WO2014080112A1 - Procede de regeneration de zeolite - Google Patents

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WO2014080112A1
WO2014080112A1 PCT/FR2013/052764 FR2013052764W WO2014080112A1 WO 2014080112 A1 WO2014080112 A1 WO 2014080112A1 FR 2013052764 W FR2013052764 W FR 2013052764W WO 2014080112 A1 WO2014080112 A1 WO 2014080112A1
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WO
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enclosure
zeolite
chamber
reactor
pressure
Prior art date
Application number
PCT/FR2013/052764
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English (en)
Inventor
Damien Alfano
Florian MAYOT
Original Assignee
Valeo Systemes De Controle Moteur
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N19/00—Starting aids for combustion engines, not otherwise provided for
    • F02N19/02—Aiding engine start by thermal means, e.g. using lighted wicks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/34—Regenerating or reactivating
    • B01J20/3408—Regenerating or reactivating of aluminosilicate molecular sieves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/34—Regenerating or reactivating
    • B01J20/3483—Regenerating or reactivating by thermal treatment not covered by groups B01J20/3441 - B01J20/3475, e.g. by heating or cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B17/00—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type
    • F25B17/08—Sorption machines, plants or systems, operating intermittently, e.g. absorption or adsorption type the absorbent or adsorbent being a solid, e.g. salt

Definitions

  • the present invention relates to a regeneration process of the zeolite contained in a reactor and a reactor configured to allow this regeneration.
  • the zeolite is for example used to heat a component of a motor vehicle comprising a heat engine.
  • This component is for example the engine of the vehicle.
  • Heating the engine when it starts can reduce fuel consumption and / or pollutant emissions. This heat can also, in very cold conditions, be transmitted to the cabin to improve the comfort of the vehicle users. After reacting with water to initiate a strongly exothermic reaction, the zeolite is saturated with water. It is then necessary to regenerate the zeolite to allow it to react again with water to use the heat produced by this reaction for heating purposes.
  • the invention aims to meet this need and it succeeds, according to one of its aspects, using a regeneration process zeolite contained in the enclosure of a reactor, the reactor comprising at least an opening allowing the fluidic communication between the enclosure and the outside thereof, the opening being provided with a shutter, the zeolite saturated with water resting by gravity in the enclosure,
  • the enclosure is heated so that the water is expelled from a portion of the zeolite and then vaporized, while closing the opening so as to regulate the pressure in the chamber so that the pressure in the enclosure allows water in the form of vapor to condense. This condensation can take place in the enclosure.
  • the expelled water in the form of steam rises in the chamber and away from the hot source located in the bottom of the enclosure.
  • This vapor can then reach areas of the enclosure in which there is zeolite still saturated with water and colder because of its remoteness from the hot source and the aforementioned disadvantage of conductive heating.
  • the pressure in these zones can allow the vapor to condense and the heat of condensation can be transmitted to the cold zeolite, warming it and allowing the expulsion of water from this zeolite to regenerate it.
  • the method according to the invention allows the zeolite to be heated by convection via the vapor rising in the chamber as well as heating. thanks to the heat of condensation.
  • This increases the simultaneous heating modes in the chamber, to increase the regeneration of the zeolite while maintaining the same hot source.
  • the condensed water can come down near the hot source, in areas where the zeolite is hotter and this condensed water can be vaporized again and rise in the enclosure to come into contact with other areas where the zeolite is cooler in order to regenerate it.
  • the process can thus self-maintain for a certain time.
  • the contact between the condensed water and the zeolite near the hot source can allow it to cool and ensure a satisfactory heat transfer between the hot source and the zeolite in the bottom of the enclosure nearby. from this hot spring.
  • the shutter can be kept closed so that the pressure in the enclosure is equal, at least in certain areas thereof, to the saturation vapor pressure.
  • the chamber may be heated using at least one pipe carrying a heating fluid and disposed at the bottom of the enclosure.
  • the "bottom" of the enclosure designates the wall of the enclosure against which the zeolite is based by gravity.
  • the zeolite may be in the form of beads stacked above the bottom of the enclosure.
  • the zeolite may be in the form of staged layers above the bottom of the enclosure.
  • the reactor comprises a compartment receiving the pipe or pipes.
  • the compartment is then separate from the enclosure from which it is separated by the bottom of the enclosure.
  • the pipe or pipes rest on the bottom of the enclosure, no compartment dedicated to the pipes and distinct from the enclosure then existing.
  • the reactor can be loaded on a motor vehicle comprising a heat engine and the enclosure be heated by the exhaust gas to the engine exhaust.
  • the method may comprise the subsequent step of acting on the shutter so as to bring the pressure and / or the temperature to predefined values.
  • This later step can help maintain the integrity of the reactor, by preventing the pressure in the latter from becoming greater than the maximum permissible pressure in the reactor.
