FR3118850A1 - Procédé de traitement d’un liquide aqueux en vue de son échauffement, de la production de vapeur, du développement d’une réaction de catalyse et/ou de la concentration d’au moins une espèce présente en son sein - Google Patents
Procédé de traitement d’un liquide aqueux en vue de son échauffement, de la production de vapeur, du développement d’une réaction de catalyse et/ou de la concentration d’au moins une espèce présente en son sein Download PDFInfo
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Abstract
Procédé de traitement d’un liquide aqueux en vue de son échauffement, de la production de vapeur, du développement d’une réaction de catalyse et/ou de la concentration d’au moins une espèce présente en son sein Procédé de traitement d’un liquide aqueux en vue de son échauffement, de la production de vapeur, du développement d’une réaction de catalyse et/ou de la concentration d’au moins une espèce présente en son sein, dans lequel on fait circuler un flux d’un liquide aqueux dans au moins une zone de traitement formée entre au moins deux électrodes reliées à une source de courant alternatif de fréquence d’alternance de phase supérieure ou égale à 100 Hz, de manière à échauffer, vaporiser, activer chimiquement et/ou concentrer le liquide aqueux au moins partiellement sous l’effet du passage du courant entre ces électrodes. Figure pour l’abrégé : Fig. 33
Description
La présente invention concerne les procédés de traitement d’un liquide en vue de son échauffement, de la production de vapeur, du développement d’une réaction de catalyse et/ou de la concentration d’au moins une espèce en son sein.
FR3036467 décrit un dispositif d’échauffement d’un liquide comportant deux électrodes et une alimentation électrique appliquant un courant alternatif de 220V et 50 Hz entre les deux électrodes.
WO2009/049194 divulgue un dispositif pour générer de l’eau chaude pour des installations de chauffage domestique, le dispositif comportant des électrodes métalliques, notamment en acier, alimentées par un courant alternatif de 60 Hz et 120V ou 220/240V.
EP 2394965 décrit un dispositif de purification/décontamination de l’eau par électrolyse, comportant des électrodes alimentées par un courant triphasé. Ce document indique que les électrodes sont formées d’un matériau poreux de manière à maintenir un haut niveau d’électrolyse.
Les dispositifs ci-dessus entraînent une production d’une quantité non négligeable d’hydrogène et d’oxygène par électrolyse, ce qui pose des problèmes d’évacuation de ces gaz en raison du risque d’explosion à certaines concentrations.
L’invention vise à proposer un procédé de traitement d’un liquide aqueux en vue de son échauffement, de la production de vapeur, du développement d’une réaction de catalyse et/ou de la concentration d’au moins une espèce en son sein, qui permette de diminuer voire d’éliminer le phénomène d’électrolyse de l’eau et la production d’hydrogène et d’oxygène liée à cette électrolyse.
Procédé
de traitement d’un liquide
aqueux
en vue
d
e son
échauffement, de
la
production de vapeur,
du développement d’une réaction
de catalyse et/ou de
la
concentration
d’au moins une espèce
présente
en son sein
Selon l’invention, on fait circuler un flux d’un liquide aqueux dans au moins une zone de traitement formée entre au moins deux électrodes reliées à une source de courant alternatif de fréquence d’alternance de phase supérieure ou égale à 100 Hz, de manière à échauffer, vaporiser, activer chimiquement et/ou concentrer le liquide aqueux au moins partiellement sous l’effet du passage du courant entre ces électrodes.
La demanderesse a constaté que le procédé selon invention peut permettre, de manière surprenante, de diminuer significativement, voire d’éliminer, la production de gaz indésirable(s), en particulier ceux produits par électrolyse tels que l’hydrogène (H2) et l’oxygène (O2) par exemple.
Le procédé selon l’invention peut également permettre, de manière surprenante, la vaporisation instantanée et en continu du flux de liquide aqueux traversant la zone de traitement. Cela est possible pour une température du liquide aqueux entrant dans la zone de traitement supérieure ou égale à 0°C. Cela signifie que le procédé selon l’invention peut permettre la vaporisation instantanée et en continu d’un flux de liquide aqueux dont la température est comprise entre 0°C et 10°C, ce qui est particulièrement remarquable.
Le procédé selon l’invention est en outre robuste et performant en termes de rendement énergétique.
Zone de traitement
La zone de traitement peut être formée entre au moins deux électrodes alimentées par un courant monophasé.
En variante, la zone de traitement est formée entre au moins trois électrodes alimentées par un courant multi-phasé, de préférence triphasé, encore plus préférentiellement avec un équilibre entre les phases. Dans ce cas, le procédé selon l’invention présente un rendement énergétique supérieur à celui d’une résistance électrique chauffante pour des applications de production de vapeur.
La zone de traitement peut être formée entre trois électrodes disposées selon une maille triangulaire équilibrée, ou entre six électrodes disposées comme les sommets d’un triangle équilatéral et à mi-longueur des côtés, ou disposées comme un hexagone.
Le courant peut circuler entre au moins deux électrodes dont une électrode de neutre placée dans la zone de traitement. L’électrode de neutre peut être réalisée dans un matériau ferromagnétique. Cela peut permettre de concentrer davantage le champ magnétique généré par le passage du courant dans la zone de traitement. Le matériau ferromagnétique peut-être recouvert ou non d’un matériau isolant et/ou relié ou non à la source de courant alternatif selon que l'on souhaite ou non qu'il modifie le champ magnétique et/ou le champ électrique.
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Les électrodes peuvent être réalisées dans tout matériau conducteur électrique, par exemple en graphite, dans un matériau métallique, notamment le fer, l’acier, l’acier inoxydable, le titane, l’or, le cuivre, ou un matériau non-métallique conducteur, notamment à base de polymères ou de semi-conducteurs tels que des métalloïdes. Le fait que les électrodes soient reliées à une source de courant alternatif de fréquence d’alternance de phase supérieure ou égale à 100 Hz permet de limiter l’oxydation des électrodes, en plus de limiter les phénomènes d’électrolyse de l’eau comme mentionné précédemment.
De préférence, les électrodes sont réalisées dans un matériau inerte chimiquement vis-à-vis du liquide traité.
De préférence, les électrodes sont réalisées en graphite.
Les électrodes peuvent comporter des portions isolées électriquement et des portions non-isolées, les portions non-isolées définissant des dipôles électriques agencés selon une maille tridimensionnelle superposable par changement d’échelle à une maille cristalline cubique simple, cubique faces centrées, de type « Blende » ou hexagonale. Une portion isolée d’une électrode est par exemple obtenue par l’utilisation d’une gaine isolante entourant l’électrode.
L’utilisation d’électrodes métalliques peut permettre la formation de sels et/ou de sphérules métalliques, notamment de particules métalliques colloïdales. Par exemple, on utilise des électrodes en acier, en titane ou en or de manière à permettre respectivement la formation d’oxydes de fer, d’oxydes de titane ou de microsphérules d’or.
Les électrodes peuvent être de forme tubulaire, cylindrique ou sous forme de plaque.
La longueur des électrodes peut être comprise entre 1 µm et 1 m. Par exemple, les électrodes mesurent 10 cm de longueur.
Les électrodes peuvent être disposées en parallèle ou se rapprocher l’une de l’autre en allant vers la partie supérieure de la zone de traitement, de manière à former par exemple une forme de pyramide ou de cône.
