FR3092117A1 - Procédé et dispositif de production de produits énergétiques par craquage catalytique d’un matériau solide hydrocarboné sans formation de coke - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de production d’un produit (51) énergétique par craquage catalytique d’un matériau solide hydrocarboné sans formation de coke, dans lequel on forme un débit d’une composition, dite dispersion (52) de craquage oxygénée, par mélange :- d’un débit d’une composition, dite dispersion (40) hydrocarbonée, comprenant : + un liquide (30,32) inerte vis-à-vis du craquage catalytique ; + un matériau (1) solide à l’état divisé contenant au moins un composé hydrocarboné ; + au moins un catalyseur (10) de craquage catalytique, et ; + au moins un composé (20) alcalin, et ;- d’un débit d’une composition, dite composition (23) oxygénée, apte à introduire du dioxygène (O2) gazeux dans ladite dispersion (40) hydrocarbonée ;puis, on chauffe ladite dispersion (52) de craquage oxygénée à une température comprise entre 260°C et 360°C, supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné du matériau (1) solide à l’état divisé, ce par quoi au moins un hydrocarbure (50) gazeux et du dihydrogène (H2) gazeux sont formés du fait du craquage catalytique ;caractérisé en ce que ladite dispersion (40) hydrocarbonée est à une température inférieure à la température de craquage de chaque composé hydrocarboné du matériau solide à l’état divisé lors de son mélange avec ladite composition (23) oxygénée. L’invention concerne aussi un dispositif de production d’un produit énergétique pour la mise en œuvre de ce procédé. Figure à publier avec l’abrégé : Fig.1
Description
L'invention concerne un procédé et un dispositif de production de produits énergétiques -notamment de carburant- par craquage catalytique d’un matériau
solide hydrocarboné sans formation de coke. L'invention concerne un tel procédé et un tel dispositif de production d’hydrocarbures, dits « carburant », « diesel » ou « gazole », « essence » ou « kérosène », à chaînes courtes, aptes à être utilisés à titre de carburant pour un moteur à essence ou pour un moteur diesel ou pour un turboréacteur ou pour un turbocompresseur. L’invention concerne en particulier un tel procédé et un tel dispositif de production de produits énergétiques par craquage catalytique d’un matériau solide hydrocarboné comprenant un déchet -notamment un déchet solide comprenant de la biomasse-. L’invention concerne donc en particulier un tel procédé et un tel dispositif de production de produits énergétiques et de valorisation d’un déchet, notamment d’un déchet contenant de la biomasse.
solide hydrocarboné sans formation de coke. L'invention concerne un tel procédé et un tel dispositif de production d’hydrocarbures, dits « carburant », « diesel » ou « gazole », « essence » ou « kérosène », à chaînes courtes, aptes à être utilisés à titre de carburant pour un moteur à essence ou pour un moteur diesel ou pour un turboréacteur ou pour un turbocompresseur. L’invention concerne en particulier un tel procédé et un tel dispositif de production de produits énergétiques par craquage catalytique d’un matériau solide hydrocarboné comprenant un déchet -notamment un déchet solide comprenant de la biomasse-. L’invention concerne donc en particulier un tel procédé et un tel dispositif de production de produits énergétiques et de valorisation d’un déchet, notamment d’un déchet contenant de la biomasse.
Dans tout le texte :
- le terme « craquage » désigne la réaction thermique de conversion d’un composé hydrocarboné en hydrocarbures de poids moléculaires plus faibles que le poids moléculaire du composé hydrocarboné, impliquant une rupture de liaisons covalentes ;
- l’expression « matériau hydrocarboné » désigne un matériau comprenant au moins un composé hydrocarboné, c’est-à-dire au moins un composé formé majoritairement d’atomes de carbone et d’atomes d’hydrogène. Il peut s’agir d’un matériau formé exclusivement de composés hydrocarbonés. Il peut aussi s’agir d’un matériau comprenant au moins un composé hydrocarboné et au moins un composé exempt de carbone et d’hydrogène. Un tel matériau hydrocarboné peut comprendre au moins un composé hydrocarboné présentant au moins un hétéroatome tel que, par exemple, l’oxygène (O), l’azote (N), le phosphore (P), le soufre (S), au moins un halogène (Cℓ, Br, F, I), etc. L’expression « matériau hydrocarboné » désigne aussi un matériau pouvant comprendre de la biomasse ;
- le terme « déchet » désigne la partie en pratique non utilisée d’une matière, nécessitant un stockage et/ou un retraitement approprié en vue de son stockage. Il peut s’agir par exemple d’un déchet industriel, d’un déchet agricole -telles que des parties non valorisées de plantes- ou d’un déchet ménager.
- le terme « craquage » désigne la réaction thermique de conversion d’un composé hydrocarboné en hydrocarbures de poids moléculaires plus faibles que le poids moléculaire du composé hydrocarboné, impliquant une rupture de liaisons covalentes ;
- l’expression « matériau hydrocarboné » désigne un matériau comprenant au moins un composé hydrocarboné, c’est-à-dire au moins un composé formé majoritairement d’atomes de carbone et d’atomes d’hydrogène. Il peut s’agir d’un matériau formé exclusivement de composés hydrocarbonés. Il peut aussi s’agir d’un matériau comprenant au moins un composé hydrocarboné et au moins un composé exempt de carbone et d’hydrogène. Un tel matériau hydrocarboné peut comprendre au moins un composé hydrocarboné présentant au moins un hétéroatome tel que, par exemple, l’oxygène (O), l’azote (N), le phosphore (P), le soufre (S), au moins un halogène (Cℓ, Br, F, I), etc. L’expression « matériau hydrocarboné » désigne aussi un matériau pouvant comprendre de la biomasse ;
- le terme « déchet » désigne la partie en pratique non utilisée d’une matière, nécessitant un stockage et/ou un retraitement approprié en vue de son stockage. Il peut s’agir par exemple d’un déchet industriel, d’un déchet agricole -telles que des parties non valorisées de plantes- ou d’un déchet ménager.
On connaît de WO2018/127438 un procédé et un dispositif de production de carburant par craquage catalytique d’un matériau solide hydrocarboné. Dans ce procédé, on chauffe une dispersion hydrocarbonée d’un matériau solide à l’état divisé contenant au moins un composé hydrocarboné, un catalyseur de craquage catalytique, un composé alcalin dans un liquide inerte vis-à-vis du craquage catalytique, à une température supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné et on introduit dans la chambre de craquage et au contact de la dispersion hydrocarbonée à la température de craquage, un débit de composition gazeuse oxygénée apte à permettre une réaction exothermique de combustion d’au moins une partie de dihydrogène gazeux produit lors du craquage.
Un tel apport de composition gazeuse oxygénée dans la chambre de craquage contribue à une production d’énergie thermique complémentaire permettant d’élever la température dans la chambre de craquage et d’atteindre la température de craquage des composés hydrocarbonés de plus haute température de craquage.
Un tel apport de composition gazeuse oxygénée dans la chambre de craquage contribue à une production d’énergie thermique complémentaire favorisant le maintien à l’état gazeux des hydrocarbures formés lors de la réaction de craquage, par compensation au moins partielle, voire excédentaire, de l’enthalpie (endothermique) de vaporisation des hydrocarbures formés.
Les inventeurs ont cependant observé que l’introduction incontrôlée de dioxygène (O2) gazeux dans ladite dispersion hydrocarbonée en cours de craquage -c’est-à-dire dans ladite dispersion hydrocarbonée portée préalablement à cette introduction à une température provoquant le craquage d’au moins un composé hydrocarboné et la formation de dihydrogène (H2) gazeux dans la chambre de craquage- entraine une réaction exothermique incontrôlée de combustion du dihydrogène (H2) gazeux en présence de dioxygène (O2) gazeux et une augmentation incontrôlée de la température.
L’augmentation incontrôlée de la température résultant de cette réaction exothermique incontrôlée ne permet pas de garantir la formation de produits énergétiques sans formation de coke, de dioxines et de furannes.
Cette augmentation incontrôlée de la température ne permet pas non plus de garantir le maintien des produits énergétiques à l’état gazeux issus du craquage à une température suffisamment basse pour permettre -notamment dans des conditions compatibles avec une mise en œuvre à l’échelle industrielle- leur condensation et leur récupération à l’état liquide.
L’invention vise à pallier cet inconvénient.
L’invention vise donc à proposer un procédé de production de produit énergétique -notamment de carburant- par craquage catalytique d’un matériau -notamment d’un déchet- solide hydrocarboné sans augmentation incontrôlée de la température lors du craquage.
L'invention vise également à proposer un tel procédé de production de produit énergétique par craquage catalytique d’un matériau solide hydrocarboné sans formation de coke, de dioxines et de furannes.
L'invention concerne donc un procédé de production d’un produit énergétique -notamment de carburant- par craquage catalytique d’un matériau -notamment d’un déchet- solide hydrocarboné sans formation de coke, dans lequel on forme un débit d’une composition, dite dispersion de craquage oxygénée, par mélange :
- d’un débit d’une composition, dite dispersion hydrocarbonée, comprenant :
+ un liquide inerte vis-à-vis du craquage catalytique -c’est-à-dire un liquide choisi pour ne pas subir de modification de sa structure chimique lors du craquage catalytique- ;
+ un matériau solide à l’état divisé contenant au moins un composé hydrocarboné ;
+ au moins un catalyseur -notamment un catalyseur solide à l’état divisé- de craquage catalytique, et ;
+ au moins un composé alcalin ;
- d’un débit d’une composition, dite composition oxygénée, apte à introduire du dioxygène (O2) gazeux dans ladite dispersion hydrocarbonée ;
puis on chauffe ladite dispersion de craquage oxygénée à une température comprise entre 260°C et 360°C, supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné du matériau solide à l’état divisé, ce par quoi au moins un hydrocarbure gazeux et du dihydrogène (H2) gazeux sont formés du fait du craquage catalytique d’au moins un composé hydrocarboné ;
caractérisé en ce que ladite dispersion hydrocarbonée est à une température inférieure à la température de craquage de chaque composé hydrocarboné du matériau solide à l’état divisé lors de son mélange avec ladite composition oxygénée.
- d’un débit d’une composition, dite dispersion hydrocarbonée, comprenant :
+ un liquide inerte vis-à-vis du craquage catalytique -c’est-à-dire un liquide choisi pour ne pas subir de modification de sa structure chimique lors du craquage catalytique- ;
+ un matériau solide à l’état divisé contenant au moins un composé hydrocarboné ;
+ au moins un catalyseur -notamment un catalyseur solide à l’état divisé- de craquage catalytique, et ;
+ au moins un composé alcalin ;
- d’un débit d’une composition, dite composition oxygénée, apte à introduire du dioxygène (O2) gazeux dans ladite dispersion hydrocarbonée ;
puis on chauffe ladite dispersion de craquage oxygénée à une température comprise entre 260°C et 360°C, supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné du matériau solide à l’état divisé, ce par quoi au moins un hydrocarbure gazeux et du dihydrogène (H2) gazeux sont formés du fait du craquage catalytique d’au moins un composé hydrocarboné ;
caractérisé en ce que ladite dispersion hydrocarbonée est à une température inférieure à la température de craquage de chaque composé hydrocarboné du matériau solide à l’état divisé lors de son mélange avec ladite composition oxygénée.
Dans un procédé selon l’invention, on transforme par craquage catalytique, au moins un composé hydrocarboné du matériau solide hydrocarboné en un produit énergétique -notamment en un hydrocarbure- de masse moléculaire inférieure à la masse moléculaire du composé hydrocarboné. On transforme au moins un composé hydrocarboné en un produit énergétique choisi dans le groupe formé des alcane(s), des cycloalcane(s), des alcène(s) et des hydrocarbures aromatiques, sans formation de coke, de dioxines et de furannes.
