CA3039727C

CA3039727C - Dispositif de production de dihydrogene, procede de production de dihydrogene a partir d'un tel dispositif et utilisation d'un tel dispositif

Info

Publication number: CA3039727C
Application number: CA3039727A
Authority: CA
Inventors: Olivier Lepez; Philippe Sajet
Original assignee: ETIA Evaluation Technologique Ingenierie et Applications SARL
Current assignee: ETIA Evaluation Technologique Ingenierie et Applications SARL
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2021-07-20
Anticipated expiration: 2036-10-18
Also published as: JP7021234B2; US11845661B2; JP2019532010A; EP3529337A1; US20190256354A1; CA3039727A1; CN109863232A; WO2018072816A1

Abstract

L' invention concerne un dispositif de production d'un gaz dihydrogène (G) comportant une enceinte (1), des moyens de convoyage du produit dans l'enceinte qui comprennent une vis (10) montée pour tourner dans l'enceinte selon un axe géométrique de rotation, des moyens de chauffage par effet Joule de la vis, une unité d'élimination (12) d'impuretés présentes dans le gaz. 1/ invention concerne également un procédé de fabrication de dihydrogène à partir d' un tel dispositif ainsi qu'une application du dispositif au traitement de produit de type matière CSR ou matière polymérique.

Description

Dispositif de production de dihydrogène, procédé
de production de dihydrogène à partir d'un tel dispositif et utilisation d'un tel dispositif L'invention concerne un dispositif de production d'un gaz dihydrogène c'est-à-dire un gaz ayant comme principal composant de l'hydrogène. L'invention concerne également l'utilisation d'un tel dispositif pour la valorisation d'un produit de type matière CSR (composés solides de récupération) ou matière polymérique.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un gaz dihydrogène à partir d'un tel dispositif.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
Le dihydrogène est utilisé dans de nombreux domaines de l'industrie notamment dans l'industrie chimique et pétrochimique par exemple pour permettre le raffinage des hydrocarbures. L'utilisation du dihydrogène en tant que combustible est de plus en plus envisagé et utilisé à la fois dans le domaine de l'automobile et celui des piles à combustibles.
Bien qu'il existe des gisements de dihydrogène naturels, la majorité du dihydrogène utilisé est du dihydrogène fabriqué industriellement du fait de la relative difficulté à extraire et stocker du dihydrogène qui est un gaz très léger.
Il existe donc un besoin constant de dispositif permettant la fabrication de gaz dihydrogène de manière relativement simple.
OBJET DE L'INVENTION
Un but de l'invention est de proposer un dispositif permettant de générer un gaz dihydrogène ainsi que l'utilisation de ce dispositif pour la valorisation de produit type matière CSR ou matière polymérique. Un but de l'invention est également de proposer un procédé
de fabrication d'un gaz dihydrogène à partir d'un tel dispositif.

2 BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
En vue de la réalisation de ce but, on propose un dispositif de production d'un gaz dihydrogène par traitement thermique d'un produit sous forme de solides divisés, le dispositif comportant :
- une enceinte comprenant une entrée d'alimentation en produit, une sortie basse de récupérations des résidus du produit traité et une sortie haute d'extraction du gaz issu du traitement du produit, - des moyens de convoyage du produit entre l'entrée de l'enceinte et la sortie basse de l'enceinte qui comprennent une vis montée pour tourner dans l'enceinte selon un axe géométrique de rotation et qui comprennent des moyens d'entraînement en rotation de la vis, - des moyens de chauffage par effet Joule de la vis, - une unité d'élimination d'impuretés présentes dans le gaz, ladite unité étant raccordée à la sortie haute de l'enceinte.
De la sorte le produit est introduit à l'entrée de l'enceinte sous forme de solides divisés et la vis pousse de façon continue les solides divisés vers la sortie basse de l'enceinte. Du fait du mode de chauffage avantageux de la vis par effet Joule, les solides divisés se chauffent très rapidement et se transforment sans coller à la spire de la vis générant ainsi un gaz qui une fois traité par l'unité présente de manière surprenante un fort taux en dihydrogène.
Des expérimentations effectuées par la demanderesse ont ainsi permis d'obtenir des taux de dihydrogène en sortie de l'unité d'élimination autour de 60% selon le produit d'entrée.
Le gaz concentré en dihydrogène obtenu par l'invention s'avère donc être une très bonne alternative