La distance entre deux électrodes peut être choisie en fonction du champ électrique souhaité. Elle peut être comprise entre 1 µm et 1 m.
Liquide aqueux
La circulation du flux de liquide aqueux dans la zone de traitement peut être réalisée par tout moyen, notamment à l’aide d’une pompe, notamment péristaltique, centrifuge ou volumétrique. En variante, la circulation du flux de liquide aqueux dans la zone de traitement est réalisée par gravité.
Le liquide aqueux peut être choisi parmi de l’eau plus ou moins minéralisée ou polluée, et plus généralement parmi une solution aqueuse, une suspension aqueuse, une émulsion aqueuse ou une boue aqueuse.
Le procédé selon l’invention peut permettre d’échauffer le liquide aqueux. Le liquide aqueux à échauffer est par exemple constitué d’eau circulant dans un circuit de chauffage.
La demanderesse a constaté que le procédé selon invention peut permettre de purifier le liquide aqueux par dégradation de molécules organiques contenues dans le liquide aqueux. Le liquide aqueux en sortie de la zone de traitement ou les condensats issus de la condensation de la vapeur produite par le procédé correspondent respectivement alors à un liquide aqueux purifié ou à une eau purifiée.
Le liquide aqueux peut comporter une ou plusieurs molécules organiques, notamment des molécules aromatiques, perturbateurs endocriniens, hydrocarbures et/ou polluants. Par exemple, les molécules organiques sont du « Triton X-100 », L-méthionine, acétate de médroxyprogestérone, parahydroxybenzoate de méthyle et/ou violet de gentiane.
Le liquide aqueux à purifier peut être un effluent aqueux provenant d’une unité industrielle, notamment une eau usée industrielle, ou être une eau usée domestique contenant différents types de polluants, notamment organiques, présentant une toxicité plus ou moins dangereuse et donc des risques pour l’environnement et la santé.
Le liquide aqueux à purifier peut encore être une eau brute, provenant notamment d’un puits, d’un forage ou d’une source, qui est destinée à être distribuée dans les circuits d'eau potable.
La présente invention peut ainsi permettre de purifier une eau usée avant son rejet dans le milieu naturel ou sa réutilisation ou rendre potable une eau brute.
Pour une telle application de purification, les électrodes sont de préférence réalisées dans un matériau conducteur non oxydable et inerte chimiquement, en particulier en graphite. Cela permet d’éviter que le liquide aqueux à purifier parcourant la zone de traitement ne soit pollué par des éléments provenant du matériau des électrodes, notamment par un relargage d’ions métalliques dans le cas d’électrodes réalisées dans un matériau métallique.
Le procédé selon l’invention peut permettre de concentrer le liquide aqueux. Le liquide aqueux à concentrer est par exemple une eau de mer ou une eau dure. Les ions Na+et Cl-de l’eau de mer ou les ions CO3 2-, Cl-, Ca2+et Mg2+de l’eau dure sont concentrés dans le liquide aqueux au sein de la zone de traitement et les condensats correspondent à de l’eau douce.
Champ électrique
Le passage du courant dans la zone de traitement peut générer un champ électrique tournant et/ou oscillant. Ce champ électrique peut générer un champ magnétique qui est oscillant et orienté de manière perpendiculaire au champ électrique.
Le champ électrique, et notamment le champ magnétique, peut générer des paires de Cooper.
Au moins un noyau ferromagnétique peut être présent au sein de la zone de traitement. Le noyau ferromagnétique peut être isolé électriquement ou non. Il peut notamment être relié ou non à l’électrode de neutre.
La source de courant alternatif peut être de fréquence d’alternance de phase supérieure ou égale à 200, 300, 400, 500, 1000, 2000, 3000, 5000, 10000, 15000 ou 20000 Hz, de préférence supérieure ou égale à 300, 1000 ou 20000 Hz, et de préférence inférieure ou égale à 2 MHz, mieux inférieure ou égale à 1,6 MHz. La demanderesse a constaté que l’utilisation d’une fréquence d’alternance de phase supérieure ou égale à 300 Hz permet de réduire encore la production de gaz, en particulier ceux produits par électrolyse, et de limiter encore l’oxydation des électrodes. Par exemple, la source de courant alternatif est de fréquence d’alternance de phase égale à 3 kHz, 1,3 MHz ou 1,6 MHz. De préférence, la source de courant alternatif est de fréquence d’alternance de phase comprise entre 1 et 50 kHz.
Le courant d’alimentation des électrodes peut être ou non un courant haché. Dans le cas où le courant d’alimentation des électrodes est un courant haché, ce dernier l’est de préférence à une fréquence de hachage comprise entre 1 et 100 kHz. Le hachage du courant peut permettre d’améliorer les performances du procédé, notamment en permettant de maîtriser la forme d’onde du courant alternatif alimentant les électrodes.
La fréquence de hachage peut être strictement égale à deux fois la fréquence d’alternance de phase. Cela peut permettre d’induire un phénomène de résonnance dans la zone de traitement et ainsi améliorer les performances du procédé.
La fréquence de hachage peut être strictement supérieure à deux fois la fréquence d’alternance de phase. Cela peut permettre d’induire un phénomène de résonnance dans la zone de traitement et ainsi contribuer à améliorer les performances du procédé, sans que ce phénomène de résonnance ne dégrade mécaniquement les électrodes.
La tension à vide entre électrodes, à sec, est choisie en fonction du champ électrique souhaité. Elle peut être supérieure ou égale à 1 nV, mieux comprise entre 20 et 600V, selon l’écart entre les électrodes. L’intensité du champ électrique peut être supérieure ou égale à 1 V/m, et de préférence inférieure ou égale à 1 MV/cm.
La tension appliquée entre les électrodes peut être choisie de manière à générer des arcs électriques, de préférence en continu, dans le liquide aqueux au sein de la zone de traitement. De préférence, ces arcs électriques se forment le long des électrodes et non entre les électrodes. Ces arcs électriques sont facilement visibles car émettant une lumière bleue, rose, violette ou orange au sein de la zone de traitement. La présence de ces arcs peut permettre d’améliorer le rendement énergétique du procédé selon l’invention.
Au moins une partie de la chaleur générée par le procédé, notamment au moins une partie de la chaleur latente de condensation de la vapeur produite et/ou au moins une partie de la vapeur produite et/ou au moins une partie du liquide aqueux échauffé après passage dans la zone de traitement et/ou au moins une partie de la chaleur générée au sein de la zone de traitement, peut être utilisée pour réchauffer le liquide aqueux en amont et/ou au sein de la zone de traitement ou réchauffer, voire vaporiser, un fluide distinct du liquide aqueux. Pour ce faire, on peut utiliser par exemple un ou plusieurs échangeurs de chaleur.
Réacteur
La zone de traitement peut être située dans un réacteur présentant une entrée permettant d’alimenter la zone de traitement en liquide aqueux et une sortie permettant au liquide aqueux échauffé et/ou à la vapeur produite de sortir de la zone de traitement.
Pour des applications de production de vapeur, la sortie du réacteur peut être reliée à un trop-plein permettant de récupérer la partie non-vaporisée du liquide aqueux, notamment les éclaboussures du liquide aqueux en sortie de réacteur.