Selon l’invention, on réalise l’étape de mélange de ladite dispersion hydrocarbonée et de ladite composition oxygénée de façon à placer et maintenir le dioxygène (O2) gazeux de ladite composition oxygénée au contact du catalyseur et du matériau solide à l’état divisé et de l’hydrogène (H2) gazeux formé lors du craquage. En particulier, on réalise cette mise en contact par malaxage de ladite dispersion hydrocarbonée. On réalise cette étape de mélange et de malaxage par tout moyen.
Dans un procédé selon l’invention, le dihydrogène (H2) gazeux formé du fait du craquage catalytique subit une réaction exothermique de combustion contrôlée en présence du dioxygène (O2) gazeux de ladite dispersion de craquage oxygénée.
Selon l’invention, on mélange ladite composition oxygénée et ladite dispersion hydrocarbonée de façon à permettre, ultérieurement au mélange et dès l’initiation du craquage catalytique, une réaction exothermique de combustion de dihydrogène (H2) gazeux naissant dans ladite dispersion de craquage oxygénée du fait de la réaction de craquage, en présence de dioxygène (O2) gazeux. Selon l’invention, lors de la réaction de craquage, le dihydrogène (H2) gazeux formé du fait du craquage est consommé par combustion exothermique dès son apparition.
Dans un procédé selon l’invention, on mélange ladite composition oxygénée et ladite dispersion hydrocarbonée alors que ladite dispersion hydrocarbonée est à une température inférieure à la température de craquage de chaque composé hydrocarboné -c’est-à-dire en absence de craquage et de toute formation de dihydrogène (H2) gazeux et de tout produit énergétique gazeux- de façon à permettre lors du chauffage ultérieur de ladite dispersion de craquage oxygénée jusqu’à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné, une réaction exothermique de combustion contrôlée du dihydrogène (H2) gazeux naissant dans ladite dispersion de craquage oxygénée du fait du craquage, sans accumulation de dihydrogène (H2) gazeux dans ladite dispersion de craquage oxygénée. Dans un procédé selon l’invention, on réalise ce mélange de façon que la réaction exothermique de combustion du dihydrogène (H2) gazeux se produise de façon contrôlée et sans inflammation.
Selon l’invention, on ajuste le débit de ladite composition oxygénée, la quantité d’oxygène dans ladite composition oxygénée et le débit de ladite dispersion hydrocarbonée de façon que la température de ladite dispersion de craquage oxygénée ne dépasse pas la température de formation de coke, de dioxines et de furannes.
Les inventeurs ont découvert de façon surprenante que le chauffage de ladite dispersion de craquage oxygénée à une température supérieure ou égale à la température de craquage d'au moins un composé hydrocarboné, n’entraine pas d’inflammation consécutive au dégagement de dihydrogène (H2) gazeux issu du craquage.
Un tel chauffage de ladite dispersion de craquage oxygénée permet en réalité -du fait de sa combinaison avec la réaction exothermique de combustion du dihydrogène (H2) gazeux- de former et de vaporiser au moins un produit énergétique sans combustion -notamment sans inflammation- spontanée, du(des) produit(s) énergétique(s).
Le fait qu’une quantité contrôlée de dioxygène (O2) gazeux soit présente dans ladite dispersion de craquage oxygénée avant que celle-ci atteigne la température de craquage, c’est-à-dire que du dioxygène (O2) gazeux soit réparti dans ladite dispersion de craquage oxygénée avant craquage, permet lorsque ladite dispersion de craquage oxygénée atteint la température de craquage catalytique et que du dihydrogène (H2) gazeux naissant soit produit, que dès l’instant de sa formation, ce dihydrogène (H2) gazeux naissant participe avec le dioxygène (O2) gazeux à une réaction exothermique de combustion du dihydrogène (H2) gazeux parfaitement contrôlée.
Les inventeurs supposent que la réaction exothermique de combustion contrôlée du dihydrogène (H2) gazeux permet de compenser in situ dans ladite dispersion de craquage oxygénée au moins en partie l’enthalpie de vaporisation endothermique des produits énergétiques et de maintenir la température de ladite dispersion de craquage oxygénée à une température permettant la poursuite du craquage catalytique et permettant l’entrée des produits énergétiques à l’état gazeux dans la distillation.
Ainsi, la proportion d’hydrogène (H2) gazeux dans ladite dispersion de craquage oxygénée est nécessairement inférieure à la proportion d’hydrogène (H2) gazeux formé dans le procédé de WO2018/127438, dans lequel le dioxygène (O2) gazeux est introduit au cours de la réaction de craquage et est susceptible de conduire à une réaction incontrôlée de combustion du fait de l’accumulation du dihydrogène (H2) gazeux issu du craquage catalytique et formé initialement en absence de dioxygène (O2) gazeux.
Les inventeurs ont observé qu’une proportion volumique de dihydrogène (H2) gazeux inférieure à 4% par rapport au volume gazeux dans ladite dispersion de craquage oxygénée permet en réalité une réaction exothermique contrôlée de combustion du dihydrogène (H2) gazeux, sans inflammation et également sans formation de coke, de dioxines et de furannes.
Dans un procédé selon l’invention, on introduit le débit de ladite composition oxygénée dans le débit de ladite dispersion hydrocarbonée avant l’initiation du craquage catalytique. Dans un procédé selon l’invention, on malaxe ladite dispersion de craquage oxygénée de façon à permettre une répartition homogène du dioxygène (O2) gazeux dans ladite dispersion de craquage oxygénée à température inférieure à la température de craquage de chaque composé hydrocarboné.
Dans un procédé selon l’invention, on réalise une condensation d’au moins un hydrocarbure à l’état gazeux formé lors du craquage catalytique, dans des conditions propres à former le produit énergétique à l’état liquide. On réalise une telle condensation (d’un état gazeux à un état liquide) à pression atmosphérique.
Dans certains modes de réalisation d’un procédé selon l’invention, on chauffe ladite dispersion de craquage oxygénée à une température comprise entre 260°C et 350°C supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné du matériau solide à l’état divisé. Dans d’autres modes de réalisation, on chauffe ladite dispersion de craquage oxygénée à une température comprise entre 260°C et 340°C, notamment comprise entre 260°C et 330°C, de préférence entre 260°C et 320°C.
Dans certains modes de réalisation d’un procédé selon l’invention, ladite composition oxygénée est une composition gazeuse.
Rien n’empêche cependant que ladite composition oxygénée soit une composition liquide apte à libérer du dioxygène (O2) à l’état gazeux dans ladite dispersion hydrocarbonée.
Dans certains modes de réalisation d’un procédé selon l’invention, ladite composition oxygénée est de l’air atmosphérique.
Dans certains modes de réalisation d’un procédé selon l’invention, ladite composition oxygénée est une composition oxygénée à une pression supérieure à la pression atmosphérique.
Dans certains modes de réalisation avantageux d’un procédé selon l’invention, on réalise le craquage catalytique à pression atmosphérique. Le procédé selon l’invention est donc simple à mettre en œuvre.
Dans un procédé selon l’invention, on chauffe ladite dispersion de craquage oxygénée de façon qu’elle atteigne la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné, mais sans contact de ladite dispersion de craquage oxygénée avec une paroi d’échange thermique portée à une température nécessairement supérieure à 360°C, de façon que ladite dispersion de craquage oxygénée atteigne à cœur la température de craquage, et sans risque de formation de coke, de dioxines et de furannes. Dans un procédé selon l’invention, on ne forme pas de coke, de dioxines et de furannes.
Dans certains modes de réalisation conformes à l’invention, le procédé comprend au moins une étape de chauffage -de ladite dispersion hydrocarbonée et/ou de ladite dispersion de craquage oxygénée- par conduction à partir d’une source de chaleur à une température inférieure à 360°C -notamment comprise entre 200°C et 360°C-. Dans certains modes de réalisation conformes à l’invention, le procédé comprend au moins une étape de chauffage de ladite dispersion hydrocarbonée et/ou de ladite dispersion de craquage oxygénée par conduction apte à porter la température de ladite dispersion hydrocarbonée et/ou de ladite dispersion de craquage oxygénée à une température inférieure à ladite température de craquage, mais proche de ladite température de craquage. Dans certains modes de réalisation conformes à l’invention, au moins une étape de chauffage par conduction est une étape de chauffage par échange de chaleur avec un débit d’un fluide caloporteur. Dans certains modes de réalisation conformes à l’invention, le procédé comprend au moins une étape de chauffage par conduction du débit de fluide caloporteur à une température inférieure à 360°C -notamment comprise entre 200°C et 360°C-. Dans certains modes de réalisation conformes à l’invention, le fluide caloporteur est du liquide inerte à une température comprise entre 200°C et 360°C, sensiblement exempt de matériau solide à l’état divisé et de catalyseur.
Dans certains modes de réalisation conformes à l’invention, le liquide inerte est un liquide inerte recyclé à partir d’une composition mixte solide/liquide formée de matières solides issues du craquage catalytique dispersées dans le liquide inerte (du fait du craquage catalytique). Selon certains modes de réalisation, le liquide inerte recyclé est formé par décantation de matières solides de densité supérieure à la densité du liquide inerte recyclé et séparation du liquide inerte et des matières solides. Selon certains modes de réalisation, en combinaison ou non, le liquide inerte recyclé est formé par flottation de matières solides de densité inférieure à la densité du liquide inerte recyclé et séparation du liquide inerte et des matières solides. Tout autre mode de séparation est possible. Il peut s’agir d’une séparation par centrifugation, par filtration, par exemple.
Dans certains modes de réalisation conformes à l’invention, le procédé comprend au moins une étape de chauffage, dit chauffage par mélange, lors duquel on mélange le débit de ladite dispersion de craquage oxygénée et un débit de liquide inerte porté à une température supérieure à la température de ladite dispersion de craquage oxygénée et supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné, ledit mélange étant réalisé de façon que la dispersion formée par ce mélange atteigne une température au moins égale à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné et inférieure à 400°C -notamment inférieure à 360°C- et sans formation de coke, de dioxines et de furannes ni risque de formation de coke, de dioxines et de furannes.
Rien n’empêche cependant que dans certains modes de réalisation conformes à l’invention, le procédé comprenne au moins une étape de chauffage, dit préchauffage, lors de laquelle on chauffe le débit de ladite dispersion hydrocarbonée -et/ou de ladite dispersion de craquage oxygénée- de façon que ladite dispersion hydrocarbonée -et/ou de ladite dispersion de craquage oxygénée- atteigne une température proche de la température de craquage de chaque composé hydrocarboné mais inférieure à ladite température de craquage et inférieure à 360°C, sans recourir à un chauffage par contact de ladite dispersion hydrocarbonée avec une paroi chauffée à une température supérieure à 350°C et sans formation de coke, de dioxines et de furannes et sans risque de formation de coke, de dioxines et de furannes. Dans ces autres modes de réalisation, on réalise une étape ultérieure de chauffage de ladite dispersion de craquage oxygénée de façon que ladite dispersion de craquage oxygénée atteigne la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné.
Selon l’invention, le dihydrogène (H2) gazeux formé du fait du craquage catalytique subit une réaction exothermique de combustion contrôlée en présence du dioxygène (O2) gazeux de ladite dispersion de craquage oxygénée. Dans un procédé selon l’invention on tire avantageusement profit de la réaction exothermique de combustion contrôlée du dihydrogène (H2) gazeux formé lors du craquage pour chauffer et/ou maintenir la température de ladite dispersion de craquage oxygénée à une température supérieure ou égale à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné.