  • This subsequent step may further enable the regeneration to be continued by evacuating the vapor present in the reactor.
  • the subsequent step can be initiated when the water condenses homogeneously in the enclosure.
  • the shutter can here take a first open position.
  • the shutter can here take a second open position and this second open position can provide in the opening a passage section greater than that formed in the opening when the shutter is in the first open position. In other words, the shutter is "less open” when it is in the first open position than when it is in the second open position.
  • the reactor is for example part of a heater for at least one component of the vehicle as described in one of the French applications filed by the Applicant:
  • the heating device comprises for example:
  • reaction fluid supply circuit of the zeolite said reaction fluid engaging with the anhydrous zeolite an exothermic reaction
  • all or part of the heat exchange circuit may be grouped with all or part of the reaction fluid supply circuit of the zeolite.
  • Another subject of the invention is a reactor comprising:
  • an enclosure capable of receiving zeolite saturated with water, at least one opening for fluid communication between the enclosure and the outside of the enclosure,
  • a shutter of the opening able to selectively interrupt the fluid communication via said opening
  • a hot source disposed along a wall of the enclosure.
  • the positioning of the heat source along the wall of the enclosure may allow it to be located at the bottom of the enclosure when the reactor rests with said wall facing the ground. This positioning of the heat source makes it possible for the water vapor obtained from the water expelled from the zeolite near the hot source to rise in the chamber and come into contact with zeolite saturated with water and at a distance of the hot spring to warm it by condensing.
  • the hot source may be disposed along the wall of the enclosure inside thereof or along the wall of the enclosure outside thereof. In the latter case, the hot source may be disposed in a compartment outside the enclosure, this compartment being located under the enclosure when the latter rests on the ground.
  • the opening and said wall of the enclosure may be disposed on either side of the zeolite.
  • the opening may be formed in the upper part of the reactor.
  • the hot source may be formed by at least one pipe capable of conveying a heating fluid.
  • the hot source is for example formed by one or more pipes forming part of the exhaust system of a heat engine or connected to the exhaust circuit of the heat engine.
  • the hot source can regenerate the zeolite.
  • FIG. 1 schematically represents a reactor for carrying out the process according to the invention
  • FIGS. 2 to 6 show schematically the evolution of the regeneration of the zeolite in the chamber when the process is implemented
  • FIG. 7 is a state diagram showing the evolution of the pressure and the temperature in the reactor when the method according to an exemplary implementation of the invention is implemented.
  • FIG. 1 is an example of a reactor 1 enabling the implementation of example processes according to the invention.
  • the reactor 1 is in the form of a cylinder with a longitudinal axis X.
  • the cross section with respect to this axis X of the reactor 1 may be circular and the section in a plane containing the X axis of the reactor 1 may be rectangular.
  • the reactor 1 defines an enclosure 2.
  • the reactor 1 receives a reagent Z not shown in FIG. 1 which is zeolite and which, when in the anhydrous state, can react with an aqueous solution, for example water or brine to initiate an exothermic reaction.
  • a reagent Z not shown in FIG. 1 which is zeolite and which, when in the anhydrous state, can react with an aqueous solution, for example water or brine to initiate an exothermic reaction.
  • the zeolite is for example in the form of beads stacked in the chamber from a bottom wall 4 of the enclosure 2. These beads may have large pores, for example between 0.3 and 0.8 nm to promote contact between the reaction fluid and the zeolite.
  • the entire height of the chamber 2 can be filled with zeolite. Alternatively, only a fraction of the height of the enclosure can be filled with zeolite, for example half or two thirds of this height.
  • the bottom wall 4 marks a separation between the enclosure 2 receiving the zeolite and a compartment 5 in which ducts 6, shown very schematically in FIG. 1, pass, which convey a regeneration fluid. These ducts 6 thus form a hot source disposed in the bottom of the reactor 1.
  • the reactor 1 is provided with at least one opening 7 for fluid communication with the outside.
  • This opening 7 is provided with a shutter 8 for modifying the fluid communication between the enclosure 2 and the outside, for example to interrupt or reduce it.
  • the shutter can be controlled by a computerized system implementing an actuator of any type.
  • the reactor 1 is part of a heating device intended to be loaded onto a vehicle, for example a purely thermal propulsion or hybrid propulsion automobile.
  • vehicle comprises for example an internal combustion engine.
  • the heating device is for example as described in the French applications filed by the Applicant and identified above.
  • the regeneration fluid flowing through the pipe (s) 6 is then formed by exhaust gases from the heat engine.
  • These pipes 6 can be part of the circuit
  • the opening 7 may communicate with a feed circuit in aqueous solution of the zeolite contained in the enclosure.
  • the opening 7 allows fluid communication between the chamber 2 and a condenser, as explained below.
  • the component of the vehicle to be heated may be an internal combustion engine of the vehicle.