Le réacteur peut être de forme sphérique ou tubulaire, avec par exemple une section circulaire ou polygonale. Par exemple, le réacteur est un tube de section polygonale, notamment carrée, rectangulaire ou triangulaire. Dans le cas où la zone de traitement est formée entre trois électrodes disposées selon une maille triangulaire équilibrée, l’utilisation d’un réacteur de forme tubulaire à section triangulaire est par exemple avantageuse car cela peut permettre de limiter les volumes morts entre la maille triangulaire équilibrée de la zone de traitement et les parois du réacteur.
Le réacteur est de préférence réalisé dans un matériau inerte chimiquement et résistant thermiquement, notamment en métal, par exemple en acier inoxydable, en verre, en céramique ou en polytétrafluoroéthylène (PTFE).
Le réacteur peut être à enveloppe multiple, notamment à double enveloppe, et au moins une partie du liquide aqueux échauffé après passage dans la zone de traitement, au moins une partie de la vapeur produite et/ou au moins une partie des condensats peut circuler dans celle-ci pour réchauffer le liquide aqueux dans la zone de traitement. En variante, au moins une partie du liquide aqueux à traiter circule dans l’enveloppe multiple, notamment la double enveloppe, de manière à être réchauffé par au moins une partie de la chaleur générée au sein de la zone de traitement.
Le débit de liquide parcourant la zone de traitement peut être supérieur ou égal à 0,0001 mL/min/W délivré par un générateur électrique alimentant les électrodes, mieux supérieur ou égal à 0,0003 mL/sec/W délivré, par exemple supérieur ou égal 1 mL/sec, notamment supérieur ou égal à 1 L/min. Par exemple, le débit de liquide parcourant la zone de traitement est compris entre 1 et 100 L/min voire plus, selon la puissance électrique délivrée.
On peut échauffer et/ou vaporiser le liquide aqueux en circuit ouvert.
En variante, on échauffe et/ou vaporise le liquide aqueux en circuit fermé. Dans ce cas, le liquide aqueux échauffé et/ou les condensats sont réinjectés dans la zone de traitement. Le procédé peut être mis en œuvre en circuit fermé par cycles, avec apport de liquide frais/évacuation du liquide traité, entre chaque cycle. Dans le cas où on échauffe et/ou vaporise le liquide aqueux en circuit fermé, le liquide aqueux est de préférence de l’eau déionisée voire purifiée. Cela peut permettre de préserver l’intégrité des matériaux utilisés dans le procédé, notamment les matériaux constituant les électrodes, le réacteur, la tuyauterie et le ou les échangeurs de chaleur le cas échéant. On limite ainsi la détérioration des matériaux, notamment par des agents oxydants et/ou corrosifs, ce qui permet d’allonger leur durée de vie.
Procédé de traitement d’un liquide aqueux
avec récupération du liquide traité
L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de traitement d’un liquide aqueux, dans lequel on échauffe et/ou vaporise le liquide aqueux en mettant en œuvre le procédé tel que défini ci-dessus, et l’on récupère le liquide aqueux ayant circulé dans la zone de traitement et/ou les condensats en tant que liquide traité.
Le liquide aqueux peut être de l’eau de mer ou de l’eau dure, dans lequel on récupère les condensats.
Dans une variante, le liquide aqueux est un effluent à dépolluer ou une eau brute à rendre potable.
Dans une autre variante, le liquide aqueux comporte un ou plusieurs composés carbonés à craquer et/ou à détruire et/ou à réarranger. Par exemple, le procédé selon l’invention peut permettre, avec des électrodes en graphite, de traiter en pression positive (de 1 à 5 cm d'eau) au sein de la zone de traitement une solution d'eau déionisée et purifiée avec du carbonate de sodium (Na2CO3) comme électrolyte à concentration 5.10-3M afin d'obtenir en 5 heures des composés carbonés tels que par exemple du monoxyde de carbone (CO), du dioxyde de carbone (CO2) et des traces d'hydrocarbures, notamment des alcanes (méthane, éthane, propane, isobutane, butane, isopentane, pentane par exemple), des alcènes (éthylène, propène, isobutène par exemple) ou des alcynes (acétylène par exemple). Ces composés carbonés peuvent être mis en évidence par chromatographie en phase gazeuse, notamment couplée à un catharomètre.
On peut procéder par séquences, avec au moins une séquence d’échauffement du liquide aqueux et/ou de production de vapeur suivie d’au moins une séquence de vidange de la zone de traitement. Cela est particulièrement approprié pour des applications telles que le dessalement de l'eau de mer ou l’adoucissement de l’eau dure.
On peut mesurer la conductivité électrique du liquide aqueux alimentant la zone de traitement ou dans celle-ci, et déclencher la vidange du réacteur lorsque la conductivité dépasse un seuil prédéfini.
Procédé de production d’électricité
L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de production d’électricité, dans lequel on échauffe et/ou vaporise le liquide aqueux en mettant en œuvre le procédé tel que défini ci-dessus, et dans lequel on utilise le liquide aqueux échauffé et/ou la vapeur produite pour entraîner un générateur électrique.
Ce générateur électrique peut être un moteur Stirling relié à un alternateur ou encore une turbine reliée à un alternateur.
Installation
L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, une installation, notamment pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention, comportant :
- un réacteur comportant au moins une alimentation en un liquide aqueux, présentant au moins une zone de traitement dans laquelle le liquide aqueux peut circuler, de préférence selon un flux continu,
- au moins deux électrodes disposées dans la zone de traitement pour exposer le liquide aqueux qui s’y trouve à un courant électrique alternatif de fréquence d’alternance de phase supérieure ou égale à 100 Hz de manière à échauffer, vaporiser, activer chimiquement et/ou concentrer le liquide aqueux au moins partiellement sous l’effet du passage du courant entre ces électrodes,
- un générateur électrique pour alimenter les électrodes en un courant alternatif de fréquence d’alternance de phase supérieure ou égale à 100 Hz.
- un réacteur comportant au moins une alimentation en un liquide aqueux, présentant au moins une zone de traitement dans laquelle le liquide aqueux peut circuler, de préférence selon un flux continu,
- au moins deux électrodes disposées dans la zone de traitement pour exposer le liquide aqueux qui s’y trouve à un courant électrique alternatif de fréquence d’alternance de phase supérieure ou égale à 100 Hz de manière à échauffer, vaporiser, activer chimiquement et/ou concentrer le liquide aqueux au moins partiellement sous l’effet du passage du courant entre ces électrodes,
- un générateur électrique pour alimenter les électrodes en un courant alternatif de fréquence d’alternance de phase supérieure ou égale à 100 Hz.
Une telle installation peut présenter tout ou partie des caractéristiques présentées plus haut.
En particulier, le générateur électrique peut être configuré pour générer un courant alternatif de fréquence d’alternance de phase supérieure ou égale 200, 300, 400, 500, 1000, 2000, 3000, 5000, 10000, 15000 ou 20000 Hz, de préférence supérieure ou égale à 300, 1000 ou 20000 Hz, et de préférence inférieure ou égale à 2 MHz, mieux inférieure ou égale à 1,6 MHz. De préférence, le générateur électrique est configuré pour générer un courant alternatif de fréquence d’alternance de phase comprise entre 1 et 50 kHz.
Le générateur électrique peut être configuré pour générer un courant alternatif haché, de préférence à une fréquence de hachage comprise entre 1 et 100 kHz.
Le générateur électrique peut être configuré pour générer un courant alternatif monophasé ou multi-phasé, de préférence triphasé, encore plus préférentiellement avec un équilibre entre les phases.