3 au gaz dihydrogène naturel.
De plus, le gaz dihydrogène en sortie de l'invention s'avère directement injectable dans des contenants (bouteilles, citernes ou dans un réseau de distribution de gaz.
En outre, l'invention peut être alimentée en produit de toute sorte comme des biomasses mais s'avère particulièrement avantageuse avec des produits de type matière CSR (composés solides de récupération) ou matière polymérique comme le plastique. Ceci s'avère particulièrement avantageux dans un cadre toujours plus important de valorisation des déchets, en particulier les déchets non fermentescibles pour lesquels les solutions de valorisation sont moins développées.
Par gaz dihydrogène on entend au sens de l'invention un gaz ayant comme composant majoritaire du dihydrogène étant entendu que ledit gaz peut comprendre en plus faible proportions d'autres composants comme du méthane.
Selon un aspect particulier de l'invention, le dispositif comporte en outre, en sortie de l'unité
d'élimination, un système d'épuration du gaz en dihydrogène, le système d'épuration étant raccordé à
l'unité d'élimination.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comporte une cheminée d'entrée qui est connectée à l'entrée de l'enceinte et qui comprend des moyens de raccordement étanches à l'entrée de l'enceinte de sorte à limiter l'air entrant dans l'enceinte.
Selon un aspect particulier de l'invention, le dispositif comporte une cheminée de sortie qui est connectée à la sortie basse de l'enceinte et qui comprend des moyens de raccordement étanches à la sortie basse de l'enceinte de sorte à limiter l'air entrant dans l'enceinte.

4 Selon un aspect particulier de l'invention, l'unité d'élimination d'impuretés comporte des moyens de craquage du gaz.
Selon un aspect particulier de l'invention, l'unité d'élimination d'impuretés comporte des moyens de filtrage de poussières et de particules solides présentes dans le gaz.
Selon un aspect particulier de l'invention, les moyens de filtrage comportent un cyclone haute température ou un filtre céramique haute température ou un filtre à charbon actif.
Selon un aspect particulier de l'invention, le système d'épuration comporte un seul étage de purification.
Selon un aspect particulier de l'invention, le système d'épuration comporte un appareil d'adsorption par inversion de pression.
Selon un mode de réalisation particulier, dans lequel un gaz d'échappement du système d'épuration est utilisé par l'unité d'élimination pour traiter le gaz issu du traitement du produit.
Par ailleurs, l'invention concerne l'utilisation du dispositif précité à la valorisation d'un produit de type matière CSR ou matière polymérique.
Par ailleurs, l'invention concerne également un procédé de fabrication d'un gaz dihydrogène à partir d'un tel dispositif comprenant les étapes de :
- pyrolyser le produit, - éliminer les impuretés présentes dans le gaz.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit en référence aux figures annexées parmi lesquelles :
- la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif selon un mode de réalisation particulier non limitatif de l'invention, - la figure 2 est une vue schématique d'un four à
craquage du dispositif illustré à la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique d'un four à

5 craquage selon une variante du four illustré à la figure 2.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En référence à la figure 1, le dispositif selon un mode de réalisation particulier de l'invention permet de produire un gaz dihydrogène par traitement thermique, ici par pyrolyse, d'un produit sous forme de solides divisés.
Le produit est par exemple formé de matière polymérique. Le produit est typiquement du plastique comprenant majoritairement du polyéthylène et du polytéréphtalate d'éthylène. De façon particulière, les solides divisés se présentent sous la forme de granulés en trois dimensions de type granules ou pellets. Les dimensions maximales desdits solides divisés sont de préférence comprises entre 2 et 30 millimètres.
Le dispositif selon l'invention comporte une enceinte 1, de direction générale essentiellement horizontale, qui est maintenue à distance du sol par des piétements (non représentés ici). L'enceinte 1 comporte une enveloppe externe, ici unitaire, qui est par exemple métallique, en particulier réalisée en acier inox amagnétique. Selon un mode de réalisation particulier, l'enceinte 1 comporte en outre ici une enveloppe interne unitaire en matériau réfractaire. Un caisson technique 3 est fixé à chacune des extrémités de l'enceinte 1.
L'enceinte 1 comporte ici une entrée 4 d'alimentation en produit de l'enceinte 1, entrée 4 qui est aménagée dans le couvercle de l'enceinte 1 sensiblement au niveau d'une première extrémité de l'enceinte 1.

6 PCT/EP2016/074940 Bien entendu, le fond et le couvercle de l'enceinte 1 sont définis par rapport au sol sur lequel repose l'enceinte 1.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comporte une cheminée d'entrée 5 qui est connectée à l'entrée 4 de l'enceinte.
De préférence, la cheminée d'entrée 5 comporte des moyens de raccordement étanches 2 à l'entrée 4 de l'enceinte 1 de sorte à limiter l'air entrant dans l'enceinte 1, air qui réduirait le taux en dihydrogène du gaz en sortie d'enceinte ce qui n'est pas souhaité. Ces moyens de raccordement étanches 2 permettent également de contrôler le débit du produit versé dans l'enceinte 1.
Lesdits moyens de raccordement étanches 2 comportent par exemple un sas hermétique agencé entre la cheminée d'entrée 5 et l'entrée 4 de l'enceinte 1 et commandé par des vannes.
La cheminée d'entrée 5 est par exemple connectée à
une trémie d'alimentation ou encore à une unité de broyage, de compactage ou de granulation du produit en solides divisés ou encore à une unité de pré-conditionnement des solides divisés, une unité de pré-conditionnement permettant de chauffer et/ou de sécher les solides divisés à des valeurs prescrites de température et d'humidité relative ou encore de densifier lesdits solides divisés.
L'enceinte 1 comporte en outre une sortie basse 6 aménagée ici dans le fond de l'enceinte 1 sensiblement au niveau de la deuxième des deux extrémités de l'enceinte 1. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comporte une cheminée de sortie 7 qui est connectée à la sortie basse 6 de l'enceinte 1.
De préférence, la cheminée de sbittie 7 comporte des moyens de raccordement étanches 8 à la sortie basa . E
de l'enceinte 1 de sorte à limiter l'air entrant dans