  • the device is then used to heat the engine when it starts.
  • the device may be used to heat one or more components of the vehicle at other times than when starting the engine.
  • the device can for example heating one or more components before starting the engine, preconditioning this or these components.
  • This pre-conditioning can result from an order given by the user of the vehicle before it starts the vehicle, for example pressing a trigger button of the device.
  • the pre-conditioning results from an automatically generated order, for example because of the detection of the entry into the vehicle of a user, in particular the insertion of the ignition key, the unlocking of the doors or the opening a door.
  • the device can thus transfer, prior to starting the engine, heat to a window defrosting system, for example the windshield of the vehicle, to the vehicle gearbox. , in particular for heating the oil thereof, or in the passenger compartment of the vehicle, for the comfort of the user or users of the vehicle.
  • a window defrosting system for example the windshield of the vehicle
  • the device to which the reactor 1 is integrated in the example under consideration can be used cyclically, each cycle comprising successively:
  • reaction phase during which an exothermic reaction between the aqueous solution and the anhydrous zeolite takes place, this phase being initiated when the aqueous solution is brought into contact with the anhydrous zeolite.
  • the heat released is then transmitted to the component of the vehicle to be heated, and
  • a regeneration phase in which the zeolite saturated with water is heated so that it is returned to the anhydrous state it had before the exothermic reaction and that the aqueous solution is reconstituted in whole or in part .
  • the state of the chamber 2 may be as shown in FIG. 2.
  • the exothermic reaction between the zeolite Z and the water corresponding to the adsorption of water by the zeolite, the zeolite in the chamber 2 when the regeneration phase begins is then saturated with water. Regeneration is carried out in this case by heating the zeolite so that the water is expelled.
  • a large amount of zeolite Z extends by gravity above the pipes 6 forming the hot source used for regeneration.
  • the regeneration phase is initiated by circulating exhaust gas in the pipes 6 arranged in the bottom of the chamber 2.
  • the shutter 7 is closed here, so that no communication is possible between the inside of the chamber 2 in which the water-saturated zeolite is located and the outside of the enclosure. Because of the passage of the exhaust gas in the pipes 6, the latter having for example a temperature of about 400 ° C, the pressure and the temperature in the chamber increases.
  • the zeolite grains disposed in the zone ZI near the pipes 6 are then regenerated thanks to the heat that is transmitted to them from the ducts 6 by conduction. According to this regeneration, the water is expelled from the zeolite grains forming zone ZI and this water is vaporized.
  • water vapor VI resulting from the regeneration of the zeolite grains in the ZI zone can propagate in zone Z2 of zeolite not yet regenerated. Some zeolite grains disposed in this zone Z2 can then be heated both by conduction through zeolite grains of zone ZI and by thermal convection by virtue of the vapor rising in the chamber from zone ZI.
  • This heating allows the expulsion of water from zeolite grains of zone Z2 in the form of steam before this water condenses in places in which the temperature is less than or equal to the condensing temperature at the vapor pressure.
  • new zones ZI in which the zeolite is regenerated then appear in the chamber within zone Z2.
  • the drops of liquid water L fall by gravity down the enclosure 2, into the zone ZI adjacent to the pipes 6, which is warmer because of the proximity of the pipes 6. Because of the heat in this zone ZI, the falling liquid water is vaporized. Water vapor VI can then go up in the chamber 2, gaining colder zones where the pressure will allow it to condense, as has already been described with reference to FIGS. 4 and 5, this condensation giving off condensation. heat to regenerate other zeolite grains. These drops of water L also make it possible to cool the zeolite close to the pipes, thus making it possible to maintain between this zeolite and the pipes 6 a difference in temperature ensuring a good heat transfer in the chamber 2.
  • FIGS. 2 to 6 correspond to the first part of an example of a regeneration process for the zeolite found in reactor 1.
  • the shutter 8 is closed, in order to promote the increase in pressure and temperature in the chamber 2, so that the saturation vapor pressure is quickly reached.
  • This first part may be followed by a second part according to which the position of the shutter 8 is acted on so that the pressure and the temperature in the chamber 2 take predefined values.
  • FIG. 7 represents a state diagram showing the evolution of the pressure, the temperature and the percentage of water saturation of the zeolite when an example of the process according to the invention is used to regenerate 1 kg of zeolite contained in the reactor 1.
  • FIG. 7 is represented on the abscissa the pressure in the chamber and on the ordinate the percentage of water saturation of the zeolite in the chamber.
  • the zeolite is saturated with water and has a temperature of 80 ° C.
  • the regeneration is carried out by circulating in the ducts 6 of the exhaust gas at a temperature of 350 ° C.
  • the shutter 8 remains closed so that the pressure in parts of the chamber 2 reaches the saturation vapor pressure for water, here 1 bar. Then moves along the path A-> B, which corresponds to an increase in the temperature in the chamber while the pressure remains equal to the saturation vapor pressure of the water.
