainsi, il est obtenu un écoulement en phase dense au bas de ce dernier tronçon 68 et un écoulement gravitaire en masse des solides est favorisé.
Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 2, ce premier tronçon 6A
et ce dernier tronçon 68 sont relié par un tronçon intermédiaire 6E avec un fond inférieur incliné assurant un angle d'écoulement d'au moins 20 .
La conduite 6 débouche dans le plafond 2A du cydone à proximité de la périphérie de ce dernier par une fente 3 en arc de cercle, de largeur constante. Le bord périphérique externe de cette fente 3 est disposée en continuité avec la paroi cylindrique du cydone 2, afin de ne pas réduire la vitesse des solides et contribue à un rendement de séparation gaz I solides optimal dans le cyclone.
Ce premier tronçon 6A comporte à son entrée une jupe de restriction de section 7, assurant une section de 3 à 7 fois moindre que la section transversale du réacteur 1, où de l'air ou du fluide réactif peut être injecté à une vitesse de 80 à 150 m/s pour permettre le contrôle de la circulation externe des solides au niveau désiré par la charge opératoire de l'installation et donc par des temps de séjour des solides dans les zones de conversion de deux réacteurs interconnectés, par exemple. Cette jupe 7 est donc de forme évasée, de section horizontale inférieure à son extrémité inférieure et comporte avantageusement des injections de fluidisation à cette extrémité inférieure et des joints d'expansion à
proximité de son extrémité supérieure.
Cette conduite 6 est inclinée dans un dernier tronçon 68 en partie haute du cyclone, à écoulement dirigé vers le bas, l'inclinaison étant d'au moins 35 par rapport à un plan horizontal. Cette inclinaison de 35 peut être réduite à 20 si ce tronçon possède des fluidisations auxiliaires. Ainsi, il est obtenu un écoulement en phase dense au bas de ce dernier tronçon 68 et un écoulement gravitaire en masse des solides est favorisé.
Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 2, ce premier tronçon 6A
et ce dernier tronçon 68 sont relié par un tronçon intermédiaire 6E avec un fond inférieur incliné assurant un angle d'écoulement d'au moins 20 .
La conduite 6 débouche dans le plafond 2A du cydone à proximité de la périphérie de ce dernier par une fente 3 en arc de cercle, de largeur constante. Le bord périphérique externe de cette fente 3 est disposée en continuité avec la paroi cylindrique du cydone 2, afin de ne pas réduire la vitesse des solides et contribue à un rendement de séparation gaz I solides optimal dans le cyclone.
7 PCT/FR2009/051964 Le cyclone 2 comporte une sortie des fumées latérale 2B, par son cône inférieur, ou centrale 2ile, par son plafond, amenant ces fumées vers les échangeurs 5. Une chaudière de récupération de chaleur à écoulement horizontal, posée, peut être ainsi installée, comme illustré sur la figure 1.
Dans le cas d'une sortie latérale 2B, le cyclone est pourvu d'une jupe cylindrique 2B" interne qui est face à l'extrémité de la sortie 2B avec une distance entre elles. Le but de cette jupe 2B" est d'empêcher un passage direct des solides circulants vers le sortie 2B.
La conduite de retour de solides 4 en sortie du cydone est tronconique au moins sur sa partie inférieure, évasée d'un angle global a de 5 à 100, sa section augmentant en aval de la sortie du cyclone vers son autre extrémité plus basse.
Son extrémité plus basse est connectée à un dispositif 8 en forme de U, à
angles internes arrondis. En variante représentée sur la figure 3, ce dispositif 8 peut être en forme U, à angles formés par des faces 8A inclinées de 450.
Cette gaine de retour des solides 4 peut être verticale ou inclinée d'au plus 300 par rapport à un plan vertical.
Cette conduite 4 peut comporter une dérivation 8B vers un réacteur adjacent et des moyens d'introduction par gravité 8A de combustibles et/ou de solides réactionnels frais. Elle peut également comporter des injections de fluides en parois et des cannes d'aération 4A perforées situées au c ur de l'écoulement pour lubrifier les parois et diminuer les coefficients de frottement.
Le dispositif en U 8 assure un blocage de passage direct de gaz provenant du bas du réacteur 1 à plus forte pression vers la conduite de retour des solides 4.