7 l'enceinte 1, air qui réduirait le taux en dihydrogène du gaz en sortie d'enceinte 1 ce qui n'est pas souhaité. Ces moyens de raccordement étanches 8 permettent également de contrôler le débit d'évacuation des résidus du produit traité thermiquement dans l'enceinte 1. Lesdits moyens de raccordement étanches 8 comportent par exemple un sas hermétique agencé entre la cheminée de sortie et la sortie basse et commandé par des vannes.
La cheminée de sortie 7 est par exemple connectée à une unité de refroidissement 9 des résidus soit dans un but de destruction des résidus soit dans un but de valorisation desdits résidus qui pourront par exemple être utilisés en tant que combustibles, moyennant éventuellement une ou plusieurs étapes de traitement supplémentaire.
Par ailleurs, le dispositif comprend des moyens de convoyage du produit entre l'entrée de l'enceinte et la sortie basse de l'enceinte. Lesdits moyens comportent ainsi une vis 10 qui s'étend ici dans l'enceinte 1 selon un axe géométrique X entre les deux caissons techniques 3 et qui est montée pour tourner autour dudit axe géométrique X dans l'enceinte 1. La vis 10 est par exemple en acier inoxydable réfractaire. La vis 10 est ainsi résistante à de hautes températures typiquement comprises entre 700 et 1200 degrés. La vis 10 a ici une forme de serpentin hélicoïdal qui est fixé, par exemple par soudure, à ses deux extrémités en bout d'un tronçon d'arbre. Chacun desdits tronçon d'arbre est relié à son autre extrémité, par le biais d'une bride, à un arbre coaxial qui traverse le caisson technique d'extrémité
associé.
Les moyens de convoyage comportent en outre des moyens d'entraînement en rotation de la vis 10 autour de l'axe géométrique X qui sont ici agencés dans l'un des caissons techniques 3. Selon un aspect particulier de

8 l'invention, les moyens d'entraînement en rotation comportent un moteur électrique 14 et des moyens de liaison mécanique entre l'arbre de sortie du moteur et une extrémité de l'arbre coaxial associé, l'arbre coaxial entraînant lui-même la vis 10. Les moyens d'entraînement en rotation comportent ici des moyens de contrôle de la vitesse de rotation de l'arbre de sortie du moteur qui comprennent par exemple un variateur de vitesses. Les moyens de contrôle permettent ainsi d'adapter la vitesse de rotation de la vis 10 au produit convoyé c'est-à-dire d'adapter le temps de séjour du produit dans l'enceinte 1.
Le dispositif comporte en outre des moyens de chauffage par effet Joule de la vis 10 qui sont ici agencés dans les caissons techniques 3. Selon un mode de réalisation particulier, les moyens de chauffage comportent des moyens de génération d'un courant électrique et des moyens de raccordement des deux extrémités de la vis aux deux polarités desdits moyens de génération. A cet effet, chaque arbre coaxial est rigidement solidaire d'un tambour coaxial en matériau électriquement conducteur, sur lequel frottent des charbons d'amenée du courant électrique, reliés par des fils conducteurs (non représentés ici) aux moyens de génération d'un courant électrique. La vis 10 est ainsi traversée par la même intensité tout le long de l'axe géométrique X.
De préférence, la vis 10 est conformée de sorte à
avoir une résistance électrique variant le long de son axe X et permettant ainsi d'offrir simultanément des zones de chauffages différentes le long de son axe X. De façon particulière, la vis 10 est ainsi conformée de sorte à avoir un profil de température tel que la température en entrée 4 de l'enceinte 1 soit supérieure à
la température en sortie 6, 11 de l'enceinte 1. Ceci

9 permet de limiter le collage des solides divisés en matière plastique sur la spire de la vis 10 à leur entrée dans l'enceinte 1 du fait de la fonte desdits solides divisés sous l'action du chauffage de la vis 10.
Selon un aspect particulier de l'invention, les moyens de chauffage comportent des moyens de régulation de l'intensité du courant électrique traversant la vis

10. Les moyens de régulation comportent ici un gradateur interposé entre les moyens de génération du courant électrique et les moyens de raccordement. Les moyens de régulation permettent ainsi d'adapter l'intensité
électrique traversant la vis 10 au produit convoyé.
L'enceinte 1, les moyens de convoyage et les moyens d'alimentation forment donc ainsi ici un réacteur de pyrolyse pour le produit introduit dans l'enceinte 1.
Par ailleurs, l'enceinte 1 comporte également une sortie haute 11 pour l'extraction des gaz issus de la pyrolyse du produit, ladite sortie haute 11 étant aménagée ici dans le couvercle de l'enceinte 1 sensiblement au niveau de la deuxième des deux extrémités de ]'enceinte 1. La sortie haute 11 est ici légèrement en amont de la sortie basse de l'enceinte 1 relativement à
l'entrée 4 de l'enceinte.
Le dispositif comporte en outre une unité
d'élimination 12 d'impuretés présentes dans le gaz.
Ladite unité 12 est raccordée à la sortie haute 11 de sorte que le gaz soit extrait en continu de l'enceinte 1 (au contraire de l'entrée 4 et de la sortie basse 6 qui sont conformées de sorte que l'alimentation en produit et l'évacuation des résidus puissent se faire de façon discontinue).
Selon un aspect particulier de l'invention, l'unité d'élimination 12 d'impuretés comporte des moyens de craquage du gaz qui sont ici directement raccordés à
la sortie haute 11 de l'enceinte 1.