  • the phenomena described with reference to FIGS. 4 to 6 occur, so that a relatively homogeneous heating of the zeolite takes place, leading to a faster regeneration of the latter elsewhere than in the vicinity of the pipes 6 when only the phenomenon conduction allows this regeneration.
  • the shutter 8 is opened, so as to allow the steam of escape via the opening 7 to gain a condenser of the device.
  • the position of the shutter 8 can be regulated until the pressure in the enclosure becomes equal to the pressure in the condenser.
  • the shutter 8 In order to reach these values of temperature and pressure in the chamber, the shutter 8 is acted on so that one moves along the path B-> C in FIG. path B-> C, the pressure remains substantially constant while the temperature increases sharply until reaching 250 ° C. In the example described, the pressure value is substantially equal to 650 mbar along this path B-> C. When moving along this path B-> C, the shutter 8 is in a first closed position corresponding to a passage section SI in the opening 7.
  • the temperature is kept constant while decreasing the pressure in the chamber 2 until it reaches the pressure in the condenser of the device, along the path C-> D.
  • the shutter 8 is in a second closed position corresponding to a passage section S2 in the opening 7, S2 being greater than SI.
  • the pressure in the chamber is of the order of 300 mbar and the temperature is about 250 ° C.
  • the maximum temperature in the chamber 2 is reached as one moves along the saturated vapor curve along the path A-> B1. Then the shutter 8 is then actuated so that the pressure in the chamber is equal to that in the condenser by opening the shutter 8 and then regulating its position, so that the path is followed. Bl-> D.
  • the pressure in the chamber is of the order of 300 mbar and the temperature is about 250 ° C according to this variant also.
  • the zeolite When leaving the saturated vapor curve, beyond B1 or beyond B, the zeolite is heated in chamber 2 by conduction step by step via the zeolite and convection via water vapor rising in the enclosure 2 to gain the opening 7.

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Abstract

Procédé de régénération de la zéolite (Z) contenue dans l'enceinte (2) d'un réacteur (1), le réacteur (1) comprenant au moins une ouverture (7) permettant la communication fluidique entre l'enceinte (2) et l'extérieur de celle-ci, l'ouverture (7) étant munie d'un obturateur (8), de la zéolite (Z) saturée en eau reposant par gravité dans le fond de l'enceinte (2), procédé dans lequel on chauffe l'enceinte (2) de manière à ce que l'eau soit expulsée d'une partie de la zéolite puis vaporisée, tout en obturant l'ouverture (7) de manière à réguler la pression dans l'enceinte (2) pour que la pression dans l'enceinte (2) permette à de l'eau s'y trouvant sous forme de vapeur de se condenser.

Description

Procédé de régénération de zéolite
La présente invention concerne un procédé de régénération de la zéolite contenue dans un réacteur ainsi qu'un réacteur configuré pour permettre cette régénération.
La zéolite est par exemple utilisée pour chauffer un composant d'un véhicule automobile comprenant un moteur thermique. Ce composant est par exemple le moteur thermique du véhicule.
Chauffer le moteur thermique lorsqu'il démarre peut permettre de réduire la consommation en essence et/ou les émissions de polluants. Cette chaleur peut également, dans des conditions de grand froid, être transmise à l'habitacle pour améliorer le confort des utilisateurs du véhicule. Après avoir réagi avec de l'eau pour engager une réaction fortement exothermique, la zéolite est saturée en eau. Il est alors nécessaire de régénérer la zéolite pour lui permettre de réagir à nouveau avec de l'eau pour utiliser la chaleur produite par cette réaction à des fins de chauffage.
Pour régénérer la zéolite saturée en eau et se trouvant dans une enceinte, il est connu de chauffer l'enceinte à l'aide d'une source chaude dont la température est par exemple supérieure à 200 °C. Pour ce faire, une ou plusieurs conduites traversent la partie de l'enceinte dans laquelle est située la zéolite et la chaleur se diffuse à l'ensemble de la zéolite par conduction dans la zéolite de proche en proche. Cette diffusion est néanmoins relativement lente. En outre, au fur et à mesure que la zéolite sèche, sa conductivité thermique diminue, de sorte que la régénération de la zéolite la plus éloignée des conduites est difficile. Ce mode de transfert de chaleur pour régénérer la zéolite n'est ainsi pas véritablement efficace et ne permet pas un chauffage rapide et homogène de la zéolite. La régénération de la zéolite n'est donc pas optimale.
Il existe un besoin pour régénérer la zéolite saturée en eau d'une façon relativement simple, efficace et peu coûteuse.