Il comporte une alimentation 8A par gravité en combustibles et/ou en supports solides de réaction. Sa partie de remontée est d'une hauteur h, de valeur comprise entre la valeur de son diamètre et trois fois cette valeur de diamètre, afin de minimiser les pertes de charges.
Les figures 9 à 11 représentent des variantes de réalisation de ce dispositif en U et du retour des solides vers le(s) réacteur(s).
Dans le cas d'une sortie latérale 2B, le cyclone est pourvu d'une jupe cylindrique 2B" interne qui est face à l'extrémité de la sortie 2B avec une distance entre elles. Le but de cette jupe 2B" est d'empêcher un passage direct des solides circulants vers le sortie 2B.
La conduite de retour de solides 4 en sortie du cydone est tronconique au moins sur sa partie inférieure, évasée d'un angle global a de 5 à 100, sa section augmentant en aval de la sortie du cyclone vers son autre extrémité plus basse.
Son extrémité plus basse est connectée à un dispositif 8 en forme de U, à
angles internes arrondis. En variante représentée sur la figure 3, ce dispositif 8 peut être en forme U, à angles formés par des faces 8A inclinées de 450.
Cette gaine de retour des solides 4 peut être verticale ou inclinée d'au plus 300 par rapport à un plan vertical.
Cette conduite 4 peut comporter une dérivation 8B vers un réacteur adjacent et des moyens d'introduction par gravité 8A de combustibles et/ou de solides réactionnels frais. Elle peut également comporter des injections de fluides en parois et des cannes d'aération 4A perforées situées au c ur de l'écoulement pour lubrifier les parois et diminuer les coefficients de frottement.
Le dispositif en U 8 assure un blocage de passage direct de gaz provenant du bas du réacteur 1 à plus forte pression vers la conduite de retour des solides 4.
Il comporte une alimentation 8A par gravité en combustibles et/ou en supports solides de réaction. Sa partie de remontée est d'une hauteur h, de valeur comprise entre la valeur de son diamètre et trois fois cette valeur de diamètre, afin de minimiser les pertes de charges.
Les figures 9 à 11 représentent des variantes de réalisation de ce dispositif en U et du retour des solides vers le(s) réacteur(s).
8 Les figures 9 et 10 représentent un mode de réalisation de retours multiples des solides vers plusieurs réacteurs. La gaine de retour des solides 4 en sortie du cyclone 2 débouche dans une enceinte 18 pourvue sur son fond inférieur d'injection de fluidisation et portant sur sa partie haute quatre conduites indinées vers le bas et dont deux 19, 20 peuvent être raccordées au réacteur 1, dont une 21 peut être raccordée à un autre réacteur et dont une 22 peut être raccordée à
un échangeur. L'agencement de U précédemment décrit est ici conformé de façon tridimensionnelle autour de la gaine de retour 4.
La figure 11 représente un agencement de U 28 accolé à la partie basse 12 du réacteur 1. C'est alors une partie de paroi du réacteur qui forme le U.
Cet agencement comporte des injections de fluidisation 29 sur son fond inférieur.
La partie basse du réacteur 1 présente quant à elle une paroi inclinée pourvue d'injections de fluidisation primaires 30.
Selon un autre mode de réalisation illustré sur la figure 4, un tel dispositif de lit fluidisé rapide peut être pressurisé, par une mise en pression modérée de l'ordre de 6 à 10 bars, les parois tubées étant alors complétées par une seconde enceinte métallique externe résistant à la pression interne. La conduite 6' de liaison du réacteur 1' et du cyclone 5' présente alors uniquement un premier tronçon 6'A axial, en partie haute du réacteur, à écoulement dirigé vers le haut et un dernier tronçon 613 incliné, en partie haute du cyclone, à écoulement dirigé
vers le bas, l'inclinaison étant d'au moins 20 O par rapport à un plan horizontal.
Un tel agencement de conduite 6' ne comporte donc pas de tronçon intermédiaire de direction horizontale, comme vu sur la figure 2. Il est à
noter que même dans le cas d'un dispositif non pressurisé, un agencement selon la figure peut être utilisé et est même avantageux, car supprimant un transfert de direction horizontal des solides entre le réacteur et le cydone.
Comme également représenté sur la figure 1, un réacteur 1 pour lit fluidisé rapide conforme à l'invention comporte une enceinte 10 sensiblement cylindrique pour les applications sous pression, de section polyédrique, de préférence carrée ou rectangulaire, une partie haute 11 de raccordement à
un échangeur. L'agencement de U précédemment décrit est ici conformé de façon tridimensionnelle autour de la gaine de retour 4.