Dans certains modes de réalisation conformes à l’invention, le procédé comprend au moins une étape de chauffage, dit chauffage par microondes, par un rayonnement électromagnétique de fréquence comprise entre 1 GHz et 300 GHz. Dans certains modes de réalisation, on soumet le débit de ladite dispersion de craquage oxygénée en cours de craquage audit chauffage par microondes. On soumet notamment le débit de ladite dispersion de craquage oxygénée en cours de craquage audit chauffage par microondes de façon à complémenter l’apport d’énergie thermique du fait d’une production limitante de dihydrogène (H2) gazeux et une combustion exothermique du dihydrogène (H2) gazeux insuffisante pour maintenir la température dans la chambre de craquage à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné, notamment de chaque composé hydrocarboné.
Dans ces modes de réalisation, on ajuste précisément du fait dudit chauffage par microondes, la température de ladite dispersion de craquage oxygénée en cours de craquage. Ledit chauffage par microondes permet avantageusement de compenser l’enthalpie endothermique de vaporisation des hydrocarbures formés lors du craquage.
Dans certains modes de réalisation conformes à l’invention, on soumet ladite dispersion de craquage oxygénée à des ultrasons lors du craquage catalytique. Les inventeurs supposent que les ultrasons favorisent, par leur action mécanique vibratoire, une redistribution du catalyseur dans ladite dispersion de craquage oxygénée lors du craquage et une activation de la réaction de craquage. En particulier, on soumet le débit de ladite dispersion de craquage oxygénée simultanément audit chauffage par microondes et aux ultrasons.
Dans certains modes de réalisation conformes à l’invention, on réalise une étape de désoxygénation d’une dispersion du matériau solide à l’état divisé dans du liquide inerte. Une telle étape vise à limiter la présence de dioxygène (O2) gazeux dans cette dispersion à l’état de traces, permettant de contrôler par l’apport contrôlé de ladite composition oxygénée dans ladite dispersion hydrocarbonée, la quantité de dioxygène (O2) gazeux dans ladite dispersion de craquage oxygénée. On réalise une telle étape de désoxygénation par tout moyen. Dans certains modes de réalisation conformes à l’invention, lors de cette étape de désoxygénation, on maintient la dispersion du matériau solide à l’état divisé dans du liquide inerte en contact avec une atmosphère gazeuse présentant une valeur de pression partielle en dioxygène inférieure à la pression partielle en oxygène de l’air atmosphérique, ce par quoi on forme une dispersion sensiblement désoxygénée du matériau solide à l’état divisé dans le liquide inerte.
Dans certains modes de réalisation conformes à l’invention, on réalise une étape de séchage du matériau solide à l’état divisé lors de laquelle on maintient une dispersion du matériau solide à l’état divisé dans du liquide inerte à une température supérieure à 100°C de façon à former une dispersion d’un matériau, dit matériau sec, solide à l’état divisé présentant un taux d’humidité inférieur à 10% -notamment inférieur à 5%- dans du liquide inerte. Dans certains modes de réalisation conformes à l’invention, on réalise l’étape de séchage de façon que ne subsiste dans le matériau solide à l’état divisé sensiblement que l’eau de constitution du matériau solide à l’état divisé, c’est-à-dire l’eau constitutive et non extractible du matériau solide à l’état divisé.
Dans certains modes de réalisation conformes à l’invention, on collecte un débit d’une composition mixte solide/liquide résultant du craquage catalytique de ladite dispersion de craquage oxygénée, la composition mixte étant formée d’une dispersion dans le liquide inerte de matières solides formées du fait du craquage catalytique. Dans certains modes de réalisation conformes à l’invention, on collecte le débit de composition mixte par débordement puis écoulement gravitaire, du fait du débit de ladite dispersion de craquage oxygénée. Dans ces modes de réalisation conformes à l’invention, on soumet le débit de composition mixte solide/liquide à une étape de séparation liquide/solide par laquelle on forme un débit de liquide inerte sensiblement exempt de matières solides, puis on recycle le débit de liquide inerte formé lors de cette étape de séparation liquide/solide. Dans certains modes de réalisation conformes à l’invention, l’étape de séparation liquide/solide est une étape de séparation par décantation de matières solides de densité supérieure à la densité du liquide inerte et par flottation de matières solides de densité inférieure à la densité du liquide inerte.
Dans certains modes de réalisation conformes à l’invention ;
- on réalise une étape de séchage et de désoxygénation du matériau solide à l’état divisé, puis
- on prépare ladite dispersion hydrocarbonée par mélange du matériau solide à l’état divisé, du(des) catalyseur(s), du(des) composé(s) alcalin(s) et de liquide inerte, puis ;
- on sèche ladite dispersion hydrocarbonée, puis ;
- on chauffe ladite dispersion de craquage à une température inférieure à la température de craquage de chaque composé hydrocarboné, puis ;
- on prépare ladite dispersion de craquage oxygénée, puis ;
- on chauffe ladite dispersion de craquage oxygénée jusqu’à une température inférieure mais proche de la température de craquage du composé hydrocarboné de plus basse température de craquage, puis ;
- on chauffe ladite dispersion de craquage oxygénée à une température supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné, ce par quoi du dihydrogène (H2) gazeux est formé et subit une réaction de combustion exothermique contrôlée en présence de dioxygène (O2) gazeux de ladite dispersion de craquage oxygénée, et ;
- on collecte par distillation/condensation des produits énergétiques gazeux formés par craquage de façon à obtenir les produits énergétiques à l’état liquide.
- on réalise une étape de séchage et de désoxygénation du matériau solide à l’état divisé, puis
- on prépare ladite dispersion hydrocarbonée par mélange du matériau solide à l’état divisé, du(des) catalyseur(s), du(des) composé(s) alcalin(s) et de liquide inerte, puis ;
- on sèche ladite dispersion hydrocarbonée, puis ;
- on chauffe ladite dispersion de craquage à une température inférieure à la température de craquage de chaque composé hydrocarboné, puis ;
- on prépare ladite dispersion de craquage oxygénée, puis ;
- on chauffe ladite dispersion de craquage oxygénée jusqu’à une température inférieure mais proche de la température de craquage du composé hydrocarboné de plus basse température de craquage, puis ;
- on chauffe ladite dispersion de craquage oxygénée à une température supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné, ce par quoi du dihydrogène (H2) gazeux est formé et subit une réaction de combustion exothermique contrôlée en présence de dioxygène (O2) gazeux de ladite dispersion de craquage oxygénée, et ;
- on collecte par distillation/condensation des produits énergétiques gazeux formés par craquage de façon à obtenir les produits énergétiques à l’état liquide.
L’invention concerne aussi un dispositif de production d’un produit énergétique -notamment de carburant- par craquage catalytique d’un matériau -notamment d’un déchet- solide hydrocarboné sans formation de coke.
L’invention concerne un tel dispositif pour la mise en œuvre d’un procédé selon l’invention.
L’invention concerne un dispositif pour la mise en œuvre d’un procédé selon l’invention de production d’un produit énergétique par craquage catalytique d’un matériau solide hydrocarboné sans formation de coke, le dispositif comprenant :
- une enceinte de craquage comprenant :
+ une entrée d’un débit de ladite dispersion de craquage oxygénée à une température inférieure à la température de craquage de chaque composé hydrocarboné du matériau solide à l’état divisé ;
+ un dispositif de chauffage du débit de ladite dispersion de craquage oxygénée dans l’enceinte de craquage, apte à porter la température de ladite dispersion de craquage oxygénée à une température supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné du matériau solide à l’état divisé ;
+ une sortie de produits énergétiques à l’état gazeux formés dans l’enceinte de craquage du fait du craquage catalytique ;
- une conduite d’amenée dans l’enceinte de craquage du débit de ladite dispersion de craquage oxygénée à une température inférieure à la température de craquage de chaque composé hydrocarboné, la conduite d’amenée débouchant dans l’enceinte de craquage ;
- des moyens d’introduction contrôlée d’un débit d’une composition oxygénée dans le débit de ladite dispersion hydrocarbonée et de mélange du débit de composition oxygénée et du débit de ladite dispersion hydrocarbonée ;
caractérisé en ce que les moyens d’introduction contrôlée du débit de ladite composition oxygénée débouchent dans la conduite d’amenée en amont dudit dispositif de chauffage.
- une enceinte de craquage comprenant :
+ une entrée d’un débit de ladite dispersion de craquage oxygénée à une température inférieure à la température de craquage de chaque composé hydrocarboné du matériau solide à l’état divisé ;
+ un dispositif de chauffage du débit de ladite dispersion de craquage oxygénée dans l’enceinte de craquage, apte à porter la température de ladite dispersion de craquage oxygénée à une température supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné du matériau solide à l’état divisé ;
+ une sortie de produits énergétiques à l’état gazeux formés dans l’enceinte de craquage du fait du craquage catalytique ;
- une conduite d’amenée dans l’enceinte de craquage du débit de ladite dispersion de craquage oxygénée à une température inférieure à la température de craquage de chaque composé hydrocarboné, la conduite d’amenée débouchant dans l’enceinte de craquage ;
- des moyens d’introduction contrôlée d’un débit d’une composition oxygénée dans le débit de ladite dispersion hydrocarbonée et de mélange du débit de composition oxygénée et du débit de ladite dispersion hydrocarbonée ;
caractérisé en ce que les moyens d’introduction contrôlée du débit de ladite composition oxygénée débouchent dans la conduite d’amenée en amont dudit dispositif de chauffage.
On définit le terme « amont » par rapport au sens d’écoulement de ladite dispersion de craquage oxygénée en cours de formation entre la zone d’élaboration de ladite dispersion hydrocarbonée et l’enceinte de craquage. Selon l’invention, les moyens d’introduction contrôlée du débit de composition oxygénée débouchent dans la conduite d’amenée entre la zone d’élaboration de ladite dispersion hydrocarbonée et les moyens de chauffage de l’enceinte de craquage du débit de ladite dispersion de craquage oxygénée à une température supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné du matériau solide à l’état divisé.
Le dispositif selon l’invention permet de réaliser :
- un mélange préalable du débit de ladite dispersion hydrocarbonée et du débit de composition oxygénée, ladite dispersion hydrocarbonée étant à une température inférieure à la température de craquage de chaque composé hydrocarboné du matériau solide à l’état divisé -et ne permettant pas le craquage-, puis ;
- un chauffage du débit de la dispersion de craquage oxygénée formée du fait de ce mélange conduisant au craquage d’au moins un composé hydrocarboné et à la formation de produits énergétiques et de dihydrogène (H2) gazeux naissant susceptible de permettre dès sa formation une réaction exothermique avec du dioxygène (O2) de ladite dispersion de craquage oxygénée de chauffage complémentaire de ladite dispersion de craquage oxygénée.
- un mélange préalable du débit de ladite dispersion hydrocarbonée et du débit de composition oxygénée, ladite dispersion hydrocarbonée étant à une température inférieure à la température de craquage de chaque composé hydrocarboné du matériau solide à l’état divisé -et ne permettant pas le craquage-, puis ;
- un chauffage du débit de la dispersion de craquage oxygénée formée du fait de ce mélange conduisant au craquage d’au moins un composé hydrocarboné et à la formation de produits énergétiques et de dihydrogène (H2) gazeux naissant susceptible de permettre dès sa formation une réaction exothermique avec du dioxygène (O2) de ladite dispersion de craquage oxygénée de chauffage complémentaire de ladite dispersion de craquage oxygénée.