Le générateur électrique peut être configuré pour permettre de limiter la tension à une valeur souhaitée, afin notamment d’éviter un phénomène de claquage entre les électrodes à sec.
L’installation peut comporter au moins un système de récupération d’énergie configuré pour permettre la condensation d’au moins une partie de la vapeur produite, la récupération d’au moins une partie de la chaleur latente de condensation et l’utilisation d’au moins une partie de la chaleur latente de condensation récupérée pour réchauffer le liquide aqueux en amont et/ou au sein de la zone de traitement ou pour réchauffer, voire vaporiser un fluide distinct du liquide aqueux.
L’installation peut comporter un séparateur liquide/vapeur en aval de la zone de traitement.
L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de traitement d’un liquide aqueux en vue de son échauffement, de la production de vapeur, du déclenchement d’une réaction de catalyse et/ou de la concentration d’au moins une espèce présente en son sein, dans lequel on fait circuler un flux du liquide aqueux dans au moins une zone de traitement formée entre au moins deux électrodes reliées à une source de courant alternatif, de manière à échauffer, vaporiser, activer chimiquement et/ou concentrer le liquide aqueux au moins partiellement sous l’effet du passage du courant entre ces électrodes, et dans lequel on utilise au moins une partie de la chaleur générée par le procédé, notamment au moins une partie de la chaleur latente de condensation de la vapeur produite et/ou au moins une partie de la vapeur produite et/ou au moins une partie du liquide aqueux échauffé après passage dans la zone de traitement et/ou au moins une partie de la chaleur générée au sein de la zone de traitement, pour réchauffer le liquide aqueux en amont et/ou au sein de la zone de traitement ou réchauffer voire vaporiser un fluide distinct du liquide aqueux.
La source de courant alternatif peut être de fréquence d’alternance de phase supérieure ou égale à 100 Hz, notamment supérieure ou égale à 200, 300, 400, 500, 1000, 2000, 3000, 5000, 10000, 15000 ou 20000 Hz, de préférence supérieure ou égale à 300, 1000 ou 20000 Hz, et de préférence inférieure ou égale à 2 MHz, mieux inférieure ou égale à 1,6 MHz. De préférence, la source de courant alternatif est de fréquence d’alternance de phase comprise entre 1 et 50 kHz.
Le courant d’alimentation des électrodes peut être ou non un courant haché. Dans le cas où le courant d’alimentation des électrodes est un courant haché, ce dernier l’est de préférence à une fréquence de hachage comprise entre 1 et 100 kHz.
La zone de traitement peut être située dans un réacteur à enveloppe multiple, notamment à double enveloppe, et au moins une partie du liquide aqueux échauffé après passage dans la zone de traitement, au moins une partie de la vapeur produite et/ou au moins une partie des condensats peut circuler dans celle-ci pour réchauffer le liquide aqueux dans la zone de traitement. En variante, au moins une partie du liquide aqueux à traiter circule dans l’enveloppe multiple, notamment la double enveloppe, de manière à être réchauffé par au moins une partie de la chaleur générée au sein de la zone de traitement.
L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, une installation, notamment pour la mise en œuvre du procédé tel que défini ci-dessus, comportant :
- un réacteur comportant au moins une alimentation en un liquide aqueux, présentant au moins une zone de traitement dans laquelle le liquide aqueux peut circuler selon un flux continu,
- au moins deux électrodes disposées dans la zone de traitement pour exposer le liquide aqueux qui s’y trouve à un courant électrique alternatif de manière à échauffer, vaporiser, activer chimiquement et/ou concentrer le liquide aqueux au moins partiellement sous l’effet du passage du courant entre ces électrodes,
- un générateur électrique pour alimenter les électrodes en un courant alternatif,
- au moins un système de récupération d’énergie configuré pour permettre la condensation d’au moins une partie de la vapeur produite, la récupération d’au moins une partie de la chaleur latente de condensation et l’utilisation d’au moins une partie de la chaleur latente de condensation récupérée pour réchauffer le liquide aqueux en amont et/ou au sein de la zone de traitement ou pour réchauffer voire vaporiser un fluide distinct du liquide aqueux.
- un réacteur comportant au moins une alimentation en un liquide aqueux, présentant au moins une zone de traitement dans laquelle le liquide aqueux peut circuler selon un flux continu,
- au moins deux électrodes disposées dans la zone de traitement pour exposer le liquide aqueux qui s’y trouve à un courant électrique alternatif de manière à échauffer, vaporiser, activer chimiquement et/ou concentrer le liquide aqueux au moins partiellement sous l’effet du passage du courant entre ces électrodes,
- un générateur électrique pour alimenter les électrodes en un courant alternatif,
- au moins un système de récupération d’énergie configuré pour permettre la condensation d’au moins une partie de la vapeur produite, la récupération d’au moins une partie de la chaleur latente de condensation et l’utilisation d’au moins une partie de la chaleur latente de condensation récupérée pour réchauffer le liquide aqueux en amont et/ou au sein de la zone de traitement ou pour réchauffer voire vaporiser un fluide distinct du liquide aqueux.
Le générateur électrique peut être configuré pour générer un courant alternatif de fréquence d’alternance de phase supérieure ou égale 100 Hz, notamment supérieure ou égale à 200, 300, 400, 500, 1000, 2000, 3000, 5000, 10000, 15000 ou 20000 Hz, de préférence supérieure ou égale à 300, 1000 ou 20000 Hz, et de préférence inférieure ou égale à 2 MHz, mieux inférieure ou égale à 1,6 MHz. De préférence, le générateur électrique est configuré pour générer un courant alternatif de fréquence d’alternance de phase comprise entre 1 et 50 kHz.
Le générateur électrique peut être configuré pour générer un courant alternatif haché, de préférence à une fréquence de hachage comprise entre 1 et 100 kHz.
Le générateur électrique peut être configuré pour générer un courant alternatif monophasé ou multi-phasé, de préférence triphasé, encore plus préférentiellement avec un équilibre entre les phases.
Le générateur électrique peut être configuré pour permettre de limiter la tension à une valeur souhaitée, afin notamment d’éviter un phénomène de claquage entre les électrodes à sec.
Le réacteur peut être à enveloppe multiple, notamment à double enveloppe, et au moins une partie du liquide aqueux échauffé après passage dans la zone de traitement, au moins une partie de la vapeur produite et/ou au moins une partie des condensats peut circuler dans celle-ci pour réchauffer le liquide aqueux dans la zone de traitement. En variante, au moins une partie du liquide aqueux à traiter circule dans l’enveloppe multiple, notamment la double enveloppe, de manière à être réchauffé par au moins une partie de la chaleur générée au sein de la zone de traitement.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :
Description détaillée
Formes des
ondes d
u
courant
alternatif
pouvant alimenter les électrodes
Le courant alternatif alimentant les électrodes peut être de forme sinusoïdale, triangulaire, carré ou carré avec offset et rapport cyclique ≠ 50%, comme illustré respectivement aux figures 1 à 4.
Le courant alternatif alimentant les électrodes peut présenter une forme d’onde comme celle représentée aux figures 5 et 6. Sur la , les composantes 60 et 61 représentent respectivement 146,6 V RMS et 2,1 A et sur la , les composantes 62 et 63 représentent respectivement 138,3 V RMS et 2,0 A.
Le courant alternatif alimentant les électrodes peut encore être une onde à modulation de largeur d’impulsion (onde MLI ou PWM pour « Pulse Width Modulation » en anglais) de type pleine onde (encore appelée bipolaire), comme illustré à la , ou de type demi-onde (encore appelée unipolaire), comme illustré à la .