La figure 11 représente un agencement de U 28 accolé à la partie basse 12 du réacteur 1. C'est alors une partie de paroi du réacteur qui forme le U.
Cet agencement comporte des injections de fluidisation 29 sur son fond inférieur.
La partie basse du réacteur 1 présente quant à elle une paroi inclinée pourvue d'injections de fluidisation primaires 30.
Selon un autre mode de réalisation illustré sur la figure 4, un tel dispositif de lit fluidisé rapide peut être pressurisé, par une mise en pression modérée de l'ordre de 6 à 10 bars, les parois tubées étant alors complétées par une seconde enceinte métallique externe résistant à la pression interne. La conduite 6' de liaison du réacteur 1' et du cyclone 5' présente alors uniquement un premier tronçon 6'A axial, en partie haute du réacteur, à écoulement dirigé vers le haut et un dernier tronçon 613 incliné, en partie haute du cyclone, à écoulement dirigé
vers le bas, l'inclinaison étant d'au moins 20 O par rapport à un plan horizontal.
Un tel agencement de conduite 6' ne comporte donc pas de tronçon intermédiaire de direction horizontale, comme vu sur la figure 2. Il est à
noter que même dans le cas d'un dispositif non pressurisé, un agencement selon la figure peut être utilisé et est même avantageux, car supprimant un transfert de direction horizontal des solides entre le réacteur et le cydone.
Comme également représenté sur la figure 1, un réacteur 1 pour lit fluidisé rapide conforme à l'invention comporte une enceinte 10 sensiblement cylindrique pour les applications sous pression, de section polyédrique, de préférence carrée ou rectangulaire, une partie haute 11 de raccordement à
9 l'entrée du cyclone de séparation des solides 2 et une partie basse 12 de raccordement à la conduite de sortie des solides 4 du cyclone, de forme tronconique correspondante.
L'enceinte 10 peut être de section sensiblement constante, comme illustrée, ou être évasée d'un angle d'environ 5 , sa section inférieure étant en partie haute.
L'enceinte 10 comporte des profils de re-mélange 13 en forme de nervures, annulaires internes de section constante, par exemple trapézoïdale, réparties sur au moins une partie de sa hauteur et de préférence, comme représenté, sur toute la hauteur de l'enceinte. Ces nervures 13 ont des dimensions dépendantes des dimensions du réacteur et ont une épaisseur comprise entre 50 et 400 mm et sont espacées l'une de l'autre d'une distance de 1 à 4 m.
Comme illustré par des flèches sur la figure 5, ces nervures 13 ont pour fonction de décoller la couche d'écoulement annulaire axial descendant de solides qui se forme en partie haute du réacteur et de la dévier en direction du noyau central d'écoulement ascendant gazeux à haute vitesse chargé en solides plus fins.
Ainsi il est obtenu une homogénéité des températures radiales entre le centre et la périphérie annulaire de l'écoulement et un transfert optimal de masse et de chaleur entre les gaz et les différents types de solides présents dans le réacteur.
Trois variantes de réalisation des nervures de re-mélange sont représentées sur les figures 14 à 16.
Les figures 14A à 14C montrent des nervures tubées 102 qui sont crées par des tubes déportés selon une certaine périodidté, par exemple un tube sur deux, à partir d'une paroi constituée de tubes courants 101 et d'ailettes soudées 100. Ces nervures sont revêtues d'un garnissage réfractaire 103.
La figure 15 montre des nervures sur ancrages 106 soudés à une paroi constituée de tubes courants 101 et d'ailettes soudées 100, sur lesquels est coulé
ou damé un garnissage réfractaire 103 qui donne la géométrie désirée.
Les figures 16A à 16C montre des nervures sur étagères métalliques horizontales ajourées 104 supportées par des raidissements verticaux 105 soudés périodiquement à une paroi constituée de tubes courants 101 et d'ailettes soudées 100. Un garnissage réfractaire 103 procure la géométrie désirée.
5 La partie basse 12 du réacteur, représentée sur la figure 6, comporte une entrée 14 sensiblement axiale, c'est-à-dire alignée sur l'axe vertical de symétrie du réacteur, des solides de forme tronconique, multi-tronconique ou conique.