Dans un dispositif selon l’invention, les moyens d’introduction du débit de composition oxygénée débouchent dans la conduite d’amenée en amont de l’enceinte de craquage et des moyens de chauffage de ladite dispersion de craquage oxygénée de sorte que la composition oxygénée est introduite dans ladite dispersion hydrocarbonée avant toute formation de dihydrogène (H2) gazeux dans ladite dispersion hydrocarbonée.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif selon l’invention comprend un dispositif de distillation/condensation d’au moins un hydrocarbure gazeux et de conversion en produit énergétique liquide.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif de chauffage du débit de ladite dispersion de craquage oxygénée dans l’enceinte de craquage sont choisis parmi :
- des moyens de chauffage par un rayonnement électromagnétique de fréquence comprise entre 1 GHz et 300 GHz ;
- des moyens de chauffage par mélange du débit de ladite dispersion de craquage oxygénée avec un débit de liquide inerte à une température supérieure à la température de craquage.
- des moyens de chauffage par un rayonnement électromagnétique de fréquence comprise entre 1 GHz et 300 GHz ;
- des moyens de chauffage par mélange du débit de ladite dispersion de craquage oxygénée avec un débit de liquide inerte à une température supérieure à la température de craquage.
Dans certains modes de réalisation, ladite entrée de l’enceinte de craquage étant débouchante en partie basse de l’enceinte de craquage, l’enceinte de craquage présente en partie haute, une lèvre de débordement et d’écoulement gravitaire d’un débit d’une composition mixte solide/liquide résultant du craquage catalytique et des moyens de collecte du débit de la composition mixte du fait du débit de ladite dispersion de craquage oxygénée.
Dans certains modes de réalisation, le dispositif selon l’invention comprend des moyens de préparation, de séchage et de désoxygénation de ladite dispersion hydrocarbonée.
L'invention concerne également un procédé et un dispositif de craquage catalytique d’un matériau solide hydrocarboné caractérisés, en combinaison ou non, par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après. Quelle que soit la présentation formelle qui en est donnée, sauf indication contraire explicite, les différentes caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après ne doivent pas être considérées comme étroitement ou inextricablement liées entre elles, l’invention pouvant concerner l’une seulement de ces caractéristiques structurelles ou fonctionnelles, ou une partie seulement de ces caractéristiques structurelles ou fonctionnelles, ou une partie seulement de l’une de ces caractéristiques structurelles ou fonctionnelles, ou encore tout groupement, combinaison ou juxtaposition de tout ou partie de ces caractéristiques structurelles ou fonctionnelles.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre non limitatif de certains de ses modes de réalisation possibles et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles :
- [Fig. 1] représente un schéma synoptique d’une première variante d’un procédé selon l’invention ;
- [Fig. 2] représente un schéma synoptique d’une deuxième variante d’un procédé selon l’invention, et ;
- [Fig. 3] représente un schéma représentatif d’un mode de réalisation particulier d’un dispositif selon l’invention.
- [Fig. 1] représente un schéma synoptique d’une première variante d’un procédé selon l’invention ;
- [Fig. 2] représente un schéma synoptique d’une deuxième variante d’un procédé selon l’invention, et ;
- [Fig. 3] représente un schéma représentatif d’un mode de réalisation particulier d’un dispositif selon l’invention.
Sur les figures, les échelles et les proportions ne sont pas nécessairement strictement respectées uniquement à des fins de clarté de l’illustration.
Un schéma synoptique d’une première variante d’un procédé de production de produit énergétique par craquage catalytique d’un matériau solide hydrocarboné selon l’invention est représenté Fig.1.
On sélectionne un matériau solide hydrocarboné, c’est-à-dire un matériau solide contenant au moins un composé hydrocarboné. Il peut s’agir d’un déchet solide contenant au moins un composé hydrocarboné, notamment au moins un composé organique, de la matière cellulosique et/ou des matériaux synthétiques polymériques. Un tel déchet solide hydrocarboné est souvent sensiblement exempt de matière putrescible. Cependant, s’agissant d’un déchet ménager, un tel déchet peut comprendre des matières putrescibles. Un tel déchet solide hydrocarboné peut être obtenu par exemple à l’issue d’une procédure de tri sélectif de déchets ménagers ou à l’issue d’un traitement par compression d’ordures ménagères dans une presse adaptée pour pouvoir séparer des matières putrescibles et des matières combustibles de ces ordures ménagères. En général, un tel déchet solide à l’état divisé peut présenter un taux d’humidité compris entre 10% à 30%. Par exemple, on soumet des ordures ménagères à une compression jusqu'à une pression supérieure à 750 bars dans des conditions propres à extraire une fraction fermentescible sous forme de pulpe humide et à former le matériau -notamment le déchet- solide hydrocarboné. Avantageusement, on réalise une telle compression au moyen d’une presse à extruder, par exemple telle que décrite dans EP 0 563 173.
On réalise une fragmentation du matériau -notamment du déchet- solide hydrocarboné de façon à former le matériau 1 -notamment le déchet- solide à l’état divisé. On réalise une fragmentation du matériau solide hydrocarboné par tout procédé approprié de fragmentation d’un matériau solide hydrocarboné. Par exemple, on soumet le matériau solide hydrocarboné à une étape d’extrusion dans un extrudeur -par exemple, un extrudeur simple vis ou bi-vis-. Le matériau 1 solide à l’état divisé peut aussi être obtenu par lacération d’un matériau solide hydrocarboné. On forme un matériau 1 solide à l’état divisé sous forme de particules solides présentant une plus grande dimension inférieure à de l’ordre de 20 mm et au moins une dimension inférieure ou égale à 3 mm, notamment de l’ordre de 2 mm. De préférence, le matériau 1 solide à l’état divisé est sous forme de particules solides présentant une surface spécifique inférieure ou égale à 10 cm2et une épaisseur inférieure ou égale à 3 mm, notamment de l’ordre de 2 mm.
Dans un procédé selon l’invention, on prépare une composition, dite dispersion 40 hydrocarbonée, par mélange 11 d’une quantité -notamment d’un débit- d’un matériau 1 solide -notamment d’un déchet- à l’état divisé contenant au moins un composé hydrocarboné-, d’une quantité -notamment d’un débit- d’au moins un catalyseur 10, d’une quantité -notamment d’un débit- d’au moins un composé 20 alcalin -notamment de chaux- et d’une quantité -notamment d’un débit- d’un liquide 30 inerte vis-à-vis du craquage catalytique, c'est-à-dire un liquide 30 inerte qui ne subit pas de modification chimique lorsqu’il est placé dans des conditions (catalyseur, température…) de craquage et de transformation de composés hydrocarbonés du matériau solide à l’état divisé en produit énergétique, notamment en hydrocarbures à chaînes courtes. On réalise le mélange 11 par dosage des différents composants -notamment des débits des différents composants- de ladite dispersion 40 hydrocarbonée.
Au moins un catalyseur est un catalyseur de craquage catalytique de composés hydrocarbonés en hydrocarbures. Au moins un catalyseur est choisi dans le groupe formé des silicates de potassium, des silicates de sodium, des silicates de calcium, des silicates de magnésium et d’aluminium. D’autres catalyseurs de craquage sont utilisables. De tels catalyseurs sont en outre des catalyseurs peu onéreux. Au moins un catalyseur est un solide à l’état divisé.
Au moins un composé 20 alcalin est en quantité adaptée pour que le pH de ladite dispersion 40 hydrocarbonée soit supérieur à 8,5. Une telle valeur de pH permet d’une part de favoriser -notamment de permettre- la réaction de craquage catalytique. Elle permet également de limiter la corrosion des éléments du dispositif, mis en contact avec ladite dispersion 40 hydrocarbonée. Elle permet aussi de réaliser un craquage catalytique de composés hydrocarbonés chlorés. Dans certains modes de réalisation d’un procédé selon l’invention, on utilise de la chaux, ou oxyde de calcium (CaO) à titre de composé alcalin.
Le liquide 30 inerte est formé d’au moins une huile minérale, chaque huile minérale étant inerte vis-à-vis du craquage catalytique et stable à la température de craquage. Le liquide 30 inerte est liquide à température ambiante et à la température de craquage. Le liquide 30 inerte présente une densité inférieure à la densité du catalyseur 10. Selon certains modes de réalisation, le liquide 30 inerte présente une densité de l’ordre de 0,85. Selon certains modes de réalisation, le liquide 30 inerte est à l’état liquide à la température de 0°C.
Dans certains modes de réalisation, pour la préparation de ladite dispersion 40 hydrocarbonée, rien n’empêche que le liquide 30 inerte soit formé au moins en partie de liquide 32 inerte recyclé à l’issue de l’étape de craquage catalytique, le liquide 32 inerte recyclé étant, au moins du fait du craquage, à une température supérieure à la température ambiante, notamment supérieure à 160°C. Dans certains modes de réalisation, rien n’empêche d’utiliser un tel liquide 32 inerte chaud à une température comprise entre 50°C et 250°C, notamment comprise entre 80°C et 200°C. Dans certains modes de réalisation, on utilise un tel liquide 32 inerte chaud à une température comprise entre 180°C et 200°C. On ajuste la température du liquide 32 inerte chaud selon la nature du matériau solide à l’état divisé pour la préparation de ladite dispersion 40 hydrocarbonée.
On adapte la quantité -notamment le débit- du matériau 1 solide -notamment du déchet- à l’état divisé contenant au moins un composé hydrocarboné-, la quantité -notamment le débit- du(des) catalyseur(s) 10, la quantité -notamment le débit- du(des) composé(s) 20 alcalin(s) -notamment de chaux- et la quantité -notamment le débit- du liquide 30 inerte et/ou de liquide 32 inerte recyclé, de manière appropriée pour respecter leurs proportions dans ladite dispersion 40 hydrocarbonée.
Dans certains modes de réalisation, on réalise le mélange de façon que ladite dispersion de craquage présente un rapport entre le volume de matériau solide à l’état divisé et le volume de ladite dispersion de craquage compris entre de l’ordre de 20% et de l’ordre de 50%.
On réalise l’étape 11 de mélange du matériau 1 solide à l’état divisé, du catalyseur 10, du composé alcalin 20 et du liquide 30 inerte et/ou du liquide 32 inerte recyclé par tout moyen approprié, par exemple au moyen d’un malaxeur, pour former ladite dispersion 40 hydrocarbonée.
On réalise l’étape 11 de mélange de façon que la température de ladite dispersion 40 hydrocarbonée reste inférieure à la température de craquage de chaque composé hydrocarboné de sorte qu’il ne se produit pas de craquage catalytique. On réalise l’étape 11 de mélange de façon que ladite dispersion 40 hydrocarbonée formée ne soit pas mise en contact avec une paroi chauffée à une température supérieure à 360°C -notamment supérieure à 400°C- c’est-à-dire supérieure à la température de formation de coke, de dioxines et/ou de furannes. Il ne se forme pas de coke, de dioxines et de furannes au contact de ladite paroi.
On réalise l’étape 11 de mélange dans des conditions choisies pour permettre une dispersion du matériau 1 solide à l’état divisé, du catalyseur 10 et du composé 20 alcalin dans le liquide 30 inerte et une mise en contact des composés hydrocarbonés du matériau 1 solide à l’état divisé et du catalyseur 10.
Rien n’empêche de réaliser, suite à cette étape 11 de mélange, une étape additionnelle d’ajustement de la granulométrie de ladite dispersion 40 hydrocarbonée. On réalise un tel ajustement par tout moyen de fragmentation du matériau 1 solide à l’état divisé approprié.
Dans certains modes de réalisation, on chauffe ladite dispersion 40 hydrocarbonée ou au moins l’un des éléments constitutifs -notamment du liquide 30 inerte ou du liquide 32 inerte recyclé- de ladite dispersion 40 hydrocarbonée au cours de son élaboration dès lors que ce chauffage ne permet pas une élévation de la température de ladite dispersion 40 hydrocarbonée à une valeur supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné. Dans ces conditions, aucune réaction de craquage d’un composé hydrocarboné, ni aucune réaction de formation de coke ne se produit. En particulier, on ne met pas ladite dispersion 40 hydrocarbonée en contact avec une paroi d’un échangeur de chaleur chauffée à une température supérieure à la température de formation de coke, de dioxines et de furannes, c’est-à-dire à une température supérieure à 360°C, notamment à une température supérieure à 400°C.