Ces moyens de craquage vont permettre de craquer les goudrons et les phases huileuses présents dans le gaz de sorte à récupérer en sortie des moyens de craquage un gaz plus propre.
5 Les moyens de craquage comportent par exemple un four de craquage 13.
En référence à la figure 1, le four de craquage 13 comporte un bâti 14 tubulaire d'axe Y vertical. Le bâti 14 est ici également conformée de sorte à présenter 10 une section circulaire (section ayant pour normale l'axe Y).
La bâti 14 comporte une entrée 15 pour l'introduction du gaz à traiter, entrée 15 qui est ici raccordée à la sortie 11 de l'enceinte 1.
Le bâti 14 comporte par ailleurs une sortie 16 par laquelle est évacué le gaz. L'entrée 15 est agencée en partie basse du bâti 14 et la sortie 16 est agencée en partie haute du bâti14.
De façon particulière, l'entrée 15 s'étend sensiblement tangentiellement au bâti 14. L'entrée 15 est donc agencée de sorte à faire pénétrer le gaz dans le bâti 14 le long de la paroi interne du bâti 14. Ceci permet de générer un effet cyclonique de sorte que le gaz s'écoule hélicoïdalement dans le bâti 14. Ceci favorise le traitement du gaz.
De préférence, la sortie 16 est également agencée tangentiellement au bâti 14. De préférence, l'entrée 15 et la sortie 16 sont agencées à l'opposée l'une de l'autre, selon la direction radiale, relativement au bâti 14 afin de faciliter la circulation du gaz à traiter dans tout le bâti 14.
De façon privilégiée, le bâti 14 est en matériau réfractaire. Les parois internes du bâti 14 présentent donc de bonnes propriétés de rayonnement thermique. Plus précisément ici, le bâti 14 est en céramique. La

11 céramique choisie pour le bâti 14 présente de préférence une densité de puissance surfacique comprise entre 10 et 50 kilowatt par mètre carré. La céramique choisie est par exemple de l'alumine. Le matériau du bâti 14 peut être aussi du béton réfractaire résistant à une température d'au moins 1400 C. Le four de craquage 13 comporte par ailleurs des moyens d'évacuation de particules solides éventuellement parasites, telles que des poussières, contenues dans le gaz à traiter. La demanderesse a pu constater qu'en réalité une partie importante de ces particules solides était des particules de carbone semi-cristallin formées par le procédé de craquage lui-même.
Le dispositif permet donc une production de particules de carbone semi-cristallin (à partir d'un produit initial à
base de CSR ou de déchets plastiques) qui peuvent ensuite être éventuellement valorisées.
A cet effet, les moyens d'évacuation comportent ici une conduite d'évacuation 40 et une vanne 41, par exemple de type rotative, guillotine ou à double sas, agencée dans ladite conduite d'évacuation 40. La vanne 41 permet d'assurer une étanchéité du bâti 14 afin de limiter l'entrée d'oxygène par la conduite d'évacuation 40 dans le bâti 14, oxygène qui nuirait au craquage. La conduite d'évacuation 40 s'étend ici depuis le fond 42 du bâti 14 vers l'extérieur du bâti 14. La conduite d'évacuation 40 est ici agencée de sorte à déboucher à une extrémité
sensiblement au centre dudit fond 42 du bâti 14. La conduite d'évacuation 40 s'étend ici selon l'axe Y.
Il suffit donc simplement d'ouvrir la vanne 40 pour laisser tomber les particules solides hors du bâti 14. De préférence, le fond 42 du bâti 14 est concave de sorte à
former un entonnoir permettant non seulement un meilleur stockage des particules solides mais également une évacuation facilitée de ces particules par la conduite d'évacuation 40 débouchant dans cet entonnoir.