Ainsi est minimisée la perte d'énergie cinétique des débits de solides en circulation et donc évitée une accumulation des solides en partie basse du réacteur qui est une
L'enceinte 10 peut être de section sensiblement constante, comme illustrée, ou être évasée d'un angle d'environ 5 , sa section inférieure étant en partie haute.
L'enceinte 10 comporte des profils de re-mélange 13 en forme de nervures, annulaires internes de section constante, par exemple trapézoïdale, réparties sur au moins une partie de sa hauteur et de préférence, comme représenté, sur toute la hauteur de l'enceinte. Ces nervures 13 ont des dimensions dépendantes des dimensions du réacteur et ont une épaisseur comprise entre 50 et 400 mm et sont espacées l'une de l'autre d'une distance de 1 à 4 m.
Comme illustré par des flèches sur la figure 5, ces nervures 13 ont pour fonction de décoller la couche d'écoulement annulaire axial descendant de solides qui se forme en partie haute du réacteur et de la dévier en direction du noyau central d'écoulement ascendant gazeux à haute vitesse chargé en solides plus fins.
Ainsi il est obtenu une homogénéité des températures radiales entre le centre et la périphérie annulaire de l'écoulement et un transfert optimal de masse et de chaleur entre les gaz et les différents types de solides présents dans le réacteur.
Trois variantes de réalisation des nervures de re-mélange sont représentées sur les figures 14 à 16.
Les figures 14A à 14C montrent des nervures tubées 102 qui sont crées par des tubes déportés selon une certaine périodidté, par exemple un tube sur deux, à partir d'une paroi constituée de tubes courants 101 et d'ailettes soudées 100. Ces nervures sont revêtues d'un garnissage réfractaire 103.
La figure 15 montre des nervures sur ancrages 106 soudés à une paroi constituée de tubes courants 101 et d'ailettes soudées 100, sur lesquels est coulé
ou damé un garnissage réfractaire 103 qui donne la géométrie désirée.
Les figures 16A à 16C montre des nervures sur étagères métalliques horizontales ajourées 104 supportées par des raidissements verticaux 105 soudés périodiquement à une paroi constituée de tubes courants 101 et d'ailettes soudées 100. Un garnissage réfractaire 103 procure la géométrie désirée.
5 La partie basse 12 du réacteur, représentée sur la figure 6, comporte une entrée 14 sensiblement axiale, c'est-à-dire alignée sur l'axe vertical de symétrie du réacteur, des solides de forme tronconique, multi-tronconique ou conique.
Ainsi est minimisée la perte d'énergie cinétique des débits de solides en circulation et donc évitée une accumulation des solides en partie basse du réacteur qui est une
10 caractéristique typique du lit fluidisé circulant. Il n'est donc plus nécessaire d'utiliser autant d'énergie de fluidisation et les érosions internes des réfractaires et des buses de fluidisation sont également minimisées. Les vitesses de fluidisation sont comprises entre 10 et 40 m/s dans cette partie basse.
Le réacteur 1 peut donc être dépourvu de grille de fluidisation à buses multiples, qui est un composant complexe et coûteux en investissement, sujet à
bouchage et à érosion.
Le réacteur 1 comporte des injections 15 de moyens de fluidisation sur trois à cinq niveaux en parois de l'enceinte 10 et de la partie basse 12.
Cette partie basse comporte également au moins une entrée par gravité
8A de combustible et/ou de supports solides de réaction, située en aval du dispositif en U 8 qui peut comporter également une injection 15' de moyens de fluidisation au niveau de sa base, et un agencement d'extraction 16 des solides.
Cette entrée par gravité peut être équipée d'une injection axiale concentrique de gaz pour former un écran de gaz et éviter des collages aux parois.
Les injections en moyens de fluidisation 15, 15' permettent de piloter précisément le profil de vitesses des gaz dans la zone primaire d'accélération des solides que forme la partie basse 12 du réacteur. Cette accélération est essentielle pour atteindre un débit approprié de solides en circulation dans la boude et réaliser les réactions désirées dans le réacteur 1. Ces injections de moyens de fluidisation permettent également de piloter les atmosphères gazeuses locales par
Le réacteur 1 peut donc être dépourvu de grille de fluidisation à buses multiples, qui est un composant complexe et coûteux en investissement, sujet à
bouchage et à érosion.