L'invention vise à répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l'un de ses aspects, à l'aide d'un procédé de régénération de la zéolite contenue dans l'enceinte d'un réacteur, le réacteur comprenant au moins une ouverture permettant la communication fluidique entre l'enceinte et l'extérieur de celle-ci, l'ouverture étant munie d'un obturateur, de la zéolite saturée en eau reposant par gravité dans l'enceinte,
procédé dans lequel on chauffe l'enceinte de manière à ce que l'eau soit expulsée d'une partie de la zéolite puis vaporisée, tout en obturant l'ouverture de manière à réguler la pression dans l'enceinte pour que la pression dans l'enceinte permette à de l'eau s'y trouvant sous forme de vapeur de se condenser. Cette condensation peut avoir lieu dans l'enceinte.
Lorsque le procédé ci-dessus est mis en œuvre, l'eau expulsée sous forme de vapeur s'élève dans l'enceinte et s'éloigne de la source chaude située dans le bas de l'enceinte. Cette vapeur peut alors atteindre des zones de l'enceinte dans laquelle se trouve de la zéolite encore saturée en eau et plus froide du fait de son éloignement par rapport à la source chaude et de l'inconvénient mentionné ci-dessus du chauffage par conduction. La pression dans ces zones peut permettre à la vapeur de se condenser et la chaleur de condensation peut être transmise à la zéolite froide, réchauffant celle-ci et permettant l'expulsion d'eau de cette zéolite afin de la régénérer.
En plus du seul chauffage par conduction permis par les procédés de régénération de zéolite selon l'art antérieur, le procédé selon l'invention permet un chauffage de la zéolite par convection via la vapeur s'élevant dans l'enceinte ainsi qu'un chauffage grâce à la chaleur de condensation.
On augmente ainsi les modes simultanés de chauffage dans l'enceinte, pour accroître la régénération de la zéolite tout en conservant la même source chaude.
L'eau condensée peut redescendre à proximité de la source chaude, dans des zones où la zéolite est plus chaude et cette eau condensée peut être à nouveau vaporisée et s'élever dans l'enceinte pour venir au contact d'autres zones où la zéolite est plus froide afin de régénérer cette dernière.
Le procédé peut ainsi s'auto-entretenir pendant un certain temps.
En outre, le contact entre l'eau condensée et la zéolite à proximité de la source chaude peut permettre de refroidir celle-ci et d'assurer un transfert thermique satisfaisant entre la source chaude et la zéolite dans le bas de l'enceinte à proximité de cette source chaude.
L'obturateur peut être maintenu fermé de manière à ce que la pression dans l'enceinte soit égale, au moins dans certaines zones de celle-ci, à la pression de vapeur saturante. L'enceinte peut être chauffée à l'aide d'au moins une conduite véhiculant un fluide de chauffage et disposée au niveau du fond de l'enceinte. Au sens de la présente demande, le « fond » de l'enceinte désigne la paroi de l'enceinte contre laquelle repose la zéolite par gravité.
La zéolite peut se présenter sous la forme de billes empilées au-dessus du fond de l'enceinte. En variante, la zéolite peut se présenter sous la forme de couches étagées au-dessus du fond de l'enceinte.
Selon une première variante, le réacteur comprend un compartiment recevant la ou les conduites. Le compartiment est alors distinct de l'enceinte dont il est séparé par le fond de l'enceinte.
Selon une deuxième variante, la ou les conduites reposent sur le fond de l'enceinte, aucun compartiment dédié aux conduites et distinct de l'enceinte n'existant alors.
Le réacteur peut être embarqué sur un véhicule automobile comprenant un moteur thermique et l'enceinte être chauffée par les gaz d'échappement à l'échappement du moteur thermique.
Après que de la vapeur d'eau s'est condensée dans l'enceinte, le procédé peut comporter l'étape ultérieure selon laquelle on agit sur l'obturateur de manière à amener la pression et/ou la température à des valeurs prédéfinies. Cette étape ultérieure peut permettre de maintenir l'intégrité du réacteur, en empêchant la pression dans ce dernier de devenir supérieure à la pression maximale admissible dans le réacteur. Cette étape ultérieure peut en outre permettre de poursuivre la régénération en évacuant la vapeur présente dans le réacteur.
L'étape ultérieure peut être amorcée lorsque l'eau se condense de façon homogène dans l'enceinte. On agit par exemple sur l'obturateur de manière à ce que la température dans l'enceinte devienne égale à une valeur prédéfinie de température et de manière à ce que la pression dans l'enceinte devienne égale à une valeur prédéfinie de pression.
Pour ce faire, on peut d'abord agir sur l'obturateur pour augmenter la température dans l'enceinte tout en conservant la même pression. On peut ainsi ouvrir l'obturateur de manière à permettre la communication fluidique entre l'enceinte et l'extérieur de celle-ci. L'obturateur peut ici prendre une première position d'ouverture.