Electrodes alimentées par un courant alternatif monophasé
On a illustré à la un exemple d’agencement d’électrodes 31, 32 alimentées par un courant alternatif monophasé, observé en coupe longitudinale.
Dans cet exemple, le réacteur 4 comporte une zone 21 de traitement formée entre deux électrodes 31, 32 tubulaires concentriques : une électrode de neutre 32 et une électrode de phase 31, avec l’électrode de neutre 32 qui présente un diamètre plus faible que celui de l’électrode de phase 31.
La circulation du liquide aqueux au sein du réacteur 4 est décrite ci-après. Le liquide aqueux est injecté dans l’électrode de neutre 32 au niveau de l’entrée 16 du réacteur 4. Le liquide aqueux pénètre ensuite dans la zone 21 en passant à travers des orifices 33 ménagés dans l’électrode de neutre 32 de manière à être échauffé, voire vaporisé. Le liquide aqueux réchauffé, voire la vapeur générée, retourne ensuite à l’intérieur de l’électrode de phase 32 en passant par les orifices 33 de manière à sortir du réacteur 4 au niveau de sa sortie 5.
Les électrodes 31, 32 alimentées par un courant alternatif monophasé peuvent présenter d’autres formes, par exemple cylindrique, en spirale ou en plaque, et être agencées différemment au sein du réacteur 4.
Par exemple, le réacteur 4 peut comporter une zone 21 de traitement formée entre deux électrodes 31, 32 cylindriques – une électrode de neutre 32 et une électrode de phase 31 – comme illustré aux figures 10 et 11. En variante, les électrodes 31, 32 sont partiellement isolées. Pour ce faire, un isolant 34 peut recouvrir partiellement les électrodes 31, 32 sur leur longueur, comme illustré à la .
La zone 21 de traitement peut être formée entre plus de deux électrodes 31, 32 alimentées par un courant alternatif monophasé. Par exemple, la zone 21 peut être formée entre trois (une électrode de neutre 32 et deux électrodes de phase 31, ou l’inverse), quatre (deux électrodes de neutre 32 et deux électrodes de phase 31), cinq (quatre électrodes de neutre 32 et une électrode de phase 31, ou l’inverse) ou sept (trois électrodes de neutre 32 et quatre électrodes de phase 31, ou l’inverse) électrodes, notamment cylindriques, selon les agencements illustrés respectivement aux figures 13 à 16. Les électrodes de phase 31 et de neutre 32 représentées sur ces figures sont bien sûr permutables.
Dans le cas où les électrodes sont alimentées par un courant alternatif monophasé, ce dernier présente de préférence une fréquence d’alternance de phase comprise entre 1 et 50 kHz. Il peut être ou non haché, avec notamment une fréquence de hachage comprise entre 1 et 100 kHz.
On a illustré aux figures 17 à 19 des exemples d’agencement d’électrodes alimentées par un courant alternatif monophasé selon des mailles cristallines.
Sur la , on a représenté un exemple d’agencement 70 d’électrodes selon une maille cristalline cubique faces centrées. L’agencement 70 comporte une alternance de plans d’électrodes 71, 72 parallèles et équidistants. Les plans 71 comportent une alternance d’électrodes de phase 31 et de neutre 32 parallèles et équidistantes. Les plans 72 correspondent aux plans 71 dans lesquels les électrodes de phase 31 et de neutre 32 sont permutées. La distance entre deux électrodes adjacentes au sein d’un plan est égale à la distance entre deux plans adjacents.
Les électrodes de phase 31 et de neutre 32 peuvent être conductrices sur toute leur longueur ou partiellement isolées. Dans cet exemple, les électrodes de phase 31 et de neutre 32 sont partiellement isolées de façon à ménager des portions conductrices (représentées par des sphères) alternant avec des portions isolées (représentées par des segments).
Sur les figures 18 et 19, on a représenté respectivement un exemple d’agencement 80 d’électrodes selon une maille cristalline cubique simple et un exemple d’agencement 90 d’électrodes selon une maille cristalline de type « blende », comportant chacun des électrodes de phase 31 et de neutre 32 partiellement isolées.
Electrodes alimentées par un courant alternatif
multi
-
phasé
De préférence, les électrodes de phase 11, 12, 13 alimentées par un courant alternatif occupent chacune l’un des sommets d’un triangle équilatéral lorsqu’observées en coupe transversale, de manière à former une maille élémentaire triangulaire, comme cela est illustré à la . En variante, une électrode de neutre 95 peut occuper le centre du triangle équilatéral, comme cela est illustré à la .
Les électrodes de phase 11, 12, 13 et de neutre 95 peuvent être réalisées dans tout matériau conducteur.
Un noyau ferromagnétique (non représenté) peut être inclus au sein de la maille, de l’électrode 11, 12, 13 et/ou 95. Par exemple, l’électrode de neutre 95 peut être réalisée dans un matériau ferromagnétique ou comporter un noyau ferromagnétique recouvert ou non d’un matériau isolant. En variante, le noyau ferromagnétique n’est pas relié à l’électrode de neutre 95 et il est recouvert ou non d’un matériau isolant.
De façon à faire varier la puissance du champ électrique tournant et/ou oscillant au sein de la zone 21 de traitement, on peut faire varier la taille de la maille formée par le triangle équilatéral ou répéter la maille, comme cela est illustré aux figures 22 à 28.
Comme illustré sur la , le réacteur peut comporter quatre électrodes de phase 11, 12, 13 disposées selon deux mailles et un noyau ferromagnétique 100 isolé disposé au centre de l’espace formé entre les électrodes 11, 12, 13.
Comme illustré sur la , le réacteur peut comporter six électrodes de phase 11, 12, 13 disposées selon quatre mailles agencées pour former un triangle. En variante, une électrode de neutre 95 ( ) ou une électrode de neutre 96 comportant un noyau ferromagnétique isolé ( ) est présente au centre de gravité du triangle formé par les quatre mailles. Dans une autre variante, un noyau ferromagnétique 100 isolé est disposé au centre de gravité du triangle formé par les quatre mailles et trois noyaux ferromagnétiques 101 non isolés sont disposés au sein de ce triangle, chacun à proximité d’un de ses sommets ( ).
Comme illustré sur la , le réacteur peut comporter sept électrodes de phases 11, 12, 13 disposées selon six mailles agencées pour former un hexagone. Trois électrodes de neutre 95 et trois noyaux ferromagnétiques 100 isolés sont disposés au centre de gravité des mailles.
Comme illustré sur la , le réacteur peut comporter 12 électrodes de phase 11, 12, 13 disposées selon treize mailles agencées pour former un polygone. Des noyaux ferromagnétiques 100 isolés, des noyaux ferromagnétiques 101 non isolés, des électrodes de neutre 95, des électrodes de neutre 96 comportant un noyau ferromagnétique isolé et des électrodes de neutre 97 ferromagnétiques sont disposés au sein du polygone.
Essai comparati
f
pour des applications de production de vapeur
Dans cet essai comparatif, le rendement énergétique du procédé selon l’invention a été comparé à celui d’une résistance électrique chauffante 19 de type thermoplongeur, pour des applications de production de vapeur.