Le réacteur 1 comporte des injections 15 de moyens de fluidisation sur trois à cinq niveaux en parois de l'enceinte 10 et de la partie basse 12.
Cette partie basse comporte également au moins une entrée par gravité
8A de combustible et/ou de supports solides de réaction, située en aval du dispositif en U 8 qui peut comporter également une injection 15' de moyens de fluidisation au niveau de sa base, et un agencement d'extraction 16 des solides.
Cette entrée par gravité peut être équipée d'une injection axiale concentrique de gaz pour former un écran de gaz et éviter des collages aux parois.
Les injections en moyens de fluidisation 15, 15' permettent de piloter précisément le profil de vitesses des gaz dans la zone primaire d'accélération des solides que forme la partie basse 12 du réacteur. Cette accélération est essentielle pour atteindre un débit approprié de solides en circulation dans la boude et réaliser les réactions désirées dans le réacteur 1. Ces injections de moyens de fluidisation permettent également de piloter les atmosphères gazeuses locales par
11 exemple d'assurer la libération de l'azote combustible des combustibles en bas du réacteur, grâce à la pyrolyse crée par l'apport de chaleur des solides chauds entrant et donc de réduire les oxydes d'azote dans des combustions à l'air ou à
l'oxygène.
Le réacteur 1 peut contenir au moins un lit intégré 14', tel que représenté
sur la figure 7, pouvant être installé sur une face ou plusieurs faces du réacteur.
Des alimentations en air secondaire 15 peuvent être réglées pour promouvoir le remplissage en solides de ce lit 14'.
Un tel lit intégré peut fonctionner en lit fluidisé ou en lit mobile et permet de contrôler l'inventaire en drculation pour un inventaire global donné et de piloter le débit de solides en circulation externe vers un autre réacteur. Ce lit intégré 14' peut comprendre une conduite 14A vers un autre réacteur et peut assurer un rôle de barrière carbone et soufre entre deux réacteurs interconnectés.
De préférence, un procédé de mise en oeuvre d'un tel dispositif de lit fluidisé rapide consiste à injecter dans le réacteur 1 un combustible et/ou un support de réaction, selon l'application, de granulométrie inférieure à 100 microns pour 90% de sa quantité et à injecter un gaz de fluidisation en partie basse du réacteur 1, à une vitesse de l'ordre de 10 à 40 m/s au bas du réacteur 1, la vitesse de gaz étant comprise entre 7 et 9 m/s dans le réacteur 1 et dans le cydone 2.
La concentration en solides à l'endroit où ladite conduite 6, 6' débouche dans ledit plafond 2A, 2'A du cyclone, comprise entre 20 et 60 kg/Nm3 à pleine charge.
En effet, le dispositif de lit fluidisé circulant conforme à l'invention présente les caractéristiques optimales pour assurer une fluidisation rapide et un flux saturé de solides circulants.
En ce qui concerne la conduite de liaison du réacteur et du cyclone, qui dassiquement est horizontale et se raccorde latéralement au réacteur et au cyclone, comme décrite dans le document de brevet EP 0 147 445, la conduite 6 conforme à l'invention présente une absence de tronçon horizontal, reliant le premier tronçon 6A et le dernier tronçon 6B, et donc entraîne un minimum de
l'oxygène.
Le réacteur 1 peut contenir au moins un lit intégré 14', tel que représenté
sur la figure 7, pouvant être installé sur une face ou plusieurs faces du réacteur.
Des alimentations en air secondaire 15 peuvent être réglées pour promouvoir le remplissage en solides de ce lit 14'.
Un tel lit intégré peut fonctionner en lit fluidisé ou en lit mobile et permet de contrôler l'inventaire en drculation pour un inventaire global donné et de piloter le débit de solides en circulation externe vers un autre réacteur. Ce lit intégré 14' peut comprendre une conduite 14A vers un autre réacteur et peut assurer un rôle de barrière carbone et soufre entre deux réacteurs interconnectés.
De préférence, un procédé de mise en oeuvre d'un tel dispositif de lit fluidisé rapide consiste à injecter dans le réacteur 1 un combustible et/ou un support de réaction, selon l'application, de granulométrie inférieure à 100 microns pour 90% de sa quantité et à injecter un gaz de fluidisation en partie basse du réacteur 1, à une vitesse de l'ordre de 10 à 40 m/s au bas du réacteur 1, la vitesse de gaz étant comprise entre 7 et 9 m/s dans le réacteur 1 et dans le cydone 2.