Dans un procédé selon l’invention, on prépare ladite dispersion 40 hydrocarbonée à une température aussi proche que possible de la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné, mais inférieure à cette température de craquage, de sorte que le craquage ne se produit pas à cette étape de préparation.
Dans un procédé selon l’invention, avant de chauffer ladite dispersion 52 de craquage oxygénée à une température supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné, on réalise une étape 24 d’oxygénation de ladite dispersion 40 hydrocarbonée, lors de laquelle on introduit une composition 23 oxygénée dans ladite dispersion 40 hydrocarbonée.
Dans certains modes de réalisation, la composition 23 oxygénée est formée d’air atmosphérique. En particulier, la composition 23 oxygénée peut être de l’air atmosphérique sous pression. On forme lors de l’étape 24 d’oxygénation, une dispersion 52 de craquage oxygénée à une température inférieure à la température de craquage de chaque composé hydrocarboné du matériau 1 solide à l’état divisé. L’étape 24 d’oxygénation permet une distribution de dioxygène (O2) gazeux dans ladite dispersion 52 de craquage oxygénée au contact du matériau 1 solide à l’état divisé et du catalyseur 10. On réalise l’étape 24 d’oxygénation préalablement au chauffage de ladite dispersion 52 de craquage oxygénée à une température supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné.
Selon l’invention, on accroit la température de la dispersion 52 de craquage oxygénée -comprenant le matériau 1 solide à l’état divisé, le(s) catalyseur(s) 10 de craquage, du(des) composé(s) 20 alcalin(s), du liquide 30 inerte et du dioxygène (O2) gazeux- par chauffage 60 de la dispersion 52 de craquage oxygénée à une température supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné du matériau 1 solide à l’état divisé. On réalise ce chauffage 60 de façon que ladite dispersion 52 de craquage oxygénée ne soit pas chauffée à une température supérieure à 360°C -notamment supérieure à 400°C- (température de formation de coke) et de façon que la dispersion 52 de craquage oxygénée ne soit pas en contact avec une paroi d’échange de chaleur portée à une température supérieure à 360°C -notamment supérieure à 400°C-.
On réalise cette étape de chauffage 60 par tout moyen approprié. Il est possible de réaliser ce chauffage par mélange d’un débit de la dispersion 52 de craquage oxygénée avec un débit de liquide 30,32 inerte chauffé à une température supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné et dans des conditions appropriées pour que ce mélange atteigne la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné, ce par quoi un craquage catalytique se produit. Il est possible de réaliser ce chauffage 60 par échange de chaleur par conduction à partir d’un débit de fluide caloporteur à une température supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné et de façon que la dispersion 52 de craquage oxygénée atteigne la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné, ce par quoi un craquage catalytique se produit. Rien n’empêche de réaliser ce chauffage en exposant le débit de la dispersion 52 de craquage oxygénée à un rayonnement électromagnétique de fréquence comprise entre 1 GHz et 300 GHz.
L’étape 60 de chauffage porte la température de la dispersion 52 de craquage oxygénée à une température supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné. La réaction de craquage catalytique se produit. Il se forme, du fait du craquage catalytique, une mousse 43 comprenant une phase 17 gazeuse formée du fait du craquage et s’échappant d’une composition 18 mixte solide/liquide résultant du craquage. La phase 17 gazeuse comprend notamment des hydrocarbures 50 à chaînes courtes et à l’état gazeux, du dihydrogène (H2) gazeux naissant du craquage catalytique, du dioxyde de carbone (CO2) gazeux et de la vapeur d’eau. La réaction de craquage catalytique conduit à une dissociation du(des) catalyseur(s) et des composés hydrocarbonés et à une libération du(des) catalyseur(s) qui est(sont) instantanément susceptible(s) d’être en contact avec au moins un composé hydrocarboné et de former des hydrocarbures à chaînes courtes par craquage catalytique.
Le dihydrogène (H2) gazeux naissant au cœur de la dispersion 52 de craquage oxygénée du fait du craquage catalytique subit une réaction exothermique de combustion. La réaction exothermique de combustion du dihydrogène (H2) gazeux procède sans accumulation d’hydrogène (H2) gazeux dans ladite dispersion 52 de craquage oxygénée, le dihydrogène (H2) gazeux étant transformé en eau dès son apparition par combustion avec le dioxygène (O2) gazeux présent dans ladite dispersion 52 de craquage oxygénée. L’énergie thermique libérée dans ladite dispersion 52 de craquage oxygénée du fait de la réaction exothermique permet le maintien de la température de la dispersion 52 de craquage oxygénée à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné en compensation de l’enthalpie (endothermique) de vaporisation des hydrocarbures formés. Elle permet la poursuite du craquage. Elle permet aussi que la dispersion 52 de craquage oxygénée atteigne la température de craquage de composés hydrocarbonés de température de craquage plus élevée.
Dans un procédé selon l’invention, on réalise une étape 25 de condensation de la phase 17 gazeuse -notamment des produits 50 énergétiques à l'état gazeux- et de formation de produits 51 énergétiques à l’état liquide. On réalise aussi, le cas échéant, un traitement de la composition 18 mixte solide/liquide issue du craquage et de séparation 19 solide/liquide d’un liquide 32 inerte recyclé et des matières 21 solides issues du craquage catalytique. On réalise un tel traitement 19 de séparation par tout moyen approprié, par exemple par sédimentation des matières 21 solides, par décantation, par flottation ou par filtration.
Un schéma synoptique d’une autre variante d’un procédé de production de produit énergétique par craquage catalytique d’un matériau solide hydrocarboné selon l’invention est représenté Fig.2.
Dans cette variante, on choisit ou on prépare un matériau 1 solide à l’état divisé et comprenant au moins un composé hydrocarboné. On soumet le matériau 1 solide à l’état divisé à une étape 3 de séchage par chauffage lors de laquelle on maintient le matériau 1 solide à l’état divisé à une température maximale de 180°C et une température minimale de 100°C permettant une extraction d’eau 14 sous forme vapeur et le séchage au moins partiel du matériau 1 solide à l’état divisé. Ce chauffage permet aussi de faciliter la dispersion ultérieure du matériau 1 solide à l’état divisé dans du liquide 30 inerte. On réalise le séchage 3 par chauffage d’un débit de matériau 1 solide à l’état divisé dans un convoyeur, dit convoyeur de chauffage/séchage, à vis équipé d’une gaine périphérique chauffante et adapté pour pouvoir chauffer le matériau 1 solide à l’état divisé lors de son convoyage. Dans un mode de réalisation préférentiel d’un procédé selon l’invention, on introduit le matériau 1 solide à l’état divisé en continu dans ledit convoyeur de chauffage/séchage à partir d’une trémie de stockage et de distribution contrôlée du matériau 1 solide à l’état divisé. Rien n’empêche qu’un tel convoyeur de chauffage/séchage présente des moyens de collecte de vapeur d’eau libérée lors du séchage 3 et de condensation de l’eau 14 de séchage. Rien n’empêche de soumettre une dispersion du matériau 1 solide à l’état divisé dans du liquide inerte à cette étape 3 de séchage par chauffage.
Dans un mode de réalisation préférentiel d’un procédé selon l’invention, on réalise le séchage 3 par chauffage en utilisant un débit de liquide inerte 30,32 chaud circulant dans une gaine périphérique chauffante dudit convoyeur de chauffage/séchage. On utilise en particulier un débit de liquide inerte 32 recyclé à une température comprise entre 100°C et 200°C. Rien n’empêche d’utiliser des moyens de chauffage complémentaires, distincts du débit de liquide inerte 30,32 chaud, seuls ou en combinaison avec le débit de liquide inerte 30,32 chaud. Il peut s’agir de moyens de chauffage complémentaires par induction qui sont activés tant que la température du matériau 1 solide à l’état divisé ne dépasse pas la température de 100°C, indicatrice d’une vaporisation d’eau. Il résulte du séchage 3 par chauffage un matériau solide à l’état divisé, dit matériau 4 sec, qui est chaud et présente un taux d’humidité de valeur inférieure à 10%, notamment inférieure à 5%. On détermine le taux d’humidité du matériau 4 solide à l’état divisé par tout moyen standard approprié, par exemple par une mesure de la perte maximale de masse du matériau 4 solide à l’état divisé placé dans des conditions desséchantes à une température supérieure à 100°C.
On soumet ensuite ledit matériau 4 sec à une étape 5 de mélange dudit matériau 4 sec et de liquide 30 inerte -notamment de liquide 32 inerte recyclé-. On réalise un tel mélange dans un dispositif de malaxage adapté pour permettre une dispersion dudit matériau 4 sec dans du liquide 30 inerte. Rien n’empêche d’utiliser le débit de liquide inerte 32 recyclé à une température comprise entre 100°C et 200°C pour chauffer le matériau 1 solide à l’état divisé en vue de son séchage, puis d’utiliser ce débit de liquide inerte 32 recyclé lors de l’étape 5 de mélange. On forme une dispersion, dite dispersion 6 chaude, dudit matériau 4 sec dans le liquide 30 inerte.
Suite à ce mélange, on soumet ladite dispersion 6 chaude à une étape 7 de désoxygénation. On réalise cette étape 7 de désoxygénation par tout moyen approprié, par exemple en plaçant ladite dispersion 6 chaude en contact avec une atmosphère gazeuse à une pression inférieure à la pression atmosphérique ou en plaçant ladite dispersion 6 chaude en contact avec une atmosphère gazeuse présentant une pression partielle en dioxygène (O2) inférieure à la pression partielle en dioxygène de l’air atmosphérique. Il en résulte une extraction du dioxygène (O2) gazeux de ladite dispersion 6 chaude et la formation d’une dispersion 8 désoxygénée. On réalise par exemple cette étape 7 de désoxygénation dans un convoyeur de désoxygénation comprenant une cloche étanche de mise en contact de ladite dispersion 6 chaude avec une composition gazeuse présentant une valeur de pression partielle en dioxygène (O2) gazeux inférieure à la pression partielle en dioxygène (O2) gazeux de l’air atmosphérique. La composition gazeuse peut être un gaz inerte exempte de dioxygène (O2) gazeux. La composition gazeuse peut être de l’air atmosphérique placé dans la cloche étanche à une pression inférieure à la pression atmosphérique.
Une telle étape 7 de désoxygénation permet de limiter à une valeur faible et contrôlée, la quantité de dioxygène (O2) gazeux de la dispersion 8 désoxygénée. Elle permet également de limiter en le contrôlant l’effet exothermique de la combustion de dihydrogène (H2) gazeux au cours de la réaction ultérieure de craquage catalytique, par un apport lui-même contrôlé de dioxygène (O2) gazeux dans ladite dispersion hydrocarbonée. Elle permet de minimiser la réaction incontrôlée de combustion exothermique du dihydrogène (H2) gazeux susceptible de conduire :
- à une formation massive et aléatoire de vapeur d’eau et à une augmentation incontrôlée de la température des vapeurs dégagées lors la réaction de craquage, une telle augmentation de la température des vapeurs étant de nature à s’opposer à la condensation des produits énergétiques gazeux, et ;
- à une augmentation incontrôlée de la température de ladite dispersion 40 hydrocarbonée dans ladite chambre de craquage, notamment jusqu’à une température de l’ordre de 600°C (observée lorsque l’étape de désoxygénation n’est pas réalisée), température qui est incompatible avec le déroulement d’une réaction de craquage sans formation de coke.