12 De plus, le four de craquage 13 comporte des moyens de chauffage dudit gaz à traiter qui comprennent notamment un tube de chauffage 17. Le tube de chauffage 17 est conformé de sorte à s'étendre verticalement selon l'axe Y dans le bâti 14, coaxialement audit bâti 14. Le tube de chauffage 17 est ici également conformé de sorte à présenter une section circulaire (section ayant pour normale l'axe Y). Ainsi, le bâti 14 et le tube de chauffage 17 délimitent entre eux un espace intérieur de section annulaire (section ayant pour normale l'axe Y) formant une zone de traitement 43 du gaz. Par ailleurs, le tube de chauffage 17 est conformé de sorte que son extrémité inférieure 44 est fermée et agencée à
l'intérieur du bâti 14 sans toutefois toucher le fond 42 du bâti 14. Ceci facilite le dépôt des particules solides sur le fond 42 du bâti facilitant leur évacuation.
Le tube de chauffage 17 présente toutefois une hauteur, prise selon l'axe Y, proche de celle du bâti 14 typiquement comprise entre 90 et 99 % de la hauteur de du bâti 14. L'extrémité supérieure 45 du tube de chauffage débouche quant à elle hors du bâti 14, au-dessus du plafond 46 du bâti 14.
De façon privilégiée, le tube de chauffage 17 est en céramique. La céramique choisie présente de préférence une densité de puissance surfacique comprise entre 10 et 50 kilowatt par mètre carré. La céramique choisie est par exemple de l'alumine.
Les moyens de chauffage comportent en outre une conduite d'entrée 47 d'un combustible de chauffage (gaz naturel, fuel, gaz de synthèse épuré, ou encore gaz traité par le présent four de craquage 13 dont une partie est prélevée au niveau de la sortie 16 du four de craquage 13 pour alimenter la conduite d'entrée 47, ou encore gaz récupéré à un autre endroit amont ou aval du dispositif raccordé à un brûleur 48 desdits moyens de

13 chauffage, brûleur 48 lui-même raccordé à l'extrémité
supérieure 46 du tube de chauffage 17. Les moyens de chauffage comportent également une conduite de sortie 49 du combustible brûlé également raccordée à l'extrémité
supérieure 45 du tube de chauffage 17.
De préférence, les moyens de chauffage utilisent d'abord un combustible de chauffage extérieur au four de craquage 13 pour initialiser le chauffage du tube de chauffage 17 (de type gaz naturel, fuel, gaz de synthèse épuré et une fois le traitement du gaz débuté, les moyens de chauffage prélèvent une partie du gaz d'échappement E en sortie du système d'épuration (ici de l'étage d'épuration 21) pour assurer le chauffage du tube de chauffage 17 (comme nous le verrons par la suite).
De la sorte, le four de craquage 13 s'avère relativement autonome et ne requiert un combustible extérieur que pour initialiser le début du craquage.
Le combustible extérieur pourra également être utilisé en cours de fonctionnement, lorsque le simple prélèvement du gaz traité en sortie 16 du four de craquage 13 n'est pas suffisant pour alimenter le brûleur.
On constate donc que le chauffage du gaz à traiter est indirect puisqu'il n'y a pas de contact physique entre le gaz de chauffage ou le combustible et le gaz à
traiter : seuls le tube de chauffage 17 et les parois internes réfractaires du bâti 14 permettent de chauffer le gaz à traiter.
La configuration particulière du bâti 14 et du tube de chauffage 17 associé permet ainsi de définir une zone de traitement 43 étroite dans lequel le gaz à traiter se retrouve confiné tout au long de sa traversée du bâti 14, zone de traitement 43 chauffée extérieurement par les parois réfractaires internes du bâti 14 et chauffée intérieurement par le tube de chauffage 17. Ceci permet

14 d'obtenir un chauffage homogène du gaz à traiter dans toute la zone de traitement assurant ainsi un bon craquage des phases huiles et des goudrons indésirables.
En référence à la figure 3, on variante, les moyens d'évacuation des particules solides ne comportent plus de conduite d'évacuation et de vanne associée mais un filtre 150 s'étendant verticalement selon l'axe Y dans le bâti 114, coaxialement audit bâti 114 et au tube de chauffage 117, de sorte que le tube de chauffage 117 s'étende à
l'intérieur du filtre 150 dans le bâti 114. Le filtre 150 est ici également conformé de sorte à présenter une section circulaire (section ayant pour normale l'axe Y).
Le filtre 150 a une hauteur égale à celle du bâti 114 de sorte à être solidaire d'une part du plafond 146 du bâti 114 et d'autre part du fond 142 du bâti 114.
De la sorte, le bâti 114 et le tube de chauffage 117 délimitent toujours entre eux un espace intérieur formant une zone de traitement 143 du gaz mais le filtre 150 et le tube de chauffage 117 délimitent en outre également entre eux une zone de filtrage 151 du gaz.
Le filtre 150 est par exemple en céramique.
L'entrée 115 du bâti 114 est ici conformée pour déboucher directement dans ladite zone de filtrage 151 du gaz. A cet effet, l'entrée 115 débouche au niveau du fond 142 du bâti 114 dans ladite zone de filtrage 151. Quant à
la sortie 116, elle est conformée pour déboucher dans la zone de traitement 143 mais à l'extérieur de la zone de filtrage 151.
Dans les deux variantes, le four de craquage est ici conformé pour soumettre le gaz à une température comprise entre 1000 C (degrés Celsius) et 1700 C, et de préférence entre 1000 C et 1200 C. Le four de craquage 13 est préférentiellement conformé pour soumettre le gaz à une température d'environ 1050 C à 1200 C.

