FR3105204A1 - Heat exchanger reactor - Google Patents

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FR3105204A1 FR1914918A FR1914918A FR3105204A1 FR 3105204 A1 FR3105204 A1 FR 3105204A1 FR 1914918 A FR1914918 A FR 1914918A FR 1914918 A FR1914918 A FR 1914918A FR 3105204 A1 FR3105204 A1 FR 3105204A1
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Abstract

L’invention concerne un réacteur (1) échangeur thermique qui comprend :- une chambre réactive (10) qui loge des tubes chauds (14C) d’un conduit de circulation (14), les tubes chauds (14C) comprenant au niveau de leur extrémité haute (14H) une ouverture haute (15H) en regard d’un passage traversant (11P) ménagé dans une section supérieure (11) de la chambre réactive (10) ;- une chambre haute (16) maintenue à une pression Ps supérieure à la pression Pi, disposée contre la section supérieure (11), et à partir de laquelle des écouvillons (18) maintenus solidairement les uns aux autres traversent chacun un des passages traversant (11P), chaque écouvillon (18) étant associé à un des tubes chauds (14C) et est agencé pour effectuer un mouvement entre une position haute et une position basse dans le tube chaud auquel il est associé afin d’en racler la paroi interne. Figure pour l’abrégé : Figure 2.The invention relates to a heat exchanger reactor (1) which comprises: - a reactive chamber (10) which accommodates the hot tubes (14C) of a circulation duct (14), the hot tubes (14C) comprising at their level top end (14H) a top opening (15H) facing a through passage (11P) formed in an upper section (11) of the reactive chamber (10); - an upper chamber (16) maintained at a higher pressure Ps at the pressure Pi, disposed against the upper section (11), and from which the swabs (18) held integrally to one another each pass through one of the through passages (11P), each swab (18) being associated with one of the hot tubes (14C) and is arranged to effect a movement between a high position and a low position in the hot tube with which it is associated in order to scrape the internal wall thereof. Figure for the abstract: Figure 2.

Description

Réacteur échangeur thermiqueHeat exchanger reactor

L’invention se rapporte au domaine des dispositifs de gazéification en eau supercritique (GESC) de matière carbonée organique ou synthétique, plus spécifiquement la gazéification en eau supercritique d’un co-digestat, par exemple issu de la méthanisation d’un mélange de FOr (Fraction Organique résiduelle), de Boues d’épuration et éventuellement de fumier équin.The invention relates to the field of supercritical water gasification devices (GESC) of organic or synthetic carbonaceous material, more specifically the supercritical water gasification of a co-digestate, for example resulting from the methanization of a mixture of FOr (Residual Organic Fraction), sewage sludge and possibly horse manure.

Notamment, la présente invention concerne un dispositif de gazéification en eau supercritique pourvu d’un système nettoyage de tubes susceptibles d’être le siège de la réaction de gazéification en eau supercritique.In particular, the present invention relates to a supercritical water gasification device provided with a system for cleaning tubes likely to be the seat of the supercritical water gasification reaction.

La gazéification en eau supercritique de biomasse humide, comprenant par exemple plus de 70 % d’eau et aujourd’hui bien connue de l’homme du métier et est abondamment décrite dans la littérature.The supercritical water gasification of wet biomass, comprising for example more than 70% water and today well known to those skilled in the art and is extensively described in the literature.

Cette technique permet notamment de traiter, dans un ou plusieurs tubes d’un réacteur en eau supercritique, des effluents aqueux qui comprennent de la matière organique et de la matière minérale. La gazéification en eau supercritique transforme à cet égard la matière organique en un mélange gazeux, appelé «syngaz», qui comprend en particulier les espèces gazeuses suivantes: CH4, H2, CO2, CO.This technique makes it possible in particular to treat, in one or more tubes of a supercritical water reactor, aqueous effluents which comprise organic matter and mineral matter. Supercritical water gasification in this respect transforms the organic matter into a gaseous mixture, called "syngas", which includes in particular the following gaseous species: CH 4 , H 2 , CO 2 , CO.

La matière minérale, quant-à-elle inerte au regard du procédé de gazéification, s’accumule dans le réacteur de gazéification et notamment sur les parois internes des tubes dudit réacteur.The mineral matter, which is inert with regard to the gasification process, accumulates in the gasification reactor and in particular on the internal walls of the tubes of the said reactor.

Ces dépôts de manière minérale sur les parois internes des tubes limitent les transferts de chaleur vers les tubes pourtant nécessaires à la bonne marche de la gazéification en eau supercritique de la matière organique. Il en résulte une perte de rendement du traitement de l’effluent aqueux. L’accumulation de matière minérale peut ultimement obstruer les tubes, et par voie de conséquence rendre le réacteur en eau supercritique inopérant.These mineral deposits on the internal walls of the tubes limit heat transfer to the tubes, which are nevertheless necessary for the proper functioning of the gasification of organic matter into supercritical water. This results in a loss of yield from the treatment of the aqueous effluent. The accumulation of mineral matter can ultimately clog the tubes, and consequently render the supercritical water reactor inoperative.

Afin de pallier ces problèmes, un réacteur avec écoulement inversé a pu être proposé tel que décrit dans le document [1] cité à la fin de la description. Ce réacteur comprend notamment deux zones distinctes en termes de température (600°C et 300°C), dites respectivement zone chaude et zone froide. En particulier, la zone chaude fonctionne comme un réacteur parfaitement agité et comprend, dans sa partie haute, une buse d’injection de l’effluent aqueux ainsi qu’un moyen d’évacuation des espèces gazeuses. Cet agencement impose une recirculation de l’effluent et/ou des espèces gazeuses dans le volume du réacteur. Lors de cette recirculation, la matière minérale précipite sous forme de sels et tombe par gravité dans la zone froide du réacteur où elle est dissoute.In order to overcome these problems, a reactor with reverse flow has been proposed as described in document [1] cited at the end of the description. This reactor notably comprises two distinct zones in terms of temperature (600° C. and 300° C.), referred to as the hot zone and the cold zone respectively. In particular, the hot zone functions as a perfectly stirred reactor and comprises, in its upper part, an injection nozzle for the aqueous effluent as well as a means of evacuating the gaseous species. This arrangement imposes recirculation of the effluent and/or gaseous species in the volume of the reactor. During this recirculation, the mineral matter precipitates in the form of salts and falls by gravity into the cold zone of the reactor where it is dissolved.

Cette solution n’est cependant pas complètement satisfaisante.However, this solution is not completely satisfactory.

En effet, une partie de la matière minérale précipitée se dépose sur la paroi interne du réacteur. Par effet d’accumulation, ce phénomène conduit à un colmatage du réacteur.In fact, part of the precipitated mineral matter is deposited on the internal wall of the reactor. By accumulation effect, this phenomenon leads to clogging of the reactor.

Ainsi de manière alternative, et tel que décrit dans le document [1] cité à la fin de la description, le réacteur peut comprendre des parois dites transpirantes. En particulier, ce document décrit un réacteur dont la paroi interne est recouverte d’une couche transpirante pourvue d’un réseau de canaux 3D dans lequel circule l’effluent à une température inférieure à la température supercritique de l’eau. Lors de cet écoulement, le dépôt de la matière minérale sur la paroi du réacteur reste limité. Cet agencement n’est toutefois pas satisfaisant. En effet, la mise en œuvre de la couche transpirante rend compliqué l’apport de chaleur nécessaire à la réaction de gazéification en eau supercritique.Thus, alternatively, and as described in document [1] cited at the end of the description, the reactor may comprise so-called transpiring walls. In particular, this document describes a reactor whose internal wall is covered with a transpiring layer provided with a network of 3D channels in which the effluent circulates at a temperature below the supercritical temperature of water. During this flow, the deposition of mineral matter on the wall of the reactor remains limited. However, this arrangement is not satisfactory. Indeed, the implementation of the transpiring layer complicates the supply of heat necessary for the supercritical water gasification reaction.