On peut ensuite agir sur l'obturateur pour que la pression dans l'enceinte devienne égale à la pression dans un condenseur communiquant avec l'enceinte via l'ouverture. L'obturateur peut ici prendre une deuxième position d'ouverture et cette deuxième position d'ouverture peut ménager dans l'ouverture une section de passage supérieure à celle ménagée dans l'ouverture lorsque l'obturateur est dans la première position d'ouverture. Autrement dit, l'obturateur est « moins ouvert » lorsqu'il est dans la première position d'ouverture que lorsqu'il est dans la deuxième position d'ouverture.
Le réacteur fait par exemple partie d'un dispositif de chauffage d'au moins un composant du véhicule tel que décrit dans l'une des demandes françaises déposées par la Demanderesse :
la demande déposée le 3 février 2012 sous le numéro 12 51013,
la demande déposée le 3 février 2012 sous le numéro 12 51014,
la demande déposée le 11 mai 2012 sous le numéro 12 54322,
la demande déposée le 22 juin 2012 sous le numéro 12 55937, ou
- la demande déposée le 8 août 2012 sous le numéro 12 57682.
Le dispositif de chauffage comprend par exemple :
un circuit d'échange de chaleur avec le composant à chauffer,
un circuit d'alimentation en fluide de réaction de la zéolite, ce fluide de réaction engageant avec la zéolite anhydre une réaction exothermique, et
- un circuit de régénération,
les trois circuit ci-dessus étant distincts.
En variante, tout ou partie du circuit d'échange de chaleur peut être regroupé avec tout ou partie du circuit d'alimentation en fluide de réaction de la zéolite.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un réacteur comprenant :
- une enceinte apte à recevoir de la zéolite saturée en eau, au moins une ouverture permettant la communication fluidique entre l'enceinte et l'extérieur de l'enceinte,
un obturateur de l'ouverture, apte à interrompre sélectivement la communication fluidique via ladite ouverture, et
- une source chaude disposée le long d'une paroi de l'enceinte.
Le positionnement de la source de chaleur le long de la paroi de l'enceinte peut lui permettre d'être située au bas de l'enceinte lorsque le réacteur repose avec ladite paroi tournée vers le sol. Ce positionnement de la source de chaleur permet que la vapeur d'eau obtenue à partir de l'eau expulsée de la zéolite proche de la source chaude s'élève dans l'enceinte et vienne au contact de zéolite saturée en eau et à distance de la source chaude pour réchauffer celle-ci en se condensant.
La source chaude peut être disposée le long de la paroi de l'enceinte à l'intérieur de celle-ci ou le long de la paroi de l'enceinte à l'extérieur de celle-ci. Dans ce dernier cas, la source chaude peut être disposée dans un compartiment extérieur à l'enceinte, ce compartiment étant situé sous l'enceinte lorsque cette dernière repose sur le sol.
L'ouverture et ladite paroi de l'enceinte peuvent être disposées de part et d'autre de la zéolite. Lorsque le réacteur repose avec ladite paroi tournée vers le sol, l'ouverture peut être ménagée dans la partie haute du réacteur.
La source chaude peut être formée par au moins une conduite apte à véhiculer un fluide de chauffage.
La source chaude est par exemple formée par une ou plusieurs conduites faisant partie du circuit d'échappement d'un moteur thermique ou raccordées au circuit d'échappement du moteur thermique.
La source chaude peut permettre de régénérer la zéolite.
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple non limitatif de mise en œuvre de celle-ci et à l'examen du dessin annexé sur lequel :
- la figure 1 représente de façon schématique un réacteur permettant la mise en œuvre du procédé selon l'invention,
- les figures 2 à 6 représentent schématiquement l'évolution de la régénération de la zéolite dans l'enceinte lorsque le procédé est mis en œuvre, et
- la figure 7 est un diagramme d'état montrant l'évolution de la pression et de la température dans le réacteur lorsque le procédé selon un exemple de mise en œuvre de l'invention est mis en œuvre.
On va décrire en référence à la figure 1 un exemple de réacteur 1 permettant la mise en œuvre d'exemples de procédé selon l'invention. Le réacteur 1 se présente dans l'exemple décrit sous la forme d'un cylindre d'axe longitudinal X. La section transversale par rapport à cet axe X du réacteur 1 peut être circulaire et la section dans un plan contenant l'axe X du réacteur 1 peut être rectangulaire. Le réacteur 1 définit une enceinte 2.
Le réacteur 1 reçoit un réactif Z non représenté sur la figure 1 qui est de la zéolite et qui, lorsqu'elle est à l'état anhydre, peut réagir avec une solution aqueuse, par exemple de l'eau ou de l'eau glycolée, pour engager une réaction exothermique. La zéolite se présente par exemple sous la forme de billes empilées dans l'enceinte depuis une paroi de fond 4 de l'enceinte 2. Ces billes peuvent présenter des pores de taille importante, par exemple comprise entre 0,3 et 0,8 nm, pour favoriser le contact entre le fluide de réaction et la zéolite.