Ceci va permettre non seulement d'éliminer goudrons et phases huileuses du gaz mais également d'enrichir le gaz en dihydrogène. En effet, du fait de la température élevée, le méthane présent dans le gaz va également 5 réagir grâce à la présence d'autres molécules au cours du craquage ce qui va permettre d'augmenter la proportion de dihydrogène dans le gaz.
Par ailleurs, le four de craquage 13 est ici conformé pour que le gaz traverse le bâti 14 avec un 10 temps de séjour court (typiquement entre 0,5 et 2 secondes).
L'unité d'élimination 12 comporte en outre ici également des moyens de filtrage 19 qui sont par exemple directement raccordés à la sortie du four de craquage 13

15 afin d'éliminer poussières et particules solides encore présentes dans le gaz en particulier d'éliminer les particules de carbone semi-cristallin présentes dans le gaz. Les moyens de filtrage 19 comportent typiquement un cyclone haute température et/ou un filtre haute température (tel qu'un filtre céramique) et/ou un filtre à charbon actif agencé en travers de la canalisation raccordée à la sortie du four de craquage 13. Le cyclone et/ou le filtre est ainsi résistant à de hautes températures typiquement comprises entre 600 et 1000 degrés Celsius.
De préférence, l'unité d'élimination 12 comporte également un échangeur thermique 20 directement raccordé
aux moyens de filtrage 19 (an amont ou en aval des moyens de filtrage 19 selon la température à laquelle peuvent travailler lesdits moyens de filtrage 19) ce qui permet ici de refroidir le gaz à une température compatible avec l'aval du dispositif. La température du gaz en sortie de l'échangeur thermique 20 est située entre 500 C et 1000 C
et à une pression légèrement inférieure à la pression atmosphérique.

16 PCT/EP2016/074940 En sortie de l'unité d'élimination 12, le gaz présente déjà un fort taux en dihydrogène compris entre 55 et 65 % du volume total dans le cas du traitement de matière CSR ou plastique (mais entre 20 et 40% dans le cas du traitement de biomasse).
Par ailleurs, le dispositif comporte un système d'épuration en dihydrogène 21 du gaz en sortie de l'unité
d'élimination 12. Le système d'épuration en dihydrogène 21 est ici directement raccordé à la sortie de l'échangeur thermique 20.
Selon un aspect particulier de l'invention, le système d'épuration 21 comporte un étage de préparation du gaz et un étage de purification du gaz.
L'étage de préparation comporte par exemple des premiers moyens de séchage du gaz 30 qui sont raccordés à
la sortie de l'unité d'élimination 12.
L'étage de préparation comprend également des moyens de mise sous pression du gaz, typiquement à l'aide d'un surpresseur 31. Le surpresseur 31 est typiquement raccordé aux moyens de séchage du gaz 30.
L'étage de préparation comprend également un compresseur 32 raccordé à la sortie du surpresseur 31 ainsi que des deuxièmes moyens de séchage du gaz 33 qui sont raccordés à la sortie du compresseur 32.
Cette étape de préparation permet typiquement de retirer l'eau présente dans le gaz et également de comprimer le gaz avant son arrivée dans l'étage de purification.
De façon particulière, l'étage de purification du gaz comporte un appareil d'adsorption par inversion de pression 34 qui est directement raccordé à la sortie de l'étage de préparation du gaz.
Ceci va permettre de retirer quasiment en totalité, en une seule opération, non seulement le méthane, mais également le monoxyde de carbone ainsi que

17 le dioxyde de carbone et d'autres composants minoritaires (comme de l'eau par exemple) encore présents dans le gaz.
En sortie de l'étage de purification, c'est-à-dire en sortie du système d'épuration 21, on récupère ainsi un gaz dihydrogène G très pur. Typiquement le gaz G
en sortie du système d'épuration comprend plus de 99,9 %
de dihydrogène en volume.
On note que le gaz dihydrogène G en sortie de l'appareil d'adsorption par inversion de pression 34 est suffisamment pur pour pouvoir être directement stocké ou utilisé. On n'a donc besoin d'aucune autre machine de type machine par séparation membranaire à la suite de l'appareil d'adsorption par inversion de pression 34.
On note également que l'appareil d'adsorption par inversion de pression 34 permet l'obtention de gaz d'échappement E plus pauvre en dihydrogène (de l'ordre de 25% en volume malgré tout) qui peut être valorisé par exemple en étant réutilisé par le four de craquage 13 (comme déjà indiqué précédemment) ou encore en étant utilisé dans le domaine énergétique du fait de sa teneur en méthane. Pour des besoins d'optimisation énergétique, on pourra par exemple produire de l'électricité à partir de la combustion de ce gaz dans un moteur à gaz.
Le procédé de fabrication de dihydrogène à l'aide du dispositif précité va être à présent décrit.
Tout d'abord, le produit à traiter est introduit dans la cheminée d'entrée 5 sous forme de solides divisés et la vis 10 pousse de façon continue les solides divisés vers la sortie basse 6 de l'enceinte 1. Du fait de la température de la vis 10, les solides divisés se ramollissent progressivement jusqu'à fondre ce qui va générer du gaz déjà chargé en dihydrogène.
La vis 10 assure ainsi à la fois un traitement thermique du produit et le convoyage du produit.
De préférence, le traitement thermique du produit