Un réacteur tubulaire à écoulement réversible a également été proposé. Ce réacteur comprend un tube pourvu de deux zones distinctes en termes de température. En particulier, le tube comprend deux zones de réactions respectivement en condition supercritique de l’eau et en conditions sous-critique de l’eau séparées l’une de l’autre par des zones d’échange thermique. Dans ce type de réacteur, les fluides thermiques et réactionnels circulent toujours à contre-courant mais leur sens d’écoulement est régulièrement inversé. Ainsi, la matière minérale qui a précipité dans la zone chaude, se redissout lorsque l’écoulement est inversé. Toutefois, dans ce type de réacteur, l’inertie thermique du système lors de l’inversion des écoulements impacte le bilan énergétique du procédé.A reversible flow tubular reactor has also been proposed. This reactor comprises a tube provided with two distinct zones in terms of temperature. In particular, the tube comprises two reaction zones respectively in supercritical water conditions and in subcritical water conditions separated from each other by heat exchange zones. In this type of reactor, the thermal and reaction fluids always circulate against the current but their direction of flow is regularly reversed. Thus, the mineral matter which has precipitated in the hot zone redissolves when the flow is reversed. However, in this type of reactor, the thermal inertia of the system during flow reversal impacts the energy balance of the process.

Il a également été envisagé de mettre en œuvre dans un réacteur un écoulement de l’effluent aqueux à forte vitesse. En effet, l’augmentation des forces de cisaillement par rapport aux forces attractives permet de limiter le dépôt de matière minérale sur la paroi du réacteur. Les vitesses d’écoulement impliquées dépendent du dimensionnement du réacteur et des propriétés rhéologiques de l’effluent aqueux. Des vitesses de l’ordre de 1 m/s à 5m/s dans un réacteur horizontal de 6,7mm de diamètre ont pu être rapportées. Dans ces conditions, seulement 10 % à 15 % de l’ensemble des particules se sont déposés sur les parois. Cependant, afin de conserver le temps de séjour requis à ces vitesses d’écoulement, le réacteur tubulaire doit présenter une longueur de 144 m.It was also considered to implement in a reactor a flow of the aqueous effluent at high speed. Indeed, the increase in shear forces compared to the attractive forces makes it possible to limit the deposit of mineral matter on the wall of the reactor. The flow velocities involved depend on the sizing of the reactor and the rheological properties of the aqueous effluent. Speeds of the order of 1 m/s to 5 m/s in a horizontal reactor 6.7 mm in diameter have been reported. Under these conditions, only 10% to 15% of all the particles are deposited on the walls. However, in order to maintain the required residence time at these flow velocities, the tubular reactor must have a length of 144 m.

Des solutions de rinçage lors de périodes de maintenance permettent avantageusement d’éliminer la matière minérale susceptible de précipiter sur les parois du réacteur. Ces solutions impliquent toutefois un fonctionnement discontinu du réacteur.Rinsing solutions during maintenance periods advantageously make it possible to eliminate the mineral matter liable to precipitate on the walls of the reactor. However, these solutions involve discontinuous operation of the reactor.

Il est également possible de procéder à la gazéification en eau supercritique d’un effluent aqueux en présence de particules solides non-adhérentes, telles que du sable, de la silice, ou de la céramique, dont la surface de contact est plus importante que celle des parois. Dans ces conditions, la matière minérale se dépose préférentiellement sur les particules. De manière complémentaire ou alternative, des sels supplémentaires peuvent être ajoutés. Ces derniers sont notamment destinés à former, avec la matière minérale, des eutectiques dont la température de fusion est inférieure à la température opératoire. Le choix des sels reste néanmoins délicat et doit être adapté à la composition de l’effluent à traiter.It is also possible to carry out the supercritical water gasification of an aqueous effluent in the presence of non-adherent solid particles, such as sand, silica, or ceramics, whose contact surface is greater than that walls. Under these conditions, the mineral matter is preferentially deposited on the particles. Complementarily or alternatively, additional salts may be added. The latter are in particular intended to form, with the mineral material, eutectics whose melting temperature is lower than the operating temperature. The choice of salts nevertheless remains delicate and must be adapted to the composition of the effluent to be treated.

La limitation du dépôt de matière minérale peut également être obtenue en mettant un œuvre une filtration tangentielle. Ainsi, la réaction de gazéification de l’effluent aqueux est mise en œuvre dans un espace annulaire formé entre deux tubes concentriques dit respectivement tube interne et tube externe. Plus particulièrement, le bas du tube interne est remplacé par un filtre, et notamment du métal fritté.The limitation of the deposit of mineral matter can also be obtained by implementing tangential filtration. Thus, the gasification reaction of the aqueous effluent is implemented in an annular space formed between two concentric tubes called the inner tube and outer tube respectively. More particularly, the bottom of the inner tube is replaced by a filter, and in particular sintered metal.

Les solutions connues de l’état de la technique, bien que pour certaines mises en œuvre industriellement, ne permettent pas d’éviter un rinçage périodique à froid du réacteur concerné.The solutions known from the state of the art, although for certain industrial implementations, do not make it possible to avoid periodic cold rinsing of the reactor concerned.

Un but de la présente invention est donc de proposer un réacteur de gazéification en eau supercritique associé à un dispositif de raclage permettant de racler de manière efficace les tubes.An object of the present invention is therefore to propose a supercritical water gasification reactor associated with a scraping device making it possible to scrape the tubes effectively.

Les buts de l’invention sont, au moins en partie, atteints par un réacteur échangeur thermique qui comprend:
- une chambre réactive, maintenue à une pression Pi, qui loge dans son volume un conduit de circulation principal, ledit conduit comprend, une section chaude du volume de la chambre réactive, un faisceau de tubes dits chauds, et parallèles entre eux, les tubes chauds comprenant au niveau d’une de leur extrémité, dite extrémité haute et opposée à une extrémité basse, une ouverture haute chacune en regard d’un passage traversant ménagé dans une section supérieure d’une paroi délimitant la chambre réactive, ladite paroi comprenant en outre une section inférieure, et une section latérale reliant lesdites sections supérieure et inférieure;
- une chambre haute maintenue par un moyen hydraulique à une pression Ps supérieure à la pression Pi, disposée dans le prolongement de la chambre réactive contre la section supérieure, et à partir de laquelle des écouvillons maintenus solidairement les uns aux autres traversent chacun des passages traversant, chaque écouvillon étant associé à un des tubes chauds et est agencé pour effectuer un mouvement entre une position haute et une position basse dans le tube chaud auquel il est associé afin d’en racler la paroi interne.
The objects of the invention are, at least in part, achieved by a heat exchanger reactor which comprises:
- a reactive chamber, maintained at a pressure Pi, which houses in its volume a main circulation conduit, said conduit comprises, a hot section of the volume of the reactive chamber, a bundle of so-called hot tubes, and parallel to each other, the tubes hot comprising at one of their ends, called the high end and opposite a low end, a high opening each opposite a through passage provided in an upper section of a wall delimiting the reactive chamber, said wall comprising besides a lower section, and a side section connecting said upper and lower sections;
- an upper chamber maintained by hydraulic means at a pressure Ps greater than the pressure Pi, arranged in the extension of the reactive chamber against the upper section, and from which swabs held integrally with each other cross each of the crossing passages , each swab being associated with one of the hot tubes and is arranged to perform a movement between a high position and a low position in the hot tube with which it is associated in order to scrape the internal wall thereof.