Le thermoplongeur 19 utilisé présente les caractéristiques suivantes : puissance de 2000 W ; alimenté en courant alternatif monophasé sous une tension de 220 V ; longueur de 70 mm ; diamètre de 58 mm ; longueur totale de 310 mm.
Comme illustré à la , le thermoplongeur 19 est plongé dans un bécher 18 en polyéthylène (capacité de 5 L et diamètre de 165 mm) contenant 3500 mL d’eau de ville 20 de conductivité 620 µS/cm de manière à chauffer l’eau de ville 20 jusqu’à ébullition avec obtention d’un débit d’évaporation constant. Le bécher 18 est disposé sur une balance 17 de type Sartorius BP4100 permettant de déterminer le débit d’évaporation (en g/min) de l’eau de ville 20 contenue dans le bécher 18.
Lorsque que le débit d’évaporation devient constant, le bécher 18 est alimenté en eau de ville grâce à une pompe péristaltique 15 de type Hirshmann Rotarus PK10-16 à un débit d’alimentation correspondant au débit d’évaporation constant déterminé de sorte que le poids du bécher 18 contenant l’eau de ville 20 soit constant au cours du temps.
Le débit d’évaporation constant déterminé à l’aide de la balance 17 est de 42 g/min.
Pour une température proche de 42°C pour l’eau de ville alimentant le bécher 18 (thermomètre KIMO KISTOCK KTT 310 avec sonde thermocouple type K, incertitude +/- 1,1°C entre -200°C et +1000°C), la puissance thermique nécessaire théorique est proche de 1770 W pour obtenir ce débit d’évaporation constant de 42 g/min (avec chaleur latente de vaporisation de l'eau = 2260 J/g et capacité calorifique de l'eau entre 0°C et 100°C = 4,19 J/g/°C).
La puissance électrique consommée est alors mesurée à l’aide d’un wattmètre Voltcraft Energy check 3000 et est de 1920 W, soit un rendement énergétique de 92 % (1770/1920).
Comme illustré aux figures 30 et 31, l’invention comporte une zone 21 de traitement formée entre trois électrodes 11, 12, 13 en graphite présentant chacune une longueur de 200 mm et un diamètre de 8 mm. Les électrodes 11, 12, 13 sont disposées au sein d’un réacteur 4 qui est un tube en polyéthylène présentant une longueur totale de 220 mm et un diamètre de 35 mm, de sorte que la zone 21 de traitement présente une longueur de 170 mm. Au sein du réacteur 4, les électrodes 11, 12, 13 sont disposées comme les sommets d’un triangle équilatéral de côté de longueur 17 cm, de sorte que l’espacement entre chaque électrode soit de 9 mm, comme cela est illustré à la .
Les électrodes 11, 12, 13 sont alimentées par un courant alternatif triphasé 1, 2, 3 haché sous une tension de 130 V. Le courant d’alimentation des électrodes 11, 12, 13 présente une fréquence d’alternance de phase de 3 kHz et une fréquence de hachage de 16 kHz. Le courant d’alimentation des électrodes 11, 12, 13 est obtenu en sortie d’un variateur de fréquence 14 de type SAKO SKI 670-2D2G-23 alimenté en entrée par un courant secteur tel qu’un courant alternatif monophasé de 50Hz sous une tension de 230 V. Le variateur de fréquence 14 utilisé présente les caractéristiques suivantes en entrée, AC mono 220V 15A/20A 50-60Hz, et les caractéristiques suivantes en sortie, AC triphasé 0-380V 13A/17A 0-3000Hz.
On fait circuler dans la zone 21 de traitement un flux d’eau de ville similaire à celle utilisée pour l’essai avec le thermoplongeur 19, c’est-à-dire présentant une conductivité 620 µS/cm, à un débit similaire au débit d’alimentation du bécher de l’essai avec le thermoplongeur, soit 42 g/min, à l’aide d’une pompe péristaltique 15 de type Hirshmann Rotarus PK10-16.
On note une absence de sortie d’eau liquide du réacteur 4 au niveau de sa sortie 5 mais uniquement une sortie de vapeur. Cela permet de déterminer que le débit d’évaporation est alors égal au débit d’alimentation du réacteur 4, soit 42 g/min.
Pour une température proche de 25°C pour l’eau de ville alimentant la zone 21 de traitement (thermomètre KIMO KISTOCK KTT 310 avec sonde thermocouple type K, incertitude +/- 1,1°C entre -200°C et +1000°C), la puissance thermique nécessaire théorique est proche de 1798 W pour obtenir ce débit d’évaporation de 42 g/min.
La puissance électrique consommée est alors mesurée à l’aide d’un wattmètre Voltcraft Energy check 3000 à 1830 W, soit un rendement énergétique de 98 % au moins (1798/1830), contre 92% pour la résistance électrique.
Cet essai comparatif permet de démontrer la supériorité de l’invention vis-à-vis d’un thermoplongeur en termes de rendement énergétique pour des applications de production de vapeur.
En outre, l’invention permet de produire de la vapeur de façon beaucoup plus rapide qu’avec un thermoplongeur puisque l’invention permet de vaporiser instantanément le flux d’eau de ville parcourant la zone de traitement.
Production de vapeur en circuit ouvert
Comme illustré à la , le procédé selon l’invention peut permettre la production de vapeur en circuit ouvert.
Pour ce faire, on fait circuler dans le réacteur 4 un flux de liquide aqueux à traiter de manière à le vaporiser. Le liquide aqueux à traiter est introduit dans le réacteur 4 au niveau de son entrée 16 et la vapeur générée s’échappe du réacteur 4 au niveau de sa sortie 5.
La sortie 5 du réacteur 4 est reliée à un condenseur 40 permettant la transformation de la vapeur générée en eau liquide par un échange de chaleur avec un fluide réfrigérant. Ainsi, la vapeur générée est acheminée jusqu’au condenseur 40 au sein duquel elle est condensée au moyen d’un fluide réfrigérant qui est ici le liquide aqueux à traiter.
Le condenseur 40 comporte un circuit interne 42 de circulation de la vapeur générée et un circuit externe 41 de circulation du liquide aqueux à traiter, généralement de sens opposé au circuit interne. Le condenseur 40 est ainsi dit à fluides séparés, c’est-à-dire sans contact entre la vapeur et le liquide aqueux, dont le principe de fonctionnement est similaire aux condenseurs droit dit « de Liebig-West », à boules dit « d'Allihn » ou à serpentin dit « de Graham ».
La circulation du liquide aqueux à traiter dans le circuit externe 41 depuis son entrée 44 vers sa sortie 45 permet de refroidir le circuit interne 42 de circulation de la vapeur et ainsi de condenser cette dernière. La chaleur latente de condensation est alors transférée au liquide aqueux à traiter ce qui permet d’obtenir en sortie 45 du circuit externe 41 un liquide aqueux à traiter qui est réchauffé.
La sortie 45 du circuit externe 41 est reliée à l’entrée 16 du réacteur 4. Ainsi, le liquide aqueux à traiter réchauffé est acheminé jusqu’au réacteur 4 de manière à être vaporisé. Ce réchauffage du liquide à traiter en amont du réacteur 4 est particulièrement avantageux car le rendement énergétique du procédé en est amélioré.
La vapeur ainsi condensée en sortie 46 de condenseur 40 peut être par exemple une eau potable, purifiée ou douce dans le cas où le liquide aqueux à traiter est respectivement une eau brute, une eau usée ou une eau de mer/dure.