18 se fait à haute température dans l'enceinte 1, typiquement entre 500 et 1000 degrés Celsius et préférentiellement entre 600 et 800 degrés Celsius.
De préférence, le dispositif est conformé de sorte que le produit demeure entre 10 et 30 minutes dans l'enceinte et encore plus préférentiellement entre 15 et 20 minutes.
Ceci permet donc de pyrolyser efficacement le produit et ainsi de récupérer en sortie haute 11 de l'enceinte 1 un gaz déjà très chargé en dihydrogène.
Les résidus carbonés du produit sont alors évacués au niveau de la sortie basse 6.
Par ailleurs, le gaz extrait en sortie haute 11 de l'enceinte 1 est introduit dans le four de craquage 13 par l'entrée 15. Parallèlement, le brûleur 48 assure une combustion du combustible de chauffage ce qui génère l'évacuation d'un gaz de chauffage (symbolisé par des triangles dans la figure 2) dans le tube de chauffage 17.
Ledit gaz de chauffage vient alors descendre dans le tube de chauffage 17 avant de remonter naturellement vers l'extrémité supérieure 15 du tube de chauffage 17 où il est évacué par la conduite de sortie 16 vers l'extérieur du four de craquage 13. La présence et le mouvement du gaz de chauffage permet de chauffer efficacement le tube de chauffage 17 sur toute sa hauteur ce qui entraîne un chauffage de la zone de traitement 43 par convection (au niveau du tube de chauffage 17) et par rayonnement (de par le matériau particulier constituant le bâti 14). Le gaz à traiter est donc efficacement, rapidement et uniformément chauffé à la température nécessaire au craquage thermique des huiles et goudrons présents dans ledit gaz mais également du méthane pour provoquer un enrichissement en dihydrogène du gaz. Le four de craquage 13 chauffe ainsi ici le gaz à une température d'environ 1500 C.

19 Le gaz à traiter circule naturellement, et avantageusement de manière hélicoïdal grâce à l'effet cyclonique engendré par la disposition tangentielle de l'entrée 15, dans le four de craquage 13 entre l'entrée 15 basse du bâti 14 et la sortie 16 haute du bâti 14 dans toute la zone de traitement 43 ce qui lui laisse le temps d'être correctement traité avant d'être évacué du bâti 14 au niveau de la sortie 16. On récupère ainsi en sortie du four de craquage 13 un gaz comprenant environ 60% de dihydrogène en volume.
Le gaz traverse alors le reste de l'unité
d'élimination 12. On récupère ainsi un gaz plus propre en sortie de ladite unité d'élimination 12 et enrichi en dihydrogène. On récupère ainsi en sortie de l'unité
d'élimination 12 un gaz comprenant environ 60% de dihydrogène en volume.
Puis le gaz traverse le système d'épuration 21 qui va permettre de retirer à son tour successivement eau, dioxyde de carbone, diazote et méthane. On récupère ainsi en sortie du dispositif un gaz G plus pur en ce qui concerne le taux de dihydrogène.
Le gaz G en sortie du système d'épuration, et donc du dispositif, s'avère avoir ainsi un très fort taux en dihydrogène. Typiquement le gaz G en sortie du dispositif présente un taux en dihydrogène supérieur à
99,99 %.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.
En particulier, bien qu'ici le produit alimentant le dispositif soit du plastique comprenant majoritairement du polyéthylène et du polytéréphtalate d'éthylène, le dispositif pourra utiliser d'autre type de produit pour la production du dihydrogène. Le produit pourra ainsi aussi bien être par exemple une biomasse qu'un solide polymérique, comme un déchet de plastique, de caoutchouc ou d'élastomère ou un encore un solide comprenant du carton, une matière métallique tel que de 5 l'aluminium ... ou encore un combustible solide de récupération. On rappelle qu'une biomasse désigne les fractions biodégradables des produits, déchets et résidus provenant de l'industrie en général et de l'agriculture, de la sylviculture et des industries connexes en 10 particulier.
Le produit pourra comprendre un seul type de solide (polymérique, plastique, CSR, biomasse _) ou plusieurs types de solide. Les solides divisés pourront se présenter sous la forme de granulés en trois 15 dimensions ou encore de feuillets en deux dimensions. De façon générale, les solides divisés pourront se présenter sous forme de poudre, de granulés, de morceaux, de fibres Par ailleurs, l'enceinte et les moyens de

20 convoyage et de chauffage par effet joule associés pourront être différents de ce qui a été indiqué. Par exemple, les moyens de raccordement étanches de l'entrée d'alimentation et/ou de la sortie basse pourront comprendre d'autres éléments qu'un sas comme par exemple une vanne écluse ou encore un appareil de dosage. La vis et les moyens de chauffage par effet joule associés pourront ainsi être conformés pour autoriser un chauffage par palier du produit, la vis présentant par exemple une résistance électrique variant le long de son axe et permettant ainsi d'offrir simultanément des zones de chauffages différentes le long de son axe.
De même, le système d'épuration pourra être différent de ce qui a été indiqué. Par exemple, ledit système pourra comprendre un nombre différent d'étage de purification que ce qui a été décrit.