Toute la hauteur de l'enceinte 2 peut être remplie de zéolite. En variante, seule une fraction de la hauteur de l'enceinte peut être remplie de zéolite, par exemple la moitié ou les deux tiers de cette hauteur. La paroi de fond 4 marque dans l'exemple considéré une séparation entre l'enceinte 2 recevant la zéolite et un compartiment 5 dans lequel passent des conduites 6 représentées très schématiquement sur la figure 1 , qui véhiculent un fluide de régénération. Ces conduites 6 forment ainsi une source chaude disposée dans le bas du réacteur 1.
Comme représenté sur la figure 1, le réacteur 1 est pourvu d'au moins une ouverture 7 permettant une communication fluidique avec l'extérieur. Cette ouverture 7 est munie d'un obturateur 8 permettant de modifier la communication fluidique entre l'enceinte 2 et l'extérieur, par exemple de l'interrompre ou de la réduire. L'obturateur peut être commandé par un système informatisé mettant en œuvre un actionneur de tout type.
Le réacteur 1 fait dans l'exemple considéré partie d'un dispositif de chauffage destiné à être embarqué sur un véhicule, par exemple une automobile à propulsion purement thermique ou à propulsion hybride. Le véhicule comprend par exemple un moteur à combustion interne. Le dispositif de chauffage est par exemple tel que décrit dans les demandes françaises déposées par la Demanderesse et identifiées ci-dessus.
Le fluide de régénération parcourant la ou les conduites 6 est alors formé par des gaz d'échappement du moteur thermique. Ces conduites 6 peuvent faire partie du circuit
d'échappement du moteur thermique ou, en variante, y être connectables.
Dans l'application ci-dessus, l'ouverture 7 peut communiquer avec un circuit d'alimentation en solution aqueuse de la zéolite contenue dans l'enceinte. Dans ce cas, l'ouverture 7 permet la communication fluidique entre l'enceinte 2 et un condenseur, comme expliqué ci-après.
Le composant du véhicule à chauffer peut être un moteur à combustion interne du véhicule. Le dispositif est alors utilisé pour chauffer ce moteur lors de son démarrage.
Dans des variantes, le dispositif peut être utilisé pour chauffer un ou plusieurs composants du véhicule à d'autres moments que lors du démarrage du moteur. Le dispositif peut par exemple chauffer un ou plusieurs composants avant le démarrage du moteur, réalisant un préconditionnement de ce ou ces composants.
Ce pré-conditionnement peut résulter d'un ordre donné par l'utilisateur du véhicule avant que celui-ci ne démarre le véhicule, par exemple un appui sur un bouton de déclenchement du dispositif. En variante, le pré- conditionnement résulte d'un ordre généré automatiquement, par exemple du fait de la détection de l'entrée dans le véhicule d'un utilisateur, notamment l'insertion de la clef de contact, le déverrouillage des portes ou l'ouverture d'une porte.
Dans le cas d'un tel pré-conditionnement, le dispositif peut ainsi transférer, préalablement au démarrage du moteur, de la chaleur à un système de dégivrage de vitres, par exemple le pare-brise du véhicule, à la boîte de vitesses du véhicules, notamment pour chauffer l'huile de celle-ci, ou à l'habitacle du véhicule, pour le confort du ou des utilisateurs du véhicule.
Le dispositif auquel le réacteur 1 est intégré dans l'exemple considéré peut être utilisé de façon cyclique, chaque cycle comprenant successivement:
une phase de stockage dans laquelle le dispositif est au repos,
- une phase de réaction lors de laquelle une réaction exothermique entre la solution aqueuse et la zéolite anhydre a lieu, cette phase étant amorcée lorsque l'on amène la solution aqueuse au contact de la zéolite anhydre. La chaleur dégagée est alors transmise vers le composant du véhicule à chauffer, et
une phase de régénération lors de laquelle la zéolite saturée en eau est chauffée de manière à ce qu'elle soit ramenée à l'état anhydre qu'elle avait préalablement à la réaction exothermique et à ce que la solution aqueuse soit reconstituée en tout ou partie.
Le procédé qui va maintenant être décrit permet que la phase de régénération soit efficace. Lorsque la phase de régénération est amorcée, l'état de l'enceinte 2 peut être tel que représenté sur la figure 2. La réaction exothermique entre la zéolite Z et l'eau correspondant à l'adsorption d'eau par la zéolite, la zéolite se trouvant dans l'enceinte 2 lorsque la phase de régénération commence est alors saturée en eau. La régénération s'effectue dans ce cas en chauffant fortement la zéolite de manière à ce que l'eau en soit expulsée.
Comme représenté sur la figure 2, une quantité importante de zéolite Z s'étend par gravité au- dessus des conduites 6 formant la source chaude utilisée pour la régénération.