Les écouvillons peuvent être agencés pour limiter les fuites de liquide (d’eau) de l’une des chambres haute et réactive vers l’autre desdites chambres. Toutefois, si des fuites doivent se produire, la seule considération d’une pression Ps supérieure à la pression Pi permet de limiter ces dernières à un écoulement de fluide de la chambre haute vers la chambre réactive.The swabs can be arranged to limit the leakage of liquid (water) from one of the upper and reactive chambers to the other of said chambers. However, if leaks should occur, the only consideration of a pressure Ps greater than the pressure Pi makes it possible to limit the latter to a flow of fluid from the upper chamber to the reactive chamber.

Selon un mode de mise en œuvre, les écouvillons sont dimensionnés de sorte que lors du mouvement de la position haute vers la position basse desdits écouvillons, un écoulement d’un fluide de la chambre haute vers les tubes chauds est permis.According to one mode of implementation, the swabs are sized so that during the movement from the high position to the low position of said swabs, a flow of a fluid from the upper chamber to the hot tubes is allowed.

Selon un mode de mise en œuvre, chaque écouvillon comprend une tige au bout de laquelle est disposée un moyen de raclage.According to one mode of implementation, each swab comprises a rod at the end of which is arranged a scraping means.

Un «moyen de raclage»est un moyen destiné à racler la paroi interne des tubes chauds. En particulier, le moyen de raclage peut comprendre au moins un des éléments choisi parmi: une brosse, un cylindre lisse, un cylindre corrugué.A “scraping means” is a means intended to scrape the internal wall of the hot tubes. In particular, the scraping means can comprise at least one of the elements chosen from: a brush, a smooth cylinder, a corrugated cylinder.

Selon un mode de mise en œuvre, chaque tube chaud comprend, au niveau de son extrémité haute, un épaulement convergent limitant l’ouverture haute au diamètre de la tige de l’écouvillon auquel ledit tube est associé, le moyen de raclage présente une forme cylindrique de diamètre supérieur au diamètre de la tige, de sorte que ledit moyen de raclage soit en appui contre l’épaulement convergent lorsque l’écouvillon est en position haute.According to one mode of implementation, each hot tube comprises, at its upper end, a convergent shoulder limiting the upper opening to the diameter of the rod of the swab with which said tube is associated, the scraping means has a shape cylindrical with a diameter greater than the diameter of the rod, so that said scraping means bears against the converging shoulder when the swab is in the high position.

Selon un mode de mise en œuvre, les écouvillons traversent par ajustement chacun des passages traversant.According to one mode of implementation, the swabs pass through each of the crossing passages by adjustment.

L’ajustement est notamment glissant, et laisse passer du fluide de la chambre haute vers la chambre réactive.The fit is particularly slippery, and lets fluid pass from the upper chamber to the reactive chamber.

Selon un mode de mise en œuvre, des interfaces tubulaires sont disposées dans le prolongement des tubes chauds au niveau de leur extrémité haute et traversent en partie les passages traversant.According to one mode of implementation, tubular interfaces are arranged in the extension of the hot tubes at their upper end and partly cross the through passages.

Selon un mode de mise en œuvre, le maintien solidaire des écouvillons est assuré par un piston logé dans le volume interne de la chambre haute et au niveau duquel le mouvement des écouvillons de la position haute vers la position basse, et inversement, est induit par le moyen hydraulique.According to one mode of implementation, the integral maintenance of the swabs is ensured by a piston housed in the internal volume of the upper chamber and at the level of which the movement of the swabs from the high position to the low position, and vice versa, is induced by the hydraulic means.

Selon un mode de mise en œuvre, le moyen hydraulique comprend deux piquages dits, respectivement piquage haut et piquage bas, ménagés dans une paroi de la chambre haute, et à partir desquels est injectée ou pompée de l’eau de manière à induire un mouvement du piston.According to one mode of implementation, the hydraulic means comprises two so-called tappings, respectively top tapping and bottom tapping, formed in a wall of the upper chamber, and from which water is injected or pumped so as to induce a movement of the plunger.

Selon un mode de mise en œuvre, le système hydraulique comprend une pompe à eau et un système de conduite associé à un jeu de quatre vannes.According to one mode of implementation, the hydraulic system comprises a water pump and a pipe system associated with a set of four valves.

Selon un mode de mise en œuvre, une chambre de collecte est disposée en appui contre la section inférieure, les tubes chauds traversant ladite section inférieure au niveau d’ouvertures inférieures ménagées dans la section inférieure de sorte qu’une section desdits tubes chauds débouche dans la chambre de collecte.According to one mode of implementation, a collection chamber is arranged bearing against the lower section, the hot tubes passing through said lower section at the level of lower openings made in the lower section so that a section of said hot tubes opens into the collection chamber.

Selon un mode de mise en œuvre, la chambre de collecte comprend une vanne de sortie.According to one mode of implementation, the collection chamber comprises an outlet valve.

Selon un mode de mise en œuvre, la chambre de collecte comprend un deuxième piquage agencé pour injecter de l’eau dans ladite chambre.According to one mode of implementation, the collection chamber comprises a second tapping arranged to inject water into said chamber.

Selon un mode de mise en œuvre, le conduit de circulation principal comprend également une portion dite froide formée par des tubes froids parallèles aux tubes chauds et disposée dans une section froide de la chambre réactive et adjacente à la section chaude.According to one embodiment, the main circulation conduit also comprises a so-called cold portion formed by cold tubes parallel to the hot tubes and arranged in a cold section of the reactive chamber and adjacent to the hot section.

Selon un mode de mise en œuvre, la section latérale comprend un troisième piquage bas et un troisième piquage haut, respectivement, d’alimentation en effluent aqueux du conduit de circulation principal et d’évacuation d’effluent du conduit de circulation principal.According to one mode of implementation, the lateral section comprises a third bottom tapping and a third top tapping, respectively, for supplying aqueous effluent from the main circulation conduit and for discharging effluent from the main circulation conduit.

Selon un mode de mise en œuvre, ledit dispositif comprend un conduit de chauffage destiné à chauffer le conduit de circulation principal.According to one mode of implementation, said device comprises a heating duct intended to heat the main circulation duct.

Selon un mode de mise en œuvre, le conduit de chauffage comprend des sections tubulaires chaudes agencées de manière coaxiale avec les tubes chauds.According to one mode of implementation, the heating conduit comprises hot tubular sections arranged coaxially with the hot tubes.

Selon un mode de mise en œuvre, la section latérale comprend un quatrième piquage haut et un quatrième piquage bas, respectivement, d’alimentation en fluide chaud du conduit de chauffage et d’évacuation dudit fluide du conduit chauffage.According to one mode of implementation, the lateral section comprises a fourth top tapping and a fourth bottom tapping, respectively, for supplying hot fluid to the heating duct and discharging said fluid from the heating duct.