La concentration en solides à l'endroit où ladite conduite 6, 6' débouche dans ledit plafond 2A, 2'A du cyclone, comprise entre 20 et 60 kg/Nm3 à pleine charge.
En effet, le dispositif de lit fluidisé circulant conforme à l'invention présente les caractéristiques optimales pour assurer une fluidisation rapide et un flux saturé de solides circulants.
En ce qui concerne la conduite de liaison du réacteur et du cyclone, qui dassiquement est horizontale et se raccorde latéralement au réacteur et au cyclone, comme décrite dans le document de brevet EP 0 147 445, la conduite 6 conforme à l'invention présente une absence de tronçon horizontal, reliant le premier tronçon 6A et le dernier tronçon 6B, et donc entraîne un minimum de
12 perte de vitesse et d'énergie cinétique et évite toute accumulation de solides qui perturberait l'écoulement, tout en assurant une entrée périphérique dans le cydone, dirigée de façon optimale pour une séparation des solides et des fumées.
Cet agencement de conduite de liaison permet également d'abaisser sensiblement la hauteur du cyclone 2 par rapport au plafond du réacteur 1 et donc de réduire la hauteur d'ensemble de l'installation et les charpentes de soutien et donc d'améliorer très sensiblement la compacité et de réduire les coûts d'investissement.
En ce qui concerne la conduite de sortie des solides du cyclone, qui classiquement est de section constante, la forme tronconique de cette conduite conforme à linvention évite tout agglomérat et toute zone stagnante, de type pontage, des solides.
En ce qui concerne le dispositif en partie basse de cette conduite, qui classiquement est de forme en U à angles droits, la forme arrondie ou biseautée du dispositif 8 conforme à l'invention évite des pertes de vitesse et donc d'énergie, au niveau de ces angles.
En ce qui concerne le réacteur, qui classiquement est à parois tubées verticales et à retour latéral en solides, la présence des nervures de re-mélange 13 assure un transfert optimal de masse et de chaleur entre les gaz et les différents types de solides présents dans le réacteur et l'entrée 14 sensiblement axiale des solides minimise la perte d'énergie cinétique des débits de solides en circulation.
Il est ainsi possible d'obtenir une boucle rapide de circulation des solide, avec homogénéité totale des températures des gaz et des solides et maximisation des flux massiques de solides circulants sur l'ensemble de la boucle, la vitesse axiale étant la même dans le réacteur 1 et le cyclone 2, et d'atteindre une concentration élevée de solides, de l'ordre de 20 à 60 kg/Nm3 en entrée du cyclone. Une installation plus compacte et donc moins coûteuse est également obtenue, particulièrement dans le cas d'un dispositif pressurisé.
L'ensemble réacteur 1 et cyclone 2 forme une structure modulaire simple puisque réacteur et cyclone sont caractérisés uniquement par une même vitesse CA 02740506 2011-04-1.9
Cet agencement de conduite de liaison permet également d'abaisser sensiblement la hauteur du cyclone 2 par rapport au plafond du réacteur 1 et donc de réduire la hauteur d'ensemble de l'installation et les charpentes de soutien et donc d'améliorer très sensiblement la compacité et de réduire les coûts d'investissement.
En ce qui concerne la conduite de sortie des solides du cyclone, qui classiquement est de section constante, la forme tronconique de cette conduite conforme à linvention évite tout agglomérat et toute zone stagnante, de type pontage, des solides.
En ce qui concerne le dispositif en partie basse de cette conduite, qui classiquement est de forme en U à angles droits, la forme arrondie ou biseautée du dispositif 8 conforme à l'invention évite des pertes de vitesse et donc d'énergie, au niveau de ces angles.
En ce qui concerne le réacteur, qui classiquement est à parois tubées verticales et à retour latéral en solides, la présence des nervures de re-mélange 13 assure un transfert optimal de masse et de chaleur entre les gaz et les différents types de solides présents dans le réacteur et l'entrée 14 sensiblement axiale des solides minimise la perte d'énergie cinétique des débits de solides en circulation.