21 Le dispositif pourra être conformé de sorte que l'enceinte soit remplie d'un gaz inerte pour limiter ou pour éliminer la présence d'oxygène dans l'enceinte.
Le four de craquage pourra être différent de ce qui a été indiqué. Ainsi bien qu'ici le bâti présente une section circulaire, le bâti pourra présenter une section différente telle qu'une section elliptique. On préférera toutefois avoir un bâti avec une section circulaire qui favorise les échanges thermiques au sein de la zone de traitement. De même le tube de chauffage pourra présenter une section différente d'une section circulaire telle qu'une section elliptique. On préférera toutefois avoir un tube de chauffage avec une section circulaire qui favorise les échanges thermiques au sein de la zone de traitement. Dans tous les cas, on privilégiera un four de craquage dans lequel le tube de chauffage et le bâti présentent la même forme de section ce qui favorise les échanges thermiques au sein de la zone de traitement.
Bien qu'ici le bâti soit en alumine, le bâti pourra être dans un tout autre matériau : une autre céramique, un béton réfractaire, un métal ou un alliage de métal¨ On privilégiera cependant les matériaux réfractaires tels que le béton réfractaire ou la céramique qui favoriseront le traitement du gaz. En outre, on prendra également en considération la nature du gaz à traiter (corrosif ou non notamment).
De même bien qu'ici le tube de chauffage soit en alumine, le tube de chauffage pourra être dans un tout autre matériau : une autre céramique, un béton réfractaire, un métal ou un alliage de métal ¨ On privilégiera cependant les matériaux réfractaires tels que le béton réfractaire ou la céramique qui favoriseront le traitement du gaz. En outre, on prendra également en considération la nature du gaz à traiter (corrosif ou non notamment).

22 De même bien qu'ici le filtre soit en alumine, le filtre pourra être dans un tout autre matériau : une autre céramique, un béton réfractaire, un métal ou un alliage de métal ¨ On privilégiera cependant les matériaux réfractaires tels que le béton réfractaire ou la céramique qui favoriseront le traitement du gaz. En outre, on prendra également en considération la nature du gaz à traiter (corrosif ou non notamment).

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de production d'un gaz dihydrogène (G) par traitement thermique d'un produit sous forme de solides divisés, le gaz dihydrogène ayant comme composant majoritaire du dihydrogène, le dispositif comprenant :
une enceinte (1) comprenant une entrée (4) d'alimentation en produit, une sortie basse (6) de récupérations des résidus du produit traité et une sortie haute (11) d'extraction du gaz issu du traitement du produit, des moyens de convoyage du produit entre l'entrée de l'enceinte et la sortie basse de l'enceinte qui comprennent une vis (10) montée pour tourner dans l'enceinte selon un axe géométrique de rotation (X) et qui comprennent des moyens d'entraînement en rotation de la vis, des moyens de chauffage par effet Joule de la vis, une unité d'élimination (12) d'impuretés présentes dans le gaz, ladite unité étant raccordée à la sortie haute de l'enceinte, dans lequel l'unité d'élimination (12) d'impuretés comprend un four de craquage du gaz (13 ;
113) conformé pour soumettre le gaz à une température comprise entre 1000 C et 1700 C.

2. Dispositif selon la revendication 1, comprenant en outre un système d'épuration (21) du gaz en sortie de l'unité d'élimination, le système d'épuration étant raccordé à l'unité d'élimination.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, comprenant une cheminée d'entrée (5) qui est connectée à
l'entrée (4) de l'enceinte et qui comprend des moyens de raccordement étanches (2) à l'entrée de l'enceinte de sorte à limiter l'air entrant dans l'enceinte.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant une cheminée de sortie (7) qui est connectée à la sortie basse de l'enceinte et Date Reçue/Date Received 2020-10-15 qui comprend des moyens de raccordement étanches (8) à la sortie basse (6) de l'enceinte de sorte à limiter l'air entrant dans l'enceinte.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'unité d'élimination (12) d'impuretés comprend des moyens de filtrage (19) de poussières, de particules solides présentes dans le gaz et de particules à base de carbone semi-cristallin.

6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel les moyens de filtrage (19) sont raccordés à la sortie des moyens de craquage.

7. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel les moyens de filtrage (19) comprennent un cyclone haute température ou un filtre céramique haute température ou un filtre à charbon actif.

8. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le système d'épuration comprend un seul étage de purification.

9. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 8, dans lequel le système d'épuration (21) comprend un appareil d'adsorption par inversion de pression (34).

10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2, 8 ou 9, dans lequel un gaz d'échappement du système d'épuration (21) est utilisé par l'unité d'élimination (12) pour traiter le gaz issu du traitement du produit.

11. Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le produit alimentant l'enceinte (1) est de type matière CSR
ou matière polymérique.

12. Procédé de production d'un gaz dihydrogène (G) à partir d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant les étapes de :
- pyrolyser le produit, - éliminer les impuretés présentes dans le gaz.
Date Reçue/Date Received 2020-10-15