D’autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre d’un réacteur échangeur thermique selon l’invention, donnés à titre d’exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels:Other characteristics and advantages will appear in the following description of a heat exchanger reactor according to the invention, given by way of non-limiting examples, with reference to the appended drawings in which:

est une représentation schématique selon un plan de coupe longitudinal du réacteur échangeur thermique selon une première variante de la présente invention; is a schematic representation according to a longitudinal sectional plane of the heat exchanger reactor according to a first variant of the present invention;

est une représentation schématique selon un plan de coupe longitudinal du réacteur échangeur thermique selon un autre aspect de la présente invention; is a schematic representation according to a longitudinal sectional plane of the heat exchanger reactor according to another aspect of the present invention;

est une représentation schématique des extrémités hautes de tubes chauds mettant en œuvre des interfaces tubulaires selon une deuxième variante de la présente invention; is a schematic representation of the upper ends of hot tubes implementing tubular interfaces according to a second variant of the present invention;

est une représentation schématique du moyen hydraulique mis en œuvre dans le cadre de la présente invention; is a schematic representation of the hydraulic means implemented in the context of the present invention;

est une représentation schématique d’une chambre de collecte fixée sur la chambre réactive selon la présente invention. is a schematic representation of a collection chamber attached to the reactive chamber according to the present invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED DISCUSSION OF PARTICULAR EMBODIMENTS

De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Par souci de clarté, seuls les éléments qui sont utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, la mise en œuvre de la gazéification en eau supercritique n’est pas détaillée.The same elements have been designated by the same references in the various figures and, moreover, the various figures are not drawn to scale. For the sake of clarity, only the elements which are useful for understanding the embodiments described have been represented and are detailed. In particular, the implementation of supercritical water gasification is not detailed.

Dans la description qui suit, sauf indication contraire, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "haut", "bas" etc., ou relative, tels que les termes "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", "latéral", etc., il est fait référence à l'orientation des figures correspondantes, étant entendu que, dans la pratique, les dispositifs décrits peuvent être orientés différemment. Sauf précision contraire, les expressions "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.In the description which follows, unless otherwise indicated, when reference is made to qualifiers of absolute position, such as the terms "high", "low" etc., or relative, such as the terms "upper", "lower ", etc., or to qualifiers of orientation, such as the terms "horizontal", "vertical", "lateral", etc., reference is made to the orientation of the corresponding figures, it being understood that, in the practice, the devices described can be oriented differently. Unless specified otherwise, the expressions “approximately”, “substantially”, and “of the order of” mean to within 10%, preferably within 5%.

Les figures 1 et 2 illustrent un exemple de réacteur échangeur thermique 1 utilisé pour la gazéification de biomasse, et en particulier d’un co-digestat, en eau supercritique.Figures 1 and 2 illustrate an example of a heat exchanger reactor 1 used for the gasification of biomass, and in particular of a co-digestate, into supercritical water.

Par «co-digestat», on entend un mélange de digestat et de boue de station d’épuration.“Co-digestate” means a mixture of digestate and sewage sludge.

Par «digestat», on entend un résidu du processus de méthanisation de matières organiques naturelles ou de produits résiduaires organiques.By “digestate” is meant a residue from the process of methanization of natural organic materials or organic waste products.

Le réacteur échangeur thermique 1 comprend notamment une chambre réactive 10 maintenue à une pression Pi, par exemple comprise entre 250 bars et 300 bars, et à une température T supérieure à 374 °C.The heat exchanger reactor 1 comprises in particular a reactive chamber 10 maintained at a pressure Pi, for example between 250 bars and 300 bars, and at a temperature T greater than 374°C.

Il est entendu, sans qu’il soit nécessaire de le préciser, que le maintien de la chambre à la pression Pi est assuré par la présence d’un fluide, notamment de l’eau, à la pression Pi dans le volume délimité par la paroi de ladite chambre.It is understood, without it being necessary to specify it, that the maintenance of the chamber at the pressure Pi is ensured by the presence of a fluid, in particular water, at the pressure Pi in the volume delimited by the wall of said chamber.

La chambre réactive 10 comprend une enveloppe formée par une paroi délimitant le volume V de ladite chambre 10. Plus particulièrement, la paroi du réacteur échangeur thermique 1 comprend une section supérieure 11 et une section inférieure 12 reliées par une section latérale 13. La chambre réactive 10 peut être de forme essentiellement cylindrique, et présenter un axe d’élongation ou de révolution XX’.The reactive chamber 10 comprises an envelope formed by a wall delimiting the volume V of said chamber 10. More particularly, the wall of the heat exchanger reactor 1 comprises an upper section 11 and a lower section 12 connected by a lateral section 13. The reactive chamber 10 may be essentially cylindrical in shape, and have an axis of elongation or of revolution XX'.

La chambre réactive 10 comprend une section chaude 10C qui loge un faisceau de tubes dits tubes chauds 14C, d’un conduit de circulation principal 14 baignant dans le fluide à la pression Pi. Les tubes chauds 14C sont parallèles entre eux, et s’étendent selon l’axe XX’ entre une extrémité basse 14B et une extrémité haute 14H. Les tubes chauds, qui sont chauffés à une température supérieure à 370 °C, sont destinés à être le siège d’une réaction de gazéification en eau supercritique d’un effluent aqueux qui comprend de la matière organique et de la matière minérale et circulant dans le conduit de circulation principal. La réaction de gazéification en eau supercritique transforme en particulier la matière organique en espèces gazeuses, tandis que la matière minérale, inerte au regard de cette réaction n’est pas transformée.The reactive chamber 10 comprises a hot section 10C which houses a bundle of tubes called hot tubes 14C, of a main circulation conduit 14 bathed in the fluid at the pressure Pi. The hot tubes 14C are parallel to each other, and extend along the axis XX' between a lower end 14B and an upper end 14H. The hot tubes, which are heated to a temperature above 370°C, are intended to be the seat of a supercritical water gasification reaction of an aqueous effluent which comprises organic matter and mineral matter and circulating in the main circulation channel. The reaction of gasification in supercritical water in particular transforms organic matter into gaseous species, while mineral matter, inert with regard to this reaction, is not transformed.

Il est entendu que les tubes chauds 14C sont reliés deux à deux, par exemple latéralement par des tubes transversaux 14T, de sorte que le conduit de circulation principal 14 forme un conduit continu.It is understood that the hot tubes 14C are connected two by two, for example laterally by transverse tubes 14T, so that the main circulation duct 14 forms a continuous duct.

Les tubes chauds 14C comprennent par ailleurs, en leur extrémité haute 14H, une ouverture haute 15H. Plus particulièrement, chaque ouverture haute 15H est en regard d’un passage traversant 11P ménagé dans la section supérieure 11 de la paroi délimitant la chambre réactive 10.The hot tubes 14C also include, at their top end 14H, a top opening 15H. More specifically, each top opening 15H faces a through passage 11P provided in the upper section 11 of the wall delimiting the reactive chamber 10.