- à une formation massive et aléatoire de vapeur d’eau et à une augmentation incontrôlée de la température des vapeurs dégagées lors la réaction de craquage, une telle augmentation de la température des vapeurs étant de nature à s’opposer à la condensation des produits énergétiques gazeux, et ;
- à une augmentation incontrôlée de la température de ladite dispersion 40 hydrocarbonée dans ladite chambre de craquage, notamment jusqu’à une température de l’ordre de 600°C (observée lorsque l’étape de désoxygénation n’est pas réalisée), température qui est incompatible avec le déroulement d’une réaction de craquage sans formation de coke.
Dans la variante du procédé selon l’invention représentée Fig.2, on prépare ladite dispersion 40 hydrocarbonée, par mélange 11 d’une quantité -notamment d’un débit- de dispersion 8 désoxygénée, d’une quantité -notamment d’un débit- d’au moins un catalyseur 10, d’une quantité -notamment d’un débit- d’au moins un composé 20 alcalin -notamment de chaux- et d’une quantité -notamment d’un débit- d’un liquide 30 inerte et/ou de liquide 32 inerte recyclé. On réalise le mélange 11 par dosage des différents composants de ladite dispersion 40 hydrocarbonée. On forme ladite dispersion 40 hydrocarbonée à une température inférieure à la température de craquage de chaque composé hydrocarboné de sorte que le craquage catalytique ne se produit pas à cette étape. On forme ladite dispersion 40 hydrocarbonée dans laquelle le(s) catalyseur(s) est(sont) en contact avec le(s) composé(s) hydrocarboné(s) du matériau solide à l’état divisé.
Rien n’empêche de réaliser au moins un préchauffage de ladite dispersion 40 hydrocarbonée, sans toutefois que ce(s) préchauffage(s) ne porte(nt) la température de la dispersion 41 de craquage préchauffée à une température supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné. On peut réaliser ce(s) préchauffage(s) par tous moyens. On peut réaliser ce(s) préchauffage(s) en utilisant, par exemple, au moins un organe de chauffage par induction, au moins un échangeur de chaleur par conduction ou au moins un organe de chauffage par rayonnement électromagnétique. En particulier, on ne place pas ladite dispersion 40 hydrocarbonée au contact d’une paroi d’un échangeur de chaleur chauffée à une température supérieure à la température de formation de coke, de dioxines et/ou de furannes.
Dans la variante représentée Fig.2, on réalise un préchauffage 90 de ladite dispersion 40 hydrocarbonée par des moyens de chauffage par induction de façon à obtenir la dispersion 41 de craquage préchauffée à une température comprise, par exemple, entre 100°C et 150°C. Puis, on réalise une étape 24 d’oxygénation de la dispersion 41 de craquage préchauffée par introduction d’une composition 23 oxygénée dans la dispersion 41 de craquage préchauffée par laquelle on forme une dispersion 52 de craquage oxygénée et on répartit par malaxage 16 la composition 23 oxygénée dans le volume de la dispersion 52 de craquage oxygénée. Dans la variante représentée Fig.2, on réalise un préchauffage 91 de la dispersion 52 de craquage oxygénée par des moyens de chauffage par conduction. Par exemple, on réalise ce préchauffage 91 par transfert de chaleur par conduction entre la dispersion 52 de craquage oxygénée et un débit de liquide inerte à une température de l’ordre de 300°C dans un échangeur de chaleur.
Dans la variante représentée Fig.2, on chauffe la dispersion 52 de craquage oxygénée par mélange 92 avec un débit de liquide 31 chauffé à une température supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné et de façon que la dispersion 52 de craquage oxygénée atteigne une température supérieure à ladite température de craquage, ce par quoi la réaction de craquage catalytique se produit. On forme, du fait du craquage catalytique, une mousse 43 résultant de la formation d’une phase 17 gazeuse au sein d’une composition 18 mixte solide/liquide issue du craquage. La phase 17 gazeuse comprend du dihydrogène (H2) gazeux naissant du craquage catalytique qui subit dès sa formation la réaction exothermique de combustion et sans accumulation d’hydrogène (H2) gazeux dans la dispersion 52 de craquage oxygénée. L’énergie thermique libérée du fait de la réaction de combustion exothermique dans ladite dispersion 52 de craquage oxygénée permet de compenser au moins en partie l’enthalpie de vaporisation des hydrocarbures formés. Elle permet la poursuite du craquage catalytique.
Dans la variante représentée Fig.2, on réalise une étape 93 de chauffage de la mousse 43 en cours de craquage catalytique par un rayonnement électromagnétique de fréquence comprise entre 1 GHz et 300 GHz. On maintient la température de la mouse 43 de craquage à une température permettant le craquage catalytique de composés hydrocarbonés de températures de craquage les plus élevées, mais sans formation de coke, de dioxines et de furannes, dès lors que la mousse 43 de craquage n’est pas en contact d’une surface de chauffage chauffée à une température supérieure à 360°C, notamment supérieure à 400°C.
Dans la variante représentée Fig.2, on réalise un traitement 22 de régénération du(des) catalyseur(s) 10 des matières 21 solides issues du craquage catalytique. Le cas échéant, on recycle le(s) catalyseur(s) 10 ainsi régénérés lors des opérations de préparation de ladite dispersion 40 hydrocarbonée.
Un schéma général d’un dispositif, dit dispositif 100 de craquage, de production d’un produit énergétique par craquage catalytique d’un matériau solide hydrocarboné sans formation de coke selon l’invention est représenté Fig.3. Ledit dispositif 100 de craquage représenté forme un circuit 125 continu de préparation d’un débit de dispersion 40 hydrocarbonée à partir de ses réactifs constitutifs, puis de craquage catalytique de composés hydrocarbonés de ladite dispersion 40 hydrocarbonée, puis de recyclage de produits formés lors du craquage catalytique pour la préparation de la dispersion 40 hydrocarbonée.
Ledit dispositif 100 de craquage présente :
- une trémie 142 d’introduction d’un matériau 1 solide à l’état divisé dans le circuit 125 de préparation ;
- une entrée 109 de catalyseur 10 de craquage dans le circuit 125 de préparation ;
- une entrée 110 de composé 20 alcalin dans le circuit 125 de préparation ;
- un collecteur 103 de produits 50 énergétiques à l’état gazeux produits dans le circuit 125 de craquage catalytique, le collecteur 103 des produits 50 énergétiques coopérant avec un dispositif 126 de distillation/condensation du(des) produit(s) énergétique(s) ;
- un collecteur 104 de la composition 18 mixte solide/liquide issue du craquage catalytique et de recyclage des produits formés lors du craquage catalytique.
- une trémie 142 d’introduction d’un matériau 1 solide à l’état divisé dans le circuit 125 de préparation ;
- une entrée 109 de catalyseur 10 de craquage dans le circuit 125 de préparation ;
- une entrée 110 de composé 20 alcalin dans le circuit 125 de préparation ;
- un collecteur 103 de produits 50 énergétiques à l’état gazeux produits dans le circuit 125 de craquage catalytique, le collecteur 103 des produits 50 énergétiques coopérant avec un dispositif 126 de distillation/condensation du(des) produit(s) énergétique(s) ;
- un collecteur 104 de la composition 18 mixte solide/liquide issue du craquage catalytique et de recyclage des produits formés lors du craquage catalytique.
Ledit dispositif 100 de craquage représenté Fig.3 comprend une unité 170 de préparation du débit de ladite dispersion 40 hydrocarbonée. L’unité 170 de préparation comprend une trémie 142 de distribution de matériau 1 solide à l’état divisé dans un convoyeur 141 à vis de séchage et de désoxygénation du matériau 1 solide à l’état divisé. La vis du convoyeur 141 de séchage/désoxygénation est entrainée en rotation par un organe 161 moteur dont la vitesse de rotation permet de contrôler le débit de matériau 1 solide à l’état divisé dans le convoyeur 141 de séchage/désoxygénation et en sortie de ce convoyeur. La trémie 142 comprend des moyens de contrôle du débit de matériau 1 solide à l’état divisé introduit dans le convoyeur 141 de séchage/désoxygénation. Ledit dispositif 100 de craquage comprend un conduit 146 tronconique de guidage du matériau 1 solide à l’état divisé interposé entre la trémie 142 et débouchant dans le convoyeur 141 de séchage/désoxygénation. Le conduit 146 tronconique est équipé d’une vis 174 rotative entrainée en rotation par un organe 160 moteur, la vis 174 rotative coopérant avec le conduit 146 tronconique pour permettre la chute par gravité du débit de matériau 1 solide à l’état divisé dans le convoyeur 141 de séchage/désoxygénation.
Le convoyeur 141 de séchage/désoxygénation présente des moyens de chauffage du matériau 1 solide à l’état divisé à une température comprise entre 80°C et 120°C lors de son transport dans le convoyeur 141 de séchage/désoxygénation. Il comprend une gaine 143 externe de chauffage par conduction parcourue par un débit de liquide 32 inerte recyclé et chaud du circuit 125 de préparation de ladite dispersion 40 hydrocarbonée. Le débit de liquide 32 inerte chaud peut être à une température comprise entre 150°C et 200°C -notamment de l’ordre de 180°C à 190°C- en entrée de la gaine 143 externe. La gaine 143 externe de chauffage est en communication de liquide 32 inerte chaud avec l’espace 184 interne du convoyeur 141 de séchage/désoxygénation par des orifices 182 ce par quoi le liquide 32 inerte chaud est mis en contact avec le matériau 1 solide à l’état divisé pour former une dispersion du matériau 1 solide à l’état divisé dans le liquide 32 inerte. Le convoyeur 141 de séchage/désoxygénation comprend des moyens 183 de chauffage par induction s’étendant en aval de la gaine 143 externe de chauffage par conduction. Les moyens 183 de chauffage par induction sont contrôlés de façon que la température de la dispersion du matériau 1 solide à l’état divisé dans le liquide 32 inerte en sortie du convoyeur 141 de séchage/désoxygénation soit sensiblement supérieure à 100°C attestant de l’absence d’eau résiduelle dans la dispersion. Le convoyeur 141 de séchage/désoxygénation présente un organe 162 de dégazage comprenant une cloche 150 maintenue en dépression -c’est-à-dire à une pression inférieure à la pression atmosphérique- par une pompe 123 aspirante. Le convoyeur 141 de séchage/désoxygénation permet la formation d’une dispersion dégazée -notamment au moins partiellement désoxygénée- et asséchée du matériau 1 solide à l’état divisé dans le liquide 30 inerte.
L’extrémité avale du convoyeur 141 de séchage/désoxygénation débouche dans une chambre 111 de préparation de ladite dispersion 40 hydrocarbonée. Outre l’entrée avale du convoyeur 141 de séchage/désoxygénation, la chambre 111 de préparation comprend un conduit 109 d’amenée d’un débit de catalyseur 10 et un conduit 110 d’amenée d’un débit de composé 20 alcalin dans la chambre 111 de préparation. La chambre 111 de préparation comprend des moyens 118 de malaxage du mélange formé et entrainés en rotation par un organe 119 moteur. La dispersion 40 hydrocarbonée résultant du malaxage est entrainée dans la conduite 171 d’amenée de ladite dispersion 40 hydrocarbonée vers une enceinte 106 de craquage, du fait du débit de matériau 1 solide à l’état divisé dans le convoyeur 141 de séchage/désoxygénation, du fait de l’apport de liquide inerte dans le convoyeur 141 de séchage/désoxygénation, du fait de l’apport de catalyseur 10 et de composé alcalin 20 dans la chambre 111 de préparation et du fait de premiers moyens 115 de pompage de ladite dispersion 40 hydrocarbonée. Dans certains modes de réalisation, les premiers moyens 115 de pompage s’étendent dans ladite boucle 139 longue du circuit 125 de distribution de liquide inerte en amont de la chambre 111 de préparation du débit de ladite dispersion 40 hydrocarbonée et en aval d’une buse 187 d’injection de moyens 175 d’introduction d’un débit de composition oxygénée dans le débit de ladite dispersion 40 hydrocarbonée. Tout dispositif d’aspiration et de refoulement de ladite dispersion 40 hydrocarbonée peut être utilisé à titre de moyens 115 de pompage. Rien n’empêche d’utiliser une vis sans fin (ou vis d’Archimède) en association avec une turbine de refoulement coopérant avec les moyens 118 de malaxage de la chambre 111 de préparation de ladite dispersion hydrocarbonée.