En variante, le liquide aqueux à traiter réchauffé provenant de la sortie 45 du circuit externe 41 circule dans une double enveloppe 110 du réacteur 4 puis est acheminé à l’entrée 16 du réacteur 4 de manière à traverser la zone 21 de traitement, comme illustré à la . En circulant dans la double enveloppe 110 du réacteur 4, le liquide aqueux à traiter peut capter une partie de la chaleur générée au sein de la zone 21 de traitement. Ainsi, cela peut permettre de réchauffer encore le liquide aqueux à traiter avant son passage dans la zone 21 de traitement, et donc d’améliorer encore le rendement énergétique du procédé.
Production de vapeur en circuit fermé
En variante, le procédé selon l’invention permet la production de vapeur en circuit fermé, comme cela est illustré aux figures 34 et 35.
Sur le schéma de la , le liquide aqueux, de préférence de l’eau déionisée voire purifiée, provenant d’un réservoir 43 est introduit dans le réacteur 4 au niveau de son entrée 16 et la vapeur générée s’échappe du réacteur 4 au niveau de sa sortie 5. La vapeur est acheminée jusqu’au condenseur 40 au sein duquel elle est condensée au moyen d’un fluide réfrigérant qui est ici un fluide à chauffer. La vapeur condensée en sortie 46 du condenseur 40 alimente le réservoir 43. La vapeur est ainsi produite en circuit fermé. L’utilisation d’eau déionisée voire purifiée peut permettre de limiter voire d’éliminer la détérioration des matériaux constituant le réacteur 4, les électrodes disposées au sein du réacteur 4, le condenseur 40, le réservoir 43 et la tuyauterie, notamment par des agents oxydants et/ou corrosifs, et donc d’augmenter leur durée de vie.
La circulation du fluide à chauffer dans le circuit externe 41 depuis son entrée 44 vers sa sortie 45 permet de refroidir le circuit interne 42 de circulation de la vapeur et ainsi de condenser cette dernière. La chaleur latente de condensation est transférée au fluide à chauffer ce qui permet de le chauffer. On obtient donc en sortie 45 du circuit externe 41 un fluide chauffé. Ce fluide chauffé peut être par exemple une eau chaude sanitaire.
En variante, la sortie 5 du réacteur 4 est reliée à une double enveloppe 110 du réacteur 4 de manière à ce qu’une partie ou la totalité de la vapeur générée circule dans la double enveloppe 110 avant d’être acheminée jusqu’au condenseur 40, comme illustré à la . En circulant dans la double enveloppe 110 du réacteur 4, la vapeur générée peut permettre de réchauffer le liquide aqueux à traiter au sein de la zone 21 de traitement et donc d’améliorer le rendement énergétique du procédé.
On a représenté à la une variante de réalisation de la dans laquelle le fluide réfrigérant circulant dans le circuit externe 41 du condenseur 40 est un liquide à vaporiser. On génère donc de la vapeur en sortie 45 du circuit externe 41.
La sortie 45 du circuit externe 41 du condenseur 40 est reliée à un condenseur 50. La vapeur générée en sortie 45 est ainsi acheminée jusqu’à un condenseur 50 au sein duquel elle est condensée au moyen du liquide à vaporiser qui circule au sein du circuit externe 51 du condenseur 50 depuis une entrée 54 vers une sortie 55. On obtient donc en sortie 56 de condensateur 50 de la vapeur condensée et en sortie 55 du circuit externe 51 le liquide à vaporiser réchauffé par captation de la chaleur latente de condensation de la vapeur circulant au sein du circuit interne 52 du condenseur 50.
La sortie 55 du circuit externe 51 du condenseur 50 est reliée à l’entrée 44 du circuit externe 41 du condenseur 40, de sorte que le liquide à vaporiser réchauffé est introduit dans le circuit externe 41 du condenseur 40 au sein duquel il est vaporisé par captation de la chaleur latente de condensation de la vapeur circulant au sein du circuit interne 42 du condenseur 40. Comme mentionnée ci-dessus, on génère donc de la vapeur en sortie 45 du circuit externe 41
Le condenseur 50 a ainsi pour rôle de préchauffer le liquide à vaporiser et le condenseur 40 a pour rôle de le vaporiser.
L’installation représentée à la peut permettre par exemple la désalinisation de l’eau de mer, le liquide à vaporiser étant alors de l’eau de mer et la vapeur condensée en sortie 56 du condenseur 50 de l’eau douce.
Claims (39)
- Procédé de traitement d’un liquide aqueux en vue de son échauffement, de la production de vapeur, du déclenchement d’une réaction de catalyse et/ou de la concentration d’au moins une espèce présente en son sein, dans lequel on fait circuler un flux du liquide aqueux dans au moins une zone de traitement (21) formée entre au moins deux électrodes (31 ; 32 ; 11 ; 12 ; 13 ; 95 ; 96 ; 97) reliées à une source de courant alternatif de fréquence d’alternance de phase supérieure ou égale à 100 Hz, de manière à échauffer, vaporiser, activer chimiquement et/ou concentrer le liquide aqueux au moins partiellement sous l’effet du passage du courant entre ces électrodes (31 ; 32 ; 11 ; 12 ; 13 ; 95 ; 96 ; 97).
- Procédé selon la revendication 1, la zone de traitement (21) étant formée entre au moins deux électrodes (31 ; 32) alimentées par un courant monophasé.
- Procédé selon la revendication 2, les électrodes (31 ; 32) comportant des portions isolées et des portions non-isolées, les portions non-isolées définissant des dipôles électriques agencés selon une maille tridimensionnelle superposable par changement d’échelle à une maille cristalline cubique simple, cubique faces centrées, de type « Blende » ou hexagonale.
- Procédé selon la revendication 1, la zone de traitement (21) étant formée entre au moins trois électrodes (11 ; 12 ; 13 ; 95 ; 96 ; 97) alimentées par un courant multi-phasé, de préférence triphasé, encore plus préférentiellement avec un équilibre entre les phases.
- Procédé selon la revendication 4 la zone de traitement (21) étant formée entre trois électrodes (11 ; 12 ; 13 ; 95 ; 96 ; 97) disposées selon une maille triangulaire équilibrée, ou entre six électrodes (11 ; 12 ; 13 ; 95 ; 96 ; 97) disposées comme les sommets d’un triangle équilatéral et à mi-longueur des côtés, ou disposées comme un hexagone.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le courant circulant entre au moins deux électrodes (31 ; 32 ; 11 ; 12 ; 13 ; 95 ; 96 ; 97) dont une électrode de neutre (95 ; 96 ; 97) placée dans la zone de traitement (21).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, les électrodes (31 ; 32 ; 11 ; 12 ; 13 ; 95 ; 96 ; 97) étant réalisées dans un matériau inerte chimiquement.
- Procédé selon la revendication précédente, les électrodes (31 ; 32 ; 11 ; 12 ; 13 ; 95 ; 96 ; 97) étant réalisées en graphite.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le passage du courant dans la zone de traitement (21) générant un champ électrique tournant et/ou oscillant.
- Procédé selon la revendication précédente, le champ électrique générant des paires de Cooper.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins un noyau ferromagnétique (100 ; 101) étant présent au sein de la zone de traitement (21).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la source de courant alternatif étant de fréquence d’alternance de phase supérieure ou égale à 200, 300, 400, 500, 1000, 2000, 3000, 5000, 10000, 15000 ou 20000 Hz, de préférence supérieure ou égale à 300, 1000 ou 20000 Hz, et de préférence inférieure ou égale à 2 MHz, mieux inférieure ou égale à 1,6 MHz.