Le réacteur échangeur thermique 1 comprend également une chambre haute 16, maintenue par un moyen hydraulique 17 (figure 4), à une pression Ps, et disposée dans le prolongement de la chambre réactive 10 contre la section supérieure 11. La pression Ps est supérieure à la pression Pi, et avantageusement de sorte que l’écart entre ces deux pressions soit inférieur à 10 bars, encore plus avantageusement inférieur à 5 bars, par exemple inférieur à 1 bar. La pression Ps est notamment assurée par la présence d’un fluide à ladite pression. Par ailleurs ledit fluide est également maintenu à une température inférieure à la température de transition supercritique de l’eau.The heat exchanger reactor 1 also comprises an upper chamber 16, maintained by hydraulic means 17 (FIG. 4), at a pressure Ps, and arranged in the extension of the reactive chamber 10 against the upper section 11. The pressure Ps is greater than the pressure Pi, and advantageously so that the difference between these two pressures is less than 10 bars, even more advantageously less than 5 bars, for example less than 1 bar. The pressure Ps is in particular ensured by the presence of a fluid at said pressure. Furthermore, said fluid is also maintained at a temperature below the supercritical transition temperature of water.

En particulier, la chambre haute 16 peut notamment comprendre une cuve 16E pourvue d’un fond 16F surmontée d’une paroi latérale 16L. La cuve 16 peut en particulier comprendre, au niveau de son bord, une bague circonférentielle 16D permettant de fixer ladite cuve à la chambre réactive 10, par exemple au moyen d’écrous (figure 3).In particular, the upper chamber 16 may in particular comprise a tank 16E provided with a bottom 16F surmounted by a side wall 16L. The tank 16 may in particular comprise, at its edge, a circumferential ring 16D making it possible to fix said tank to the reactive chamber 10, for example by means of nuts (FIG. 3).

Le positionnement de la cuve 16 contre la section supérieure 11 est exécuté de manière à garantir l’étanchéité globale du réacteur échangeur thermique 1.The positioning of the tank 16 against the upper section 11 is carried out in such a way as to guarantee the overall tightness of the heat exchanger reactor 1.

Le réacteur échangeur thermique 1 comprend également des écouvillons 18 maintenus solidairement les uns aux autres.The heat exchanger reactor 1 also comprises swabs 18 held firmly to each other.

Par ailleurs, selon la présente invention, les écouvillons traversent, chacun, un des passages traversant 11P à partir du volume de la chambre haute 15H. En particulier, chaque écouvillon 18 est associé à un des tubes chauds 14C et est agencé pour effectuer un mouvement entre une position haute et une position basse dans le tube chaud 14C auquel il est associé afin d’en racler la paroi interne.Furthermore, according to the present invention, the swabs each pass through one of the passages passing through 11P from the volume of the upper chamber 15H. In particular, each swab 18 is associated with one of the hot tubes 14C and is arranged to perform a movement between a high position and a low position in the hot tube 14C with which it is associated in order to scrape the internal wall thereof.

En particulier, les écouvillons 18 sont agencés pour, lorsqu’ils sont en position haute, permettre la circulation d’un effluent aqueux dans le conduit de circulation principal. En d’autres termes, les écouvillons 18 sont en retrait des tubes transversaux 14T.In particular, the swabs 18 are arranged to, when they are in the high position, allow the circulation of an aqueous effluent in the main circulation conduit. In other words, the 18 swabs are recessed from the 14T cross tubes.

Selon une première variante avantageuse illustrée aux figures 1 et 2, les écouvillons traversent par ajustement chacun des passages traversant 11P.According to a first advantageous variant illustrated in FIGS. 1 and 2, the swabs pass through each of the crossing passages 11P by adjustment.

Par «traverse par ajustement», on entend un ajustement glissant entre les passages et les écouvillons.By "traverse by adjustment" is meant a sliding adjustment between the passages and the swabs.

L’homme du métier est en mesure de procéder à cet ajustement du passage traversant au regard de la forme et de la taille des écouvillons avec ses seules connaissances générales.The person skilled in the art is able to carry out this adjustment of the through passage with regard to the shape and size of the swabs with his general knowledge alone.

Selon une deuxième variante illustrée à la figure 3, des interfaces tubulaires 20 sont disposées dans le prolongement des tubes chauds 14C au niveau de leur extrémité haute 14H et traversent en partie les passages traversant 11P.According to a second variant illustrated in FIG. 3, tubular interfaces 20 are arranged in the extension of the hot tubes 14C at their upper end 14H and partly pass through the through passages 11P.

En particulier, les interfaces tubulaires 20 sont fixées de manière étanche aux tubes chauds 14C, et s’étendent de l’extrémité haute 14H et traversent en partie les passages traversant 11P. Il est entendu que selon cet agencement chaque écouvillon 18 traverse une interface tubulaire 20. Par ailleurs, chaque interface tubulaire 20 est montée de manière étanche dans le passage traversant qu’elle traverse.In particular, the tubular interfaces 20 are fixed in a sealed manner to the hot tubes 14C, and extend from the upper end 14H and partly cross the through passages 11P. It is understood that according to this arrangement each swab 18 passes through a tubular interface 20. Furthermore, each tubular interface 20 is mounted in a sealed manner in the through passage that it passes through.

Dans la mesure où des fuites pourraient survenir en ces deux chambres haute et réactive, la considération d’une pression Ps supérieure à la pression Pi, permet de limiter lesdites fuites au seul passage de fluide de la chambre haute vers la chambre réactive.Insofar as leaks could occur in these two upper and reactive chambers, the consideration of a pressure Ps greater than the pressure Pi, makes it possible to limit said leaks to the sole passage of fluid from the upper chamber to the reactive chamber.

Ce dernier aspect rend le système de raclage par écouvillons 18 compatible avec un fonctionnement en eau supercritique de la chambre réactive 10.This last aspect makes the scraping system by swabs 18 compatible with operation in supercritical water of the reactive chamber 10.

Les écouvillons 18 présentent en outre une longueur suffisante pour permettre le raclage de la paroi interne des tubes chauds 14C sur toute leur longueur.The swabs 18 also have a sufficient length to allow scraping of the internal wall of the hot tubes 14C over their entire length.

À cet égard, chaque écouvillon 18 peut comprendre une tige au bout de laquelle est disposée un moyen de raclage.In this regard, each swab 18 may comprise a rod at the end of which is arranged a scraping means.

Le moyen de raclage peut à cet égard comprendre au moins un des éléments choisis parmi: une brosse, un cylindre lisse, un cylindre corrugué.The scraping means can in this respect comprise at least one of the elements chosen from: a brush, a smooth cylinder, a corrugated cylinder.

Le moyen de raclage peut en particulier présenter une forme cylindrique de diamètre supérieur au diamètre de la tige. En particulier, chaque tube 14C chaud peut comprendre, au niveau de son extrémité haute, un épaulement convergent limitant l’ouverture haute au diamètre de la tige de l’écouvillon auquel ledit tube est associé, de sorte que le moyen de raclage soit en appui contre l’épaulement convergent lorsque l’écouvillon est en position haute.The scraping means may in particular have a cylindrical shape with a diameter greater than the diameter of the rod. In particular, each hot tube 14C may comprise, at its upper end, a convergent shoulder limiting the upper opening to the diameter of the rod of the swab with which said tube is associated, so that the scraping means is supported against the shoulder converge when the swab is in the up position.

Le maintien solidaire des écouvillons 18 est assuré par un piston 19 logé dans le volume interne de la chambre haute 10C et au niveau duquel le mouvement des écouvillons de la position haute vers la position basse, et inversement, est induit par le moyen hydraulique 17.The integral maintenance of the swabs 18 is ensured by a piston 19 housed in the internal volume of the upper chamber 10C and at the level of which the movement of the swabs from the high position to the low position, and vice versa, is induced by the hydraulic means 17.