Il est ainsi possible d'obtenir une boucle rapide de circulation des solide, avec homogénéité totale des températures des gaz et des solides et maximisation des flux massiques de solides circulants sur l'ensemble de la boucle, la vitesse axiale étant la même dans le réacteur 1 et le cyclone 2, et d'atteindre une concentration élevée de solides, de l'ordre de 20 à 60 kg/Nm3 en entrée du cyclone. Une installation plus compacte et donc moins coûteuse est également obtenue, particulièrement dans le cas d'un dispositif pressurisé.
L'ensemble réacteur 1 et cyclone 2 forme une structure modulaire simple puisque réacteur et cyclone sont caractérisés uniquement par une même vitesse CA 02740506 2011-04-1.9
13 axiale de 7 à 9 m/s. Il est donc possible d'agencer de tels modules élémentaires en lignes ou en polygones. On peut alors construire un ensemble de 2, 3, 4, 6, réacteurs soit l'équivalent de 100 à 800 MWe pour une chaudière de combustion à
l'air à pression atmosphérique. La figure 8 illustre le cas d'un ensemble constitué
de six modules élémentaires réacteur 1 et cyclone 2.
Il est également possible d'associer plusieurs cyclones à un réacteur 1 comme illustré sur les figures 12 et 13.
Dans les deux exemples représentés, deux cyclones 21 et 22 sont associés au réacteur 1. Selon la figure 12, les deux cydones sont conformés selon l'invention, avec la conduite 61 et 62 reliant le réacteur et le cydone débouchant dans le plafond de chaque cyclone. Selon la figure 13, seul un cyclone 21 est ainsi réalisé, l'autre cyclone 22 étant disposé à mi hauteur du réacteur 1 au moyen d'une sortie latérale. Il y a alors soutirage des solides à mi-hauteur et en partie haute.
Un tel dispositif de lit fluidisé rapide trouve de très nombreuses applications et en particulier peut former :
un système de combustion, de combustibles solides, liquides ou gazeux contenant du carbone d'origine fossile ou non fossile et destiné à la production de vapeur ; cette combustion peut être effectuée à l'air, à l'air enrichi d'au plus 90% d'oxygène ou aux fumées recyclées enrichies d'au plus 90%
d'oxygène ;
un système de combustion aux oxydes métalliques et alcalins en cycle de transport d'oxygène par oxydation et réduction, comportant des injections d'air ou d'air enrichi pour l'oxydation des oxydes et de vapeur d'eau / CO2 recyclé
pour la réduction des oxydes, de combustibles solides, liquides ou gazeux contenant du carbone d'origine fossile ou non fossile et destiné à la production de vapeur ;
un système de même type que les précédents mais de gazéification de combustibles de toute nature ;
l'air à pression atmosphérique. La figure 8 illustre le cas d'un ensemble constitué
de six modules élémentaires réacteur 1 et cyclone 2.
Il est également possible d'associer plusieurs cyclones à un réacteur 1 comme illustré sur les figures 12 et 13.
Dans les deux exemples représentés, deux cyclones 21 et 22 sont associés au réacteur 1. Selon la figure 12, les deux cydones sont conformés selon l'invention, avec la conduite 61 et 62 reliant le réacteur et le cydone débouchant dans le plafond de chaque cyclone. Selon la figure 13, seul un cyclone 21 est ainsi réalisé, l'autre cyclone 22 étant disposé à mi hauteur du réacteur 1 au moyen d'une sortie latérale. Il y a alors soutirage des solides à mi-hauteur et en partie haute.
Un tel dispositif de lit fluidisé rapide trouve de très nombreuses applications et en particulier peut former :
un système de combustion, de combustibles solides, liquides ou gazeux contenant du carbone d'origine fossile ou non fossile et destiné à la production de vapeur ; cette combustion peut être effectuée à l'air, à l'air enrichi d'au plus 90% d'oxygène ou aux fumées recyclées enrichies d'au plus 90%
d'oxygène ;
un système de combustion aux oxydes métalliques et alcalins en cycle de transport d'oxygène par oxydation et réduction, comportant des injections d'air ou d'air enrichi pour l'oxydation des oxydes et de vapeur d'eau / CO2 recyclé
pour la réduction des oxydes, de combustibles solides, liquides ou gazeux contenant du carbone d'origine fossile ou non fossile et destiné à la production de vapeur ;
un système de même type que les précédents mais de gazéification de combustibles de toute nature ;
14 un système de même type que les précédents mais de pyrolyse de combustibles de toute nature ;
un système de craquage de coupes pétrolières voire de bitumes et de pétroles bruts ;
un système de capture des oxydes de soufre, des composés chlorés ou du dioxyde de carbone, en aval de chaudières existantes :
un système de traitement à haute température de goudrons et d'hydrocarbures d'ordre supérieur en aval d'une unité de gazéification et / ou de craquage et / ou de pyrolyse;
un système de précakination et de clinkérisation de cru de cimenterie.