- Procédé selon la revendication précédente, la source de courant alternatif étant de fréquence d’alternance de phase comprise entre 1 et 50 kHz.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le courant d’alimentation des électrodes étant un courant haché, de préférence à une fréquence de hachage comprise entre 1 et 100 kHz.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la fréquence de hachage étant strictement égale à deux fois la fréquence d’alternance de phase.
- Procédé selon l’une quelconque des revendication 1 à 14, la fréquence de hachage étant strictement supérieure à deux fois la fréquence d’alternance de phase.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’intensité du champ électrique est supérieure ou égale à 1 V/m, et de préférence inférieure ou égale à 1 MV/cm.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la tension appliquée entre les électrodes (31 ; 32 ; 11 ; 12 ; 13 ; 95 ; 96 ; 97) est choisie de manière à générer des arcs électriques, de préférence en continu, dans le liquide aqueux au sein de la zone de traitement (21).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on utilise au moins une partie de la chaleur générée par le procédé, notamment au moins une partie de la chaleur latente de condensation de la vapeur produite et/ou au moins une partie de la vapeur produite et/ou au moins une partie du liquide aqueux échauffé après passage dans la zone de traitement et/ou au moins une partie de la chaleur générée au sein de la zone de traitement, pour réchauffer le liquide aqueux en amont et/ou au sein de la zone de traitement (21) ou réchauffer voire vaporiser un fluide distinct du liquide aqueux.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la zone de traitement (21) étant située dans un réacteur (4) à enveloppe multiple, notamment à double enveloppe, et dans lequel on fait circuler au moins une partie du liquide aqueux échauffé après passage dans la zone de traitement, au moins une partie de la vapeur produite et/ou au moins une partie des condensats dans celle-ci pour réchauffer le liquide aqueux dans la zone de traitement (21).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le débit de liquide parcourant la zone de traitement (21) étant supérieur ou égal à 0,0001 mL/min/W délivré par un générateur électrique alimentant les électrodes, mieux étant supérieur ou égal à 0,0003 mL/sec/W délivré, par exemple supérieur ou égal 1 mL/sec, notamment supérieur ou égal à 1 L/min.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on échauffe et/ou vaporise le liquide aqueux en circuit ouvert.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 21, dans lequel on échauffe et/ou vaporise le liquide aqueux en circuit fermé.
- Procédé selon la revendication 23, le liquide aqueux étant de l’eau déionisée voire purifiée.
- Procédé de traitement d’un liquide aqueux, dans lequel on échauffe et/ou vaporise le liquide aqueux en mettant en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 22, et l’on récupère le liquide aqueux ayant circulé dans la zone de traitement (21) et/ou les condensats en tant que liquide traité.
- Procédé selon la revendication 25, le liquide aqueux étant de l’eau de mer ou de l’eau dure, dans lequel on récupère les condensats.
- Procédé selon la revendication 25, le liquide aqueux étant un effluent à dépolluer ou une eau brute à rendre potable.
- Procédé selon la revendication 25, le liquide aqueux comportant un ou plusieurs composés carbonés à craquer et/ou à détruire et/ou à réarranger.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 25 à 28, dans lequel on procède par séquences, avec au moins une séquence d’échauffement du liquide aqueux et/ou de production de vapeur suivie d’au moins une séquence de vidange de la zone de traitement (21).
- Procédé selon la revendication 29, dans lequel on mesure la conductivité électrique du liquide aqueux alimentant la zone de traitement (21) ou dans celle-ci, et l’on déclenche la vidange lorsque la conductivité dépasse un seuil prédéfini.
- Procédé de production d’électricité, dans lequel on échauffe et/ou vaporise le liquide aqueux en mettant en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 22, et dans lequel on utilise le liquide aqueux échauffé et/ou la vapeur produite pour entraîner un générateur électrique.
- Installation pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant :
- un réacteur (4) comportant au moins une alimentation en un liquide aqueux, présentant au moins une zone de traitement (21) dans laquelle le liquide aqueux peut circuler selon un flux continu,
- au moins deux électrodes (31 ; 32 ; 11 ; 12 ; 13 ; 95 ; 96 ; 97) disposées dans la zone de traitement (21) pour exposer le liquide aqueux qui s’y trouve à un courant électrique alternatif de fréquence d’alternance de phase supérieure ou égale à 100 Hz de manière à échauffer, vaporiser, activer chimiquement et/ou concentrer le liquide aqueux au moins partiellement sous l’effet du passage du courant entre ces électrodes (31 ; 32 ; 11 ; 12 ; 13 ; 95 ; 96 ; 97),
- un générateur électrique pour alimenter les électrodes (31 ; 32 ; 11 ; 12 ; 13 ; 95 ; 96 ; 97) en un courant alternatif de fréquence d’alternance de phase supérieure ou égale à 100 Hz.
- Installation selon la revendication 32, le générateur électrique étant configuré pour générer un courant alternatif de fréquence d’alternance de phase supérieure ou égale 200, 300, 400, 500, 1000, 2000, 3000, 5000, 10000, 15000 ou 20000 Hz, de préférence supérieure ou égale à 300, 1000 ou 20000 Hz, et de préférence inférieure ou égale à 2 MHz, mieux inférieure ou égale à 1,6 MHz.
- Installation selon la revendication 33, le générateur électrique étant configuré pour générer un courant alternatif de fréquence d’alternance de phase comprise entre 1 et 50 kHz.
- Installation selon l’une quelconque des revendications 32 à 34, le générateur électrique étant configuré pour générer un courant alternatif haché, de préférence à une fréquence de hachage comprise entre 1 et 100 kHz.
- Installation selon l’une quelconque des revendications 32 à 35, le générateur électrique étant configuré pour générer un courant alternatif monophasé ou multi-phasé, de préférence triphasé, encore plus préférentiellement avec un équilibre entre les phases.
- Installation selon l’une quelconque des revendications 32 à 36, le générateur électrique étant configuré pour permettre de limiter la tension à une valeur souhaitée.
- Installation selon l’une quelconque des revendications 32 à 37, comportant au moins un système de récupération d’énergie (40) configuré pour permettre la condensation d’au moins une partie de la vapeur produite, la récupération d’au moins une partie de la chaleur latente de condensation et l’utilisation d’au moins une partie de la chaleur latente de condensation récupérée pour réchauffer le liquide aqueux en amont et/ou au sein de la zone de traitement (21) ou pour réchauffer voire vaporiser un fluide distinct du liquide aqueux.
- Installation selon l’une quelconque des revendications 32 à 38, comportant un séparateur liquide/vapeur en aval de la zone de traitement (21).
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| FR2100254A FR3118850A1 (fr) | 2021-01-12 | 2021-01-12 | Procédé de traitement d’un liquide aqueux en vue de son échauffement, de la production de vapeur, du développement d’une réaction de catalyse et/ou de la concentration d’au moins une espèce présente en son sein |
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| EP22700914.9A EP4278860A1 (fr) | 2021-01-12 | 2022-01-10 | Procédé de traitement d'un liquide, notamment aqueux, en vue de son échauffement, de la production de vapeur, du développement d'une réaction de catalyse, de la production de nanoparticules et/ou de la concentration d'au moins une espèce présente en son sein |
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