Le moyen hydraulique 17 (illustré à la figure 4) peut comprendre deux piquages dits, respectivement premier piquage haut 16H et premier piquage bas 16B, ménagés dans une paroi de la chambre haute, et à partir desquels est injectée ou pompée de l’eau de manière à induire un mouvement du piston 19.The hydraulic means 17 (illustrated in FIG. 4) may comprise two so-called tappings, respectively first top tapping 16H and first bottom tapping 16B, provided in a wall of the upper chamber, and from which is injected or pumped water from so as to induce a movement of the piston 19.

Plus particulièrement, le moyen hydraulique 17 comprend une pompe à eau PM et un système de conduite C1, C2, C3, et C4 associé à un jeu de quatre vannes, respectivement, V1, V2, V3 et V4.More particularly, the hydraulic means 17 comprises a water pump PM and a pipe system C1, C2, C3, and C4 associated with a set of four valves, respectively, V1, V2, V3 and V4.

Plus particulièrement, les vannes V1 à V4 sont montées sur les conduits C1, C2, C3, et C4 agencés pour assurer un mouvement du piston 18 de la position haute vers la position basse et inversement.More particularly, the valves V1 to V4 are mounted on the ducts C1, C2, C3, and C4 arranged to ensure movement of the piston 18 from the high position to the low position and vice versa.

Notamment, le mouvement de la position haute vers la position basse du piston 19 est induit par une injection d’eau, par la pompe PM, au niveau du premier piquage haut 16H via le conduit C2 et une évacuation d’eau par le premier piquage 16B via le conduit C4. Ce mouvement implique à cet égard l’ouverture des vannes V2 et V4 et la fermeture des vannes V1 et V3.In particular, the movement from the high position to the low position of the piston 19 is induced by an injection of water, by the pump PM, at the level of the first high tapping 16H via the conduit C2 and an evacuation of water by the first tapping 16B via conduit C4. This movement implies in this respect the opening of valves V2 and V4 and the closing of valves V1 and V3.

Le mouvement contraire du piston est induit par une injection d’eau, par la pompe PM, au niveau du piquage bas 16B via le conduit C3 et une évacuation d’eau par le piquage haut 16H via le conduit C1. Ce mouvement implique à cet égard l’ouverture des vannes V1 et V3 et la fermeture des vannes V2 et V4.The opposite movement of the piston is induced by an injection of water, by the PM pump, at the level of the low tapping 16B via the conduit C3 and an evacuation of water by the high tapping 16H via the conduit C1. This movement implies in this respect the opening of valves V1 and V3 and the closing of valves V2 and V4.

Le moyen hydraulique 17 peut, par ailleurs, comprendre un réservoir RE permettant au moyen hydraulique de fonctionner en circuit fermé.The hydraulic means 17 can, moreover, comprise a reservoir RE allowing the hydraulic means to operate in a closed circuit.

Le réacteur échangeur thermique 1 peut également comprendre une chambre de collecte 22 disposée en appui contre la section inférieure 12 (figures 1, 2 et 5).The heat exchanger reactor 1 can also comprise a collection chamber 22 placed in abutment against the lower section 12 (FIGS. 1, 2 and 5).

Les tubes chauds 14 traversant la section inférieure 12 au niveau d’ouvertures inférieures 12P ménagées dans ladite section inférieure 12 de sorte qu’une section desdits tubes chauds 14H débouche dans la chambre de collecte.The hot tubes 14 passing through the lower section 12 at lower openings 12P formed in said lower section 12 so that a section of said hot tubes 14H opens into the collection chamber.

La chambre de collecte est plus particulièrement agencée pour que la matière minérale tombe par gravité dans ladite chambre de collecte. La chambre de collecte peut comprendre de l’eau à une température inférieure 374 °C de manière à dissoudre ladite matière minérale et ainsi former de la saumure.The collection chamber is more particularly arranged so that the mineral matter falls by gravity into said collection chamber. The collection chamber may include water at a temperature below 374°C so as to dissolve said mineral matter and thus form brine.

La chambre de collecte 22 peut comprendre une vanne de sortie 22S destinée à évacuer la saumure susceptible de se déposer dans ladite chambre 22.The collection chamber 22 may include an outlet valve 22S intended to evacuate the brine likely to settle in said chamber 22.

La chambre de collecte 22 peut également comprendre un deuxième piquage 22P, pourvu d’une vanne 22SP, agencé pour injecter de l’eau dans ladite chambre. Plus particulièrement, la chambre de collecte 22 peut être dotée d’un système de régulation permettant de garantir un niveau d’eau minimum dans ladite chambre.The collection chamber 22 may also include a second tapping 22P, provided with a valve 22SP, arranged to inject water into said chamber. More particularly, the collection chamber 22 can be equipped with a regulation system making it possible to guarantee a minimum water level in said chamber.

Le conduit de circulation principal peut également comprendre une portion dite froide (figure 2) formée par des tubes froids 14F parallèles aux tubes chauds 14C et disposés dans une section froide 10F de la chambre réactive 10 et adjacente à la section chaude 10C. Par portion froide, on entend une section maintenue à une température inférieure à la température de transition supercritique de l’eau. Ainsi, l’effluent aqueux circulant dans cette section ne subit aucune réaction de gazéification.The main circulation duct can also comprise a so-called cold portion (FIG. 2) formed by cold tubes 14F parallel to the hot tubes 14C and arranged in a cold section 10F of the reactive chamber 10 and adjacent to the hot section 10C. By cold portion, we mean a section maintained at a temperature below the supercritical transition temperature of water. Thus, the aqueous effluent circulating in this section does not undergo any gasification reaction.

Le réacteur échangeur thermique 1 selon la présente invention comprend, au niveau de la section latérale, comprend un troisième piquage bas 13B et un troisième piquage haut 13H, respectivement, d’alimentation en effluent aqueux du conduit de circulation principal et d’évacuation d’effluent du conduit de circulation principal. Plus particulièrement, le piquage 13B et le piquage 13H sont disposés, respectivement, au niveau de la section froide et de la section chaude.The heat exchanger reactor 1 according to the present invention comprises, at the level of the lateral section, comprises a third bottom tapping 13B and a third top tapping 13H, respectively, for supplying aqueous effluent from the main circulation conduit and for discharging effluent from the main circulation conduit. More particularly, the tapping 13B and the tapping 13H are arranged, respectively, at the level of the cold section and the hot section.

Le réacteur échangeur thermique 1 comprend également un conduit de chauffage 23 destiné à chauffer le conduit de circulation principal. Notamment, le conduit de chauffage 23 comprend des sections tubulaires 23C chaudes agencées de manière coaxiale avec les tubes chauds 14C, et dans lesquels un fluide chaud, par exemple de l’eau supercritique, circule. La circulation du fluide chaud permet notamment de chauffer l’effluent aqueux au niveau de la section chaude. A cet égard, la section latérale comprend un quatrième piquage haut 23H et un quatrième piquage bas 23B, respectivement, d’alimentation en fluide chaud du conduit de chauffage et d’évacuation dudit fluide du conduit chauffage. Plus particulièrement, le piquage 3B et le piquage 23H sont disposés, respectivement, au niveau de la section froide et de la section chaude. Selon cet agencement, les flux d’effluent aqueux et de fluide chaud circulent en sens inverse.The heat exchanger reactor 1 also comprises a heating conduit 23 intended to heat the main circulation conduit. In particular, the heating conduit 23 comprises hot tubular sections 23C arranged coaxially with the hot tubes 14C, and in which a hot fluid, for example supercritical water, circulates. The circulation of the hot fluid makes it possible in particular to heat the aqueous effluent at the level of the hot section. In this respect, the lateral section comprises a fourth top tapping 23H and a fourth bottom tapping 23B, respectively, for supplying hot fluid to the heating duct and discharging said fluid from the heating duct. More particularly, the stitching 3B and the stitching 23H are arranged, respectively, at the level of the cold section and the hot section. According to this arrangement, the flows of aqueous effluent and hot fluid circulate in opposite directions.