un système de craquage de coupes pétrolières voire de bitumes et de pétroles bruts ;
un système de capture des oxydes de soufre, des composés chlorés ou du dioxyde de carbone, en aval de chaudières existantes :
un système de traitement à haute température de goudrons et d'hydrocarbures d'ordre supérieur en aval d'une unité de gazéification et / ou de craquage et / ou de pyrolyse;
un système de précakination et de clinkérisation de cru de cimenterie.
Claims (15)
1) Dispositif de lit fluidisé rapide comportant un réacteur (1, 1'), au moins un cyclone de séparation des solides (2, 2') en sortie de ce réacteur, comportant une paroi supérieure (2A, 2'A) dite plafond, une conduite de retour de solides (4, 4') vers le réacteur en sortie de solides dudit cyclone et des échangeurs (5) associés au circuit de fumées en sortie dudit cyclone, une conduite (6, 6') reliant en partie haute ledit réacteur audit cyclone, caractérisé en ce que ladite conduite (6, 6') débouche dans ledit plafond (2A, 2'A) du cyclone.
2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite conduite (6, 60 est sensiblement axiale audit réacteur dans un premier tronçon (6A, 6'A) en partie haute du réacteur, à écoulement dirigé vers le haut.
3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit premier tronçon (6A, 6'A) est raccordé audit réacteur par une partie tronconique (1A, 1'A) formant le plafond dudit réacteur (1, 1'), inclinée de 15 à 60° par rapport à la verticale.
4) Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'un déflecteur transversal d'entrée (60) est disposé à l'entrée dudit premier tronçon (6).
5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ladite conduite (6, 6') est inclinée dans un dernier tronçon (6B, 6'B) en partie haute du cyclone (2, 2'), à écoulement dirigé vers le bas.
6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite inclinaison est d'au moins 20° par rapport à l'horizontale.
7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite conduite (6, 6') débouche dans ledit plafond (2A, 2'A) du cyclone à proximité
de la périphérie de ce dernier par une fente (3) en arc de cercle.
de la périphérie de ce dernier par une fente (3) en arc de cercle.
8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite conduite de retour de solides (4) est tronconique au moins sur sa partie inférieure, sa section augmentant en aval de la sortie du cyclone (2) vers son autre extrémité plus basse.
9) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite conduite tronconique est évasée d'un angle global (.alpha.) de 5 à 10°.
10) Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que ladite extrémité plus basse est connectée à un dispositif en forme de U (8), à angles internes arrondis.
11) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit dispositif en U est conformé de façon tridimensionnelle autour de ladite conduite de retour (4), de sorte à
former des retours multiples vers plusieurs réacteurs.
former des retours multiples vers plusieurs réacteurs.
12) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit dispositif en U (28) est accolé à la partie basse du dit réacteur (1), une partie de paroi du réacteur formant le U.
13) Procédé de mise en uvre d'un dispositif de lit fluidisé rapide tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 12, le procédé comprenant l'étape d'injecter dans ledit réacteur (1, 1') un combustible et/ou un support de réaction de granulométrie inférieure à 100 microns pour 90% de sa quantité.
14) Procédé de mise en uvre d'un dispositif de lit fluidisé rapide tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 12, le procédé comprenant l'étape d'appliquer dans ledit réacteur (1, 1') et dans ledit cyclone (2, 2') une même vitesse axiale de gaz comprise entre 7 et 9 m/s.
15) Procédé de mise en uvre d'un dispositif de lit fluidisé rapide selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, comprenant l'étape d'obtenir une concentration en solides à
l'endroit où ladite conduite (6, 6') débouche dans ledit plafond (2A, 2'A) du cyclone, comprise entre 20 et 60 kg/Nm3à pleine charge.
l'endroit où ladite conduite (6, 6') débouche dans ledit plafond (2A, 2'A) du cyclone, comprise entre 20 et 60 kg/Nm3à pleine charge.
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