Ledit dispositif 100 de craquage représenté Fig.3 comprend un organe 129 de chauffage du débit de ladite dispersion 40 hydrocarbonée. L’organe 129 de chauffage de ladite dispersion 40 hydrocarbonée est choisi pour pouvoir chauffer ladite dispersion 40 hydrocarbonée à une température inférieure à la température de craquage de chaque composé hydrocarboné du matériau 1 solide à l’état divisé de sorte que le craquage ne se produit pas à ce stade. Il est aussi choisi pour ne pas permettre un contact de ladite dispersion 40 hydrocarbonée avec une surface d’échange de chaleur à une température supérieure à 360°C, notamment supérieure à 400°C, de sorte que du coke, des dioxines et des furannes ne se forment pas. Dans le mode réalisation représenté Fig.3, l’organe 129 de chauffage est un organe de chauffage par induction. Rien n’empêche cependant que l’organe 129 de chauffage soit un organe de chauffage par conduction, un organe de chauffage par rayonnement électromagnétique, un organe de chauffage par mélange du débit de ladite dispersion 40 hydrocarbonée avec un débit de liquide 30 inerte à une température supérieure à la température de ladite dispersion 40 hydrocarbonée.
Ledit dispositif 100 de craquage représenté Fig.3 comprend des moyens 175 d’introduction d’un débit de composition oxygénée dans la conduite 171 d’amenée. Ces moyens 175 d’introduction d’un débit de composition oxygénée comprennent une source 185 de composition oxygénée sous pression et un conduit 186 de distribution d’un débit de composition oxygénée communiquant avec la conduite 171 d’amenée par au moins une buse 187 d’injection et de mélange du débit de composition oxygénée et du débit de ladite dispersion 40 hydrocarbonée. La(les) buse(s) 187 d’injection débouchent dans la boucle 139 longue du circuit 125 de distribution, en aval de la chambre 111 de préparation du débit de ladite dispersion 40 hydrocarbonée et en amont d’un organe 134 de malaxage et de l’enceinte 106 de craquage.
Selon l’invention, les moyens 175 d’introduction du débit de composition oxygénée sont disposés dans ledit dispositif 100 de craquage pour introduire le débit de composition oxygénée dans le débit de ladite dispersion 40 hydrocarbonée à une température inférieure à la température de craquage de chaque composé hydrocarboné. Les moyens 175 d’introduction du débit de composition oxygénée sont disposés dans ledit dispositif 100 de craquage en amont de moyens de chauffage de la dispersion 40 hydrocarbonée à une température supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné.
Les moyens 175 d’introduction du débit de composition oxygénée dans la conduite 171 d’amenée sont des moyens d’introduction d’un débit ajustable de composition oxygénée selon le matériau 1 solide à l’état divisé, selon la température de ladite dispersion 40 hydrocarbonée lors de l’introduction, selon le débit de ladite dispersion 40 hydrocarbonée et selon la température de craquage.
Ledit dispositif 100 de craquage représenté Fig.3 comprend un organe 132,134 de chauffage et de malaxage du débit de ladite dispersion 52 de craquage oxygénée circulant dans la conduite 171 d’amenée, s’étendant en aval de la buse 187 d’injection du débit de la composition oxygénée. Dans le mode de réalisation représenté Fig.3, l’organe 132 de chauffage est un organe de chauffage par conduction et échange de chaleur à partir d’un débit de liquide inerte d’une boucle, dite boucle 139 longue, du circuit 125 de distribution de liquide inerte vers le convoyeur 141 de séchage/désoxygénation. Ladite boucle 139 longue du circuit 125 de distribution comprend un organe 151 de séparation liquide/solide d’un débit de liquide 32 inerte recyclé et de matières 21 solides issues du craquage catalytique à partir de la composition 18 mixte solide/liquide issue du craquage catalytique. L’organe 151 de séparation comprend des moyens -notamment une vanne 116 de vidange- de prélèvement des matières 21 solides de densité supérieure ou inférieure à la densité du liquide inerte. Dans le mode de réalisation représenté Fig.3, l’organe 151 de séparation comprend une entrée 112 de liquide inerte issu d’un stockage de liquide inerte de renouvellement ou d’un circuit de récupération de liquide inerte inévitablement collecté avec les matières 21 solides extraites dans l’organe 151 de séparation. Ladite boucle 139 longue comprend s’étendant en aval de l’organe 151 de séparation, des moyens 131 de pompage et des moyens 172 de chauffage du débit de liquide 32 inerte recyclé dans ladite boucle 139 longue. Ladite boucle 139 longue comprend une vanne 158 de réglage du débit de liquide inerte dans la boucle 139 longue. Les moyens 172 de chauffage peuvent être de tout type et sont adaptés pour pouvoir chauffer le débit de liquide 32 inerte recyclé à une température comprise entre 300°C et 350°C. Il peut, par exemple, s’agir de moyens 172 de chauffage du débit de liquide 32 inerte recyclé par effet Joule. Les moyens 172 de chauffage sont choisis pour permettre un ajustement de la température du débit de liquide 32 inerte recyclé lors de son entrée dans le convoyeur 141 de séchage/désoxygénation. Dans le mode de réalisation représenté Fig.3, ledit dispositif 100 de craquage comprend un organe 134 de malaxage entrainé en rotation autour d’un axe 137 par un organe 136 moteur. L’actionnement de l’organe 134 de malaxage permet de répartir le dioxygène (O2) gazeux dans ladite dispersion 52 de craquage oxygénée et d’optimiser la répartition du matériau solide à l’état divisé, du catalyseur et du composé alcalin dans le liquide inerte, Ledit dispositif 100 de craquage comprend une vanne 159 de vidange de ladite boucle 139 courte et dudit dispositif 100 de craquage en vue de sa maintenance.
L’organe 151 de séparation liquide/solide peut être de tout type. Il peut s’agir d’un dispositif de séparation liquide/solide par décantation des matières 21 solides de la composition 18 mixte solide/liquide issue du craquage catalytique. Il peut s’agir d’un dispositif de séparation liquide/solide par filtration et rétention des matières 21 solides de la composition 18 mixte solide/liquide. Il peut s’agir d’un dispositif de séparation liquide/solide par flottation permettant une séparation d’un débit de liquide 32 inerte recyclé, de matières 21 solides de densité supérieure à la densité du liquide 32 inerte et de matières de densité inférieure à la densité du liquide 32 inerte.
Dans le mode de réalisation représenté Fig.3, l’organe 132 de chauffage est adapté pour pouvoir chauffer ladite dispersion 52 de craquage oxygénée circulant dans la conduite 171 d’amenée à une température inférieure à la température de craquage de chaque composé hydrocarboné de ladite dispersion 40 mais aussi proche que possible de cette température. Ainsi, il ne se produit pas de craquage catalytique de ladite dispersion 52 de craquage oxygénée dans l’organe 132 de chauffage. À titre indicatif, ladite dispersion 52 de craquage oxygénée circulant dans la conduite 171 d’amenée en amont de l’organe 132 de chauffage de ladite dispersion 52 de craquage oxygénée peut être à une température comprise entre 200°C et 260°C, notamment comprise entre de l’ordre de 250°C et 260°C.
Ledit dispositif 100 de craquage représenté Fig.3 comprend une enceinte 106 de craquage s’étendant en aval de la buse 187 d’injection du débit de composition oxygénée dans le débit de ladite dispersion 40 hydrocarbonée et de formation de ladite dispersion 52 de craquage désoxygénée. L’enceinte 106 de craquage s’étend entre une entrée 133 du débit de ladite dispersion 52 de craquage désoxygénée dans l’enceinte 106 de craquage et une sortie 102 de produits 50 énergétiques gazeux et d’une composition 18 mixte solide/liquide formés du fait du craquage catalytique. La sortie 102 débouche dans un collecteur 103 de produits 50 énergétiques gazeux issus du craquage et dans un collecteur 104 de composition 18 mixte solide/liquide issue du craquage.
Dans des modes de réalisation avantageux, l’enceinte 106 de craquage présente une forme évasée vers le haut. Une telle forme évasée vers le haut permet de réduire la vitesse ascensionnelle de ladite dispersion 52 de craquage oxygénée et d’une mousse 43 de craquage en expansion dans l’enceinte 106 de craquage du fait du craquage.
Dans le mode de réalisation représenté Fig.3, l’enceinte 106 de craquage comprend dans sa partie aval un dispositif de chauffage de ladite dispersion 52 de craquage oxygénée par mélange, dans une chambre 107 de mélange, d’un débit de ladite dispersion 52 de craquage oxygénée à une température inférieure à ladite température de craquage et d’un débit de liquide 32 inerte recyclé chauffé à une température supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné de sorte que la température du mélange de ladite dispersion 52 de craquage oxygénée et du liquide 32 inerte soit supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné et que le craquage se produise. Dans le mode de réalisation représenté Fig.3, ledit dispositif 100 de craquage comprend des moyens 173 de chauffage du débit de liquide 32 inerte d’une boucle, dite boucle 140 courte, du circuit 125 de distribution de liquide inerte vers l’enceinte 106 de craquage et dans la chambre 107 de mélange. Ladite boucle 140 courte du circuit 125 de distribution comprend un organe 151 de séparation liquide/solide d’un débit de liquide 32 inerte recyclé et de matières 21 solides issues du craquage catalytique à partir de la composition 18 mixte solide/liquide issue du craquage catalytique. Ladite boucle 140 courte comprend s’étendant en aval de l’organe 151 de séparation, des moyens 130 de pompage et des moyens 173 de chauffage du débit de liquide 32 inerte recyclé dans ladite boucle 140 courte. Les moyens 173 de chauffage peuvent être de tout type et sont adaptés pour pouvoir chauffer le débit de liquide 32 inerte recyclé à une température de l’ordre de 300°C à 350°C. Il peut, par exemple, s’agir de moyens 173 de chauffage du débit de liquide 32 inerte recyclé par effet Joule. Ladite boucle 140 courte comprend une vanne 157 de réglage du débit de liquide inerte dans la boucle 140 courte.
L’enceinte 106 de craquage présente dans sa partie amont, un dispositif 147 de chauffage du débit de ladite dispersion 52 de craquage oxygénée, apte à porter la température de ladite dispersion 52 de craquage oxygénée dans l’enceinte 106 de craquage à une température supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné du matériau solide à l’état divisé. Le dispositif 147 de chauffage du débit de ladite dispersion 52 de craquage oxygénée peut être un échangeur de chaleur par conduction, un dispositif de chauffage par induction ou tout autre dispositif de chauffage. Tout dispositif de chauffage peut être utilisé, à l’exception d’un dispositif de chauffage dans lequel ladite dispersion 52 de craquage oxygénée est mise en contact avec une paroi d’échange de chaleur chauffée à une température supérieure à 360°C, notamment supérieure à 400°C. Dans le mode de réalisation représenté Fig.3, ledit dispositif 100 de craquage permet un chauffage de ladite dispersion 52 de craquage oxygénée initialement par mélange avec un débit de liquide inerte chaud issu des moyens 173 de chauffage, puis par réaction exothermique de combustion contrôlée du dihydrogène (H2) gazeux complémentée, le cas échéant, par chauffage par un rayonnement électromagnétique sans dépassement de la température de formation de coke, de dioxines et de furannes.