Le réacteur échangeur thermique 1 est ainsi mis en œuvre pour la gazéification en eau supercritique d’un effluent aqueux injecté au niveau du piquage 13H. La température de l’effluent atteint la température de transition supercritique de l’eau lorsqu’il transite dans la section chaude de la chambre réactive. A cet instant, la matière organique subit une réaction de gazéification en eau supercritique, tandis que la matière minérale se solidifie et tombe, pour partie, par gravité dans la chambre de collecte 22. Des résidus de matière minérale solidifiée s’agglomèrent toutefois sur les parois internes des tubes chauds. Les conditions supercritiques imposées auxdits tubes ne permettent néanmoins pas à cette matière de se redissoudre dans l’eau. L’arrêt du réacteur et la mise en œuvre des écouvillons, et notamment leur mouvement de la position haute vers la position basse, permet de racler les parois internes des tubes chauds et par voie de conséquence pousser la matière minérale dans la chambre de collecte.The heat exchanger reactor 1 is thus implemented for gasification into supercritical water of an aqueous effluent injected at the level of the 13H tapping. The temperature of the effluent reaches the supercritical transition temperature of water when it passes through the hot section of the reaction chamber. At this moment, the organic matter undergoes a reaction of gasification into supercritical water, while the mineral matter solidifies and falls, in part, by gravity into the collection chamber 22. Residues of solidified mineral matter however agglomerate on the internal walls of the hot tubes. The supercritical conditions imposed on said tubes nevertheless do not allow this material to redissolve in water. Shutting down the reactor and using the swabs, and in particular their movement from the high position to the low position, makes it possible to scrape the internal walls of the hot tubes and consequently push the mineral matter into the collection chamber.

L’eau comprise dans la chambre de collecte, maintenue à une température inférieure à la température de transition supercritique de l’eau, permet de dissoudre la matière minérale et ainsi former de la saumure. Cette dernière peut alors être évacuée pour ouverture de la vanne 22SThe water included in the collection chamber, maintained at a temperature below the supercritical transition temperature of water, makes it possible to dissolve the mineral matter and thus form brine. The latter can then be evacuated to open the 22S valve

Le réacteur échangeur de chaleur peut également être pourvu d’un capteur de niveau d’eau dans la chambre de collecte. Ce capteur peut être associé à un système d’injection d’eau au niveau du piquage 22P de manière à garantir un niveau d’eau à un niveau prédéterminé. En particulier, le capteur peut déclencher une injection d’eau dès lors que le niveau d’eau dans la chambre de collecte est inférieur au niveau prédéterminé.The heat exchanger reactor can also be provided with a water level sensor in the collection chamber. This sensor can be associated with a water injection system at the 22P tapping so as to guarantee a water level at a predetermined level. In particular, the sensor can trigger an injection of water when the water level in the collection chamber is below the predetermined level.

Lors de la phase de retrait des écouvillons (mouvement de la position basse vers la position haute), l’eau contenue dans la chambre de collecte subit une aspiration, et vient remplir les tubes chauds. Cette eau, qui se trouve dans des conditions sous critique peut alors dissoudre de la matière minérale résiduelle (non raclée par les écouvillons) sur les parois internes des tubes chauds. L’inertie importante du volume de collecte combiné à la régulation de température de sa paroi permettra un échauffement rapide de l’eau claire limitant l’impact de cette phase de nettoyage sur le redémarrage du réacteur. L’eau injectée peut également être préchauffée, à une température inférieure à la température de transition supercritique de l’eau afin de limiter l’impact thermique de cette eau sur les tubes chauds.During the swab withdrawal phase (movement from the low position to the high position), the water contained in the collection chamber undergoes suction, and fills the hot tubes. This water, which is in subcritical conditions, can then dissolve residual mineral matter (not scraped off by the swabs) on the internal walls of the hot tubes. The significant inertia of the collection volume combined with the temperature regulation of its wall will allow rapid heating of the clear water, limiting the impact of this cleaning phase on the restarting of the reactor. The injected water can also be preheated to a temperature below the supercritical transition temperature of water in order to limit the thermal impact of this water on the hot tubes.

La saumure chaude évacuée par la vanne 22S peut également être valorisée.The hot brine evacuated by valve 22S can also be recovered.

Le réacteur échangeur thermique ainsi proposé permet, sans nécessiter une phase d’arrêt complet à froid, de nettoyer les tubes chauds. Il en résulte un meilleur bilan énergétique.The heat exchanger reactor thus proposed makes it possible, without requiring a complete cold shutdown phase, to clean the hot tubes. This results in a better energy balance.

Enfin le système de raclage des tubes, et plus particulièrement son intégration dans le réacteur, permet de garantir une meilleure étanchéité dudit réacteur.Finally, the tube scraping system, and more particularly its integration into the reactor, makes it possible to guarantee better sealing of said reactor.

[1] P. A. Marrone, “Supercritical water oxidation—Current status of full-scale commercial activity for waste destruction,” J. Supercrit. Fluids, vol. 79, pp. 283–288, Jul. 2013.[1] PA Marrone, “ Supercritical water oxidation—Current status of full-scale commercial activity for waste destruction ,” J. Supercrit. Fluids, vol. 79, p. 283–288, Jul. 2013.

Claims (17)

Réacteur (1) échangeur thermique qui comprend:
- une chambre réactive (10), maintenue à une pression Pi, qui loge dans son volume un conduit de circulation principal (14), ledit conduit comprend, dans une section chaude (10C) du volume de la chambre réactive (10), un faisceau de tubes, dits chauds (14C), et parallèles entre eux, les tubes chauds (14C) comprenant au niveau d’une de leur extrémité, dite extrémité haute (14H) et opposée à une extrémité basse (14B), une ouverture haute (15H) chacune en regard d’un passage traversant (11P) ménagé dans une section supérieure (11) d’une paroi délimitant la chambre réactive (10), ladite paroi comprenant en outre une section inférieure (12), et une section latérale (13) reliant lesdites sections supérieure et inférieure;
- une chambre haute (16) maintenue par un moyen hydraulique (17) à une pression Ps supérieure à la pression Pi, disposée dans le prolongement de la chambre réactive (10) contre la section supérieure (11), et à partir de laquelle des écouvillons (18) maintenus solidairement les uns aux autres traversent chacun un des passages traversant (11P), chaque écouvillon (18) étant associé à un des tubes chauds (14C) et est agencé pour effectuer un mouvement entre une position haute et une position basse dans le tube chaud (14C) auquel il est associé afin d’en racler la paroi interne.
Reactor (1) heat exchanger which includes:
- a reactive chamber (10), maintained at a pressure Pi, which houses in its volume a main circulation conduit (14), said conduit comprises, in a hot section (10C) of the volume of the reactive chamber (10), a bundle of so-called hot tubes (14C), and parallel to one another, the hot tubes (14C) comprising at one of their ends, called high end (14H) and opposite a low end (14B), a high opening (15H) each facing a through passage (11P) provided in an upper section (11) of a wall delimiting the reactive chamber (10), said wall further comprising a lower section (12), and a lateral section (13) connecting said upper and lower sections;
- an upper chamber (16) maintained by hydraulic means (17) at a pressure Ps greater than the pressure Pi, arranged in the extension of the reactive chamber (10) against the upper section (11), and from which swabs (18) held integrally with each other each pass through one of the crossing passages (11P), each swab (18) being associated with one of the hot tubes (14C) and is arranged to perform a movement between a high position and a low position in the hot tube (14C) with which it is associated in order to scrape the internal wall.
Réacteur selon la revendication 1, dans lequel les écouvillons (18) sont dimensionnés de sorte que lors du mouvement de la position haute vers la position basse desdits écouvillons (18), un écoulement d’un fluide de la chambre haute (16) vers les tubes chauds (14C) est permis.A reactor according to claim 1, wherein the swabs (18) are sized such that upon movement from the high position to the low position of said swabs (18), a flow of fluid from the upper chamber (16) to the hot tubing (14C) is permitted. Réacteur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque écouvillon comprend une tige au bout de laquelle est disposée un moyen de raclage.Reactor according to Claim 1 or 2, in which each swab comprises a rod at the end of which is arranged a scraping means. Réacteur selon la revendication 3, dans lequel chaque tube chaud comprend, au niveau de son extrémité haute (14H), un épaulement convergent limitant l’ouverture haute (15H) au diamètre de la tige de l’écouvillon auquel ledit tube est associé, et le moyen de raclage présente une forme cylindrique de diamètre supérieur au diamètre de la tige, de sorte que ledit moyen de raclage soit en appui contre l’épaulement convergent lorsque l’écouvillon est en position haute.Reactor according to Claim 3, in which each hot tube comprises, at its upper end (14H), a converging shoulder limiting the upper opening (15H) to the diameter of the rod of the swab with which said tube is associated, and the scraping means has a cylindrical shape with a diameter greater than the diameter of the rod, so that said scraping means bears against the convergent shoulder when the swab is in the high position. Réacteur selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel les écouvillons (18) traversent par ajustement chacun des passages traversant.Reactor according to one of Claims 1 to 4, in which the swabs (18) pass through each of the through passages by adjustment. Réacteur selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel des interfaces tubulaires (20) sont disposées dans le prolongement des tubes chauds (14C) au niveau de leur extrémité haute (14H) et traversent en partie les passages traversant (11P).Reactor according to one of Claims 1 to 4, in which tubular interfaces (20) are arranged in the extension of the hot tubes (14C) at the level of their upper end (14H) and partially cross the through passages (11P). Réacteur selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel le maintien solidaire des écouvillons (18) est assuré par un piston (19) logé dans le volume interne de la chambre haute (16) et au niveau duquel le mouvement des écouvillons (18) de la position haute vers la position basse, et inversement, est induit par le moyen hydraulique (17).Reactor according to one of Claims 1 to 6, in which the integral retention of the swabs (18) is ensured by a piston (19) housed in the internal volume of the upper chamber (16) and at the level of which the movement of the swabs ( 18) from the high position to the low position, and vice versa, is induced by the hydraulic means (17). Réacteur selon la revendication 7, dans lequel le moyen hydraulique (17) comprend deux piquages dits, respectivement premier piquage haut (16H) et premier piquage bas (16B), ménagés dans une paroi de la chambre haute (16), et à partir desquels est injectée ou pompée de l’eau de manière à induire un mouvement du piston (19).Reactor according to claim 7, in which the hydraulic means (17) comprises two so-called tappings, respectively first high tapping (16H) and first low tapping (16B), formed in a wall of the upper chamber (16), and from which is injected or pumped water so as to induce a movement of the piston (19). Réacteur selon la revendication 8, dans lequel le système hydraulique comprend une pompe à eau et un système de conduite associé à un jeu de quatre vannes.Reactor according to Claim 8, in which the hydraulic system comprises a water pump and a control system associated with a set of four valves. Réacteur selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel une chambre de collecte est disposée en appui contre la section inférieure (12), les tubes chauds (14C) traversant ladite section inférieure (12) au niveau d’ouvertures inférieures (12P) ménagées dans la section inférieure (12) de sorte qu’une section desdits tubes chauds (14C) débouche dans la chambre de collecte.Reactor according to one of Claims 1 to 9, in which a collection chamber is arranged bearing against the lower section (12), the hot tubes (14C) passing through the said lower section (12) at the level of lower openings (12P ) provided in the lower section (12) so that a section of said hot tubes (14C) opens into the collection chamber. Réacteur selon la revendication 10, dans lequel la chambre de collecte (22) comprend une vanne de sortie (22S).A reactor according to claim 10, wherein the collection chamber (22) includes an outlet valve (22S). Réacteur selon la revendication 10 ou 11, dans lequel la chambre de collecte (22) comprend un deuxième piquage (22P) agencé pour injecter de l’eau dans ladite chambre (22).Reactor according to Claim 10 or 11, in which the collection chamber (22) comprises a second tapping (22P) arranged to inject water into the said chamber (22). Réacteur selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel le conduit de circulation principal comprend également une portion dite froide formée par des tubes froids parallèles aux tubes chauds (14C) et disposée dans une section froide (10F) de la chambre réactive (10) et adjacente à la section chaude (10C).Reactor according to one of Claims 1 to 12, in which the main circulation conduit also comprises a so-called cold portion formed by cold tubes parallel to the hot tubes (14C) and arranged in a cold section (10F) of the reactive chamber ( 10) and adjacent to the hot section (10C). Réacteur selon l’une des revendications 1 à 13, la section latérale (13) comprend un troisième piquage bas (13B) et un troisième piquage haut (13H), respectivement, d’alimentation en effluent aqueux du conduit de circulation principal et d’évacuation d’effluent du conduit de circulation principal.Reactor according to one of Claims 1 to 13, the lateral section (13) comprises a third bottom tapping (13B) and a third top tapping (13H), respectively, for supplying aqueous effluent from the main circulation duct and effluent discharge from the main circulation conduit. Réacteur selon l’une des revendications 1 à 14, dans lequel ledit dispositif comprend un conduit de chauffage destiné à chauffer le conduit de circulation principal.Reactor according to one of Claims 1 to 14, in which the said device comprises a heating conduit intended to heat the main circulation conduit. Réacteur selon la revendication 15, dans lequel le conduit de chauffage comprend des sections tubulaires chaudes agencées de manière coaxiale avec les tubes chauds (14C).A reactor according to claim 15, wherein the heating conduit comprises hot tube sections arranged coaxially with the hot tubes (14C). Réacteur selon la revendication 15 ou 16, dans lequel la section latérale (13) comprend un quatrième piquage haut (23H) et un quatrième piquage bas (23B), respectivement, d’alimentation en fluide chaud du conduit de chauffage et d’évacuation dudit fluide.Reactor according to Claim 15 or 16, in which the lateral section (13) comprises a fourth top tapping (23H) and a fourth bottom tapping (23B), respectively, for supplying hot fluid to the heating conduit and discharging said fluid.
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