Ledit dispositif 100 de craquage comprend un dispositif 120 de chauffage complémentaire émetteur de microondes. Le dispositif 120 de chauffage complémentaire est un dispositif émetteur d’un rayonnement électromagnétique de fréquence comprise entre 1 GHz et 300 GHz disposé pour chauffer ladite dispersion 52 de craquage oxygénée en cours de craquage dans l’enceinte 106 de craquage.
Ledit dispositif 100 de craquage comprend un générateur 121 d’ultrasons disposé pour stimuler le craquage catalytique dans la dispersion 52 de craquage oxygénée en cours de craquage sous forme d’une mousse 43 de craquage dans l’enceinte 106 de craquage. Le générateur 121 d’ultrason permet d’assurer la répartir du dioxygène gazeux dans ladite dispersion 52 de craquage oxygénée et d’optimiser la répartition du matériau solide à l’état divisé, du catalyseur et du composé alcalin dans le liquide inerte en favorisant les contacts.
L’enceinte 106 de craquage comprend des moyens 122 de malaxage de ladite dispersion 52 de craquage oxygénée et de la mousse 43 de craquage en formation, entrainés en rotation par un organe 124 moteur. Les moyens 122 de malaxage sont choisis pour permettre la création de turbulences dans l’enceinte de craquage et favoriser les contacts entre les constituants de ladite dispersion 52 de craquage oxygénée.
Le dispositif 126 de distillation/condensation du(des) produit(s) énergétique(s) dudit dispositif 100 de craquage comprend une tuyère 113 d’évacuation de vapeurs susceptibles d’être émises lors d’une mise en service du dispositif arrêté lors d’opérations de maintenance. La tuyère 113 d’évacuation est munie d’une vanne 114 d’évacuation de ces vapeurs. Le dispositif 126 de distillation/condensation est pourvu d’une vanne 117 d’évacuation de résidus issus de la maintenance de la colonne de distillation/condensation.
L’enceinte 106 de craquage s’étend entre une entrée 133 du débit de ladite dispersion 52 de craquage désoxygénée dans l’enceinte 106 de craquage et une sortie 102 de produits 50 énergétiques gazeux et d’une composition 18 mixte solide/liquide formés du fait du craquage catalytique. La sortie 102 débouche dans un collecteur 103 de produits 50 énergétiques gazeux issus du craquage et dans un collecteur 104 de composition 18 mixte solide/liquide issue du craquage.
L’invention peut faire l’objet de nombreuses variantes et applications autres que celles décrites ci-dessus. En particulier, il va de soi que sauf indication contraire les différentes caractéristiques structurelles et fonctionnelles de chacun des modes de réalisation décrits ci-dessus ne doivent pas être considérées comme combinées et/ou étroitement et/ou inextricablement liées les unes aux autres, mais au contraire comme de simples juxtapositions. En outre, les caractéristiques structurelles et/ou fonctionnelles des différents modes de réalisation décrits ci-dessus peuvent faire l’objet en tout ou partie de toute juxtaposition différente ou de toute combinaison différente. Par exemple, le dimensionnement, l’organisation dans l’espace et la conception des différents éléments constitutifs du dispositif sont sujets à des infinités de variantes.
Claims (23)
- Procédé de production d’un produit (51) énergétique par craquage catalytique d’un matériau solide hydrocarboné sans formation de coke, dans lequel on forme un débit d’une composition, dite dispersion (52) de craquage oxygénée, par mélange :
- d’un débit d’une composition, dite dispersion (40) hydrocarbonée, comprenant :
+ un liquide (30,32) inerte vis-à-vis du craquage catalytique ;
+ un matériau (1) solide à l’état divisé contenant au moins un composé hydrocarboné ;
+ au moins un catalyseur (10) de craquage catalytique, et ;
+ au moins un composé (20) alcalin, et ;
- d’un débit d’une composition, dite composition (23) oxygénée, apte à introduire du dioxygène (O2) gazeux dans ladite dispersion (40) hydrocarbonée ;
puis on chauffe ladite dispersion (52) de craquage oxygénée à une température comprise entre 260°C et 360°C, supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné du matériau (1) solide à l’état divisé, ce par quoi au moins un hydrocarbure (50) gazeux et du dihydrogène (H2) gazeux sont formés du fait du craquage catalytique d’au moins un composé hydrocarboné ;
caractérisé en ce que ladite dispersion (40) hydrocarbonée est à une température inférieure à la température de craquage de chaque composé hydrocarboné du matériau solide à l’état divisé lors de son mélange avec ladite composition (23) oxygénée. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’on chauffe ladite dispersion (52) de craquage oxygénée de façon que ladite dispersion (52) de craquage oxygénée atteigne la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné, mais sans contact de ladite dispersion (52) de craquage oxygénée avec une paroi d’échange thermique portée à une température supérieure à 360°C.
- Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une étape de chauffage par conduction à partir d’une source de chaleur à une température inférieure à 360°C.
- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’au moins une étape de chauffage par conduction est une étape de chauffage par échange de chaleur avec un débit de liquide (30) inerte à une température comprise entre 200°C et 360°C, sensiblement exempt de matériau (1) solide à l’état divisé et de catalyseur (10).
- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le liquide (30) inerte est du liquide (32) inerte recyclé à partir d’une composition (18) mixte solide/liquide formée de matières (21) solides issues du craquage catalytique dispersées dans le liquide (30) inerte.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une étape de chauffage, dit chauffage par mélange, lors duquel on mélange le débit de ladite dispersion (52) de craquage oxygénée et un débit de liquide (31) inerte porté à une température supérieure à la température de ladite dispersion (52) de craquage oxygénée et supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné, ledit mélange étant réalisé de façon que la dispersion formée par ce mélange atteigne une température au moins égale à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné et inférieure à 400°C et sans formation de coke, de dioxines et de furannes.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une étape de chauffage, dit préchauffage, lors de laquelle on chauffe le débit de ladite dispersion (40) hydrocarbonée de façon que ladite dispersion (40) hydrocarbonée atteigne une température proche de la température de craquage de chaque composé hydrocarboné mais inférieure à ladite température de craquage et inférieure à 360°C, sans recourir à un chauffage par contact de ladite dispersion (40) hydrocarbonée avec une paroi chauffée à une température supérieure à 350°C et sans formation de coke, de dioxines et de furannes.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dihydrogène (H2) gazeux formé du fait du craquage catalytique subit une réaction exothermique de combustion contrôlée en présence du dioxygène (O2) gazeux de ladite dispersion (52) de craquage oxygénée.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une étape de chauffage, dit chauffage par microondes, par un rayonnement électromagnétique de fréquence comprise entre 1 GHz et 300 GHz.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’on soumet ladite dispersion (52) de craquage oxygénée à des ultrasons lors du craquage catalytique.
- Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu’on soumet le débit de ladite dispersion (52) de craquage oxygénée simultanément audit chauffage par microondes et aux ultrasons.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu’on réalise une étape (7) de désoxygénation d’une dispersion du matériau (1) solide à l’état divisé dans du liquide (30) inerte.
- Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que lors de l’étape (7) de désoxygénation, on maintient la dispersion du matériau (1) solide à l’état divisé dans du liquide (30) inerte en contact avec une atmosphère gazeuse présentant une valeur de pression partielle en dioxygène inférieure à la pression partielle en dioxygène de l’air atmosphérique, ce par quoi on forme une dispersion (8) désoxygénée du matériau (1) solide à l’état divisé dans le liquide (30) inerte.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu’on réalise une étape (3) de séchage du matériau (1) solide à l’état divisé lors de laquelle on maintient une dispersion du matériau (1) solide à l’état divisé dans du liquide inerte à une température supérieure à 100°C de façon à former une dispersion d’un matériau, dit matériau (4) sec, solide à l’état divisé présentant un taux d’humidité inférieur à 10% dans du liquide (30) inerte.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu’on réalise une condensation d’au moins un hydrocarbure (50) à l’état gazeux formé lors du craquage catalytique, dans des conditions propres à former le produit (51) énergétique à l’état liquide.
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu’on collecte un débit d’une composition (18) mixte solide/liquide résultant du craquage catalytique de ladite dispersion (52) de craquage oxygénée, par débordement puis écoulement gravitaire, du fait du débit de ladite dispersion (52) de craquage oxygénée, la composition (18) mixte étant formée d’une dispersion dans le liquide (30) inerte de matières (21) solides formées du fait du craquage catalytique.
- Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu’on soumet le débit de composition (18) mixte solide/liquide à une étape de séparation (19) liquide/solide par laquelle on forme un débit de liquide (30) inerte sensiblement exempt de matières (21) solides, puis on recycle le débit de liquide (30) inerte formé lors de cette étape de séparation (19) liquide/solide.
- Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que l’étape de séparation (19) liquide/solide est une étape de séparation par décantation de matières solides de densité supérieure à la densité du liquide (30) inerte et par flottation de matières solides de densité inférieure à la densité du liquide (30) inerte.
- Dispositif (100) pour la mise en œuvre d’un procédé selon l’une des revendications 1 à 18, le dispositif comprenant :
- une enceinte (106) de craquage comprenant :
+ une entrée (133) d’un débit de ladite dispersion (52) de craquage oxygénée à une température inférieure à la température de craquage de chaque composé hydrocarboné du matériau solide à l’état divisé ;
+ un dispositif (147) de chauffage du débit de dispersion (52) de craquage oxygénée dans l’enceinte (106) de craquage, apte à porter la température de ladite dispersion (52) de craquage oxygénée à une température supérieure à la température de craquage d’au moins un composé hydrocarboné du matériau solide à l’état divisé ;
+ une sortie (102) de produits énergétiques (50) à l’état gazeux ;
- une conduite (171) d’amenée dans l’enceinte (106) de craquage du débit de ladite dispersion (52) de craquage oxygénée à une température inférieure à la température de craquage de chaque composé hydrocarboné, la conduite (171) d’amenée débouchant dans l’enceinte (106) de craquage ;
- des moyens (175) d’introduction contrôlée d’un débit d’une composition (23) oxygénée dans le débit de ladite dispersion (40) hydrocarbonée et de mélange du débit de ladite composition (23) oxygénée et du débit de ladite dispersion (40) hydrocarbonée ;
caractérisé en ce que les moyens (175) d’introduction contrôlée du débit de ladite composition oxygénée débouchent dans la conduite (171) d’amenée en amont dudit dispositif (147) de chauffage. - Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif (126) de distillation/condensation d’au moins un hydrocarbure (50) gazeux et sa conversion en produit (51) énergétique liquide.
- Dispositif selon l’une des revendications 19 ou 20, caractérisé en ce que le dispositif (147) de chauffage du débit de ladite dispersion hydrocarbonée dans l’enceinte (106) de craquage sont choisis parmi :
- des moyens de chauffage par un rayonnement électromagnétique de fréquence comprise entre 1 GHz et 300 GHz, et ;
- des moyens de chauffage par mélange du débit de ladite dispersion de craquage oxygénée avec un débit de liquide inerte à une température supérieure à la température de craquage. - Dispositif selon l’une des revendications 19 à 21, caractérisé en ce que, ladite entrée (133) étant débouchante en partie basse de l’enceinte (106) de craquage, l’enceinte (106) de craquage présente en partie haute, une lèvre de débordement et des moyens de collecte d’un débit d’une composition (18) mixte solide/liquide résultant du craquage catalytique.
- Dispositif selon l’une des revendications 19 à 22, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de préparation de séchage et de désoxygénation de ladite dispersion (40) hydrocarbonée.
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