En haut de l'enceinte se trouve de la vapeur d'eau V à faible pression, cette vapeur gagnant le haut de l'enceinte depuis les conduites 6 via l'espace entre les différentes billes de zéolite
On amorce la phase de régénération en faisant circuler des gaz d'échappement dans les conduites 6 disposées dans le bas de l'enceinte 2.
L'obturateur 7 est ici fermé, de sorte qu'aucune communication n'est possible entre l'intérieur de l'enceinte 2 dans lequel se trouve la zéolite saturée en eau et l'extérieur de l'enceinte. Du fait du passage des gaz d'échappement dans les conduites 6, ces derniers ayant par exemple une température de l'ordre de 400 °C, la pression et la température dans l'enceinte augmentent. Les grains de zéolite disposés dans la zone ZI à proximité des conduites 6 sont alors régénérés grâce à la chaleur qui leur est transmise depuis les conduites 6 par conduction. Selon cette régénération, l'eau est expulsée des grains de zéolite formant la zone ZI et cette eau est vaporisée.
Comme représenté sur la figure 3, de la vapeur d'eau VI issue de la régénération des grains de zéolite dans la zone ZI peut se propager dans la zone Z2 de zéolite non encore régénérée. Certains grains de zéolite disposés dans cette zone Z2 peuvent alors être chauffés à la fois par conduction à travers les grains de zéolite de la zone ZI et par convection thermique grâce à la vapeur s'élevant dans l'enceinte depuis la zone ZI .
Lorsque la circulation de gaz d'échappement dans les conduites 6 se poursuit, la pression et la température continuent d'augmenter dans l'enceinte. La pression augmente plus rapidement que la température. La pression peut alors localement devenir égale à la pression de vapeur saturante dans certains endroits de la zone Z2 à distance des conduites 6.
De la vapeur d'eau va alors se condenser dans ces endroits de la zone Z2, comme représenté sur la figure 4 où de l'eau liquide L est représentée à différents endroits de cette zone Z2. La chaleur de condensation liée à cette condensation permet de réchauffer les grains de zéolite à l'endroit où cette condensation se produit.
Ce chauffage permet l'expulsion d'eau depuis des grains de zéolite de la zone Z2 sous forme de vapeur avant que cette eau ne se condense dans des endroits dans lesquels la température est inférieure ou égale à la température de condensation à la pression de vapeur saturante Comme on peut le voir sur la figure 5, de nouvelles zones ZI dans lesquelles la zéolite est régénérée apparaissent alors dans l'enceinte au sein de la zone Z2.
Comme représenté sur la figure 6, les gouttes d'eau liquide L retombent par gravité vers le bas de l'enceinte 2, dans la zone ZI adjacente aux conduites 6 qui est plus chaude du fait de la proximité des conduites 6. En raison de la chaleur dans cette zone ZI, l'eau liquide retombant est vaporisée. De la vapeur d'eau VI peut alors remonter dans l'enceinte 2, gagnant des zones plus froides où la pression lui permettra de se condenser, selon ce qui a déjà été décrit en référence aux figures 4 et 5, cette condensation dégageant de la chaleur permettant de régénérer d'autres grains de zéolite. Ces gouttes d'eau L permettent par ailleurs de refroidir la zéolite à proximité des conduites, permettant ainsi de maintenir entre cette zéolite et les conduites 6 une différence de température assurant un bon transfert de chaleur dans l'enceinte 2.
Les figures 2 à 6 qui viennent d'être décrites correspondent à la première partie d'un exemple de procédé de régénération de la zéolite se trouvant dans le réacteur 1. Selon cette première partie, l'obturateur 8 est fermé, afin de favoriser l'augmentation de la pression et de la température dans l'enceinte 2, de sorte que la pression de vapeur saturante soit rapidement atteinte. Cette première partie peut être suivie d'une deuxième partie selon laquelle on agit sur la position de l'obturateur 8 de manière à ce que la pression et la température dans l'enceinte 2 prennent des valeurs prédéfinies.
La figure 7 représente un diagramme d'état montrant l'évolution de la pression, de la température et du pourcentage de saturation en eau de la zéolite lorsqu'un exemple de procédé selon l'invention est mis en œuvre pour régénérer 1 kg de zéolite contenue dans le réacteur 1. Sur la figure 7 est représentée en abscisse la pression dans l'enceinte et en ordonnée le pourcentage de saturation en eau de la zéolite dans l'enceinte. Initialement, c'est-à-dire lorsque la phase de régénération est amorcée, la zéolite est saturée en eau et elle a une température de 80 °C. La régénération s'effectue en faisant circuler dans les conduites 6 des gaz d'échappement à une température de 350 °C.
L'obturateur 8 reste fermé de manière à ce que la pression dans certaines parties de l'enceinte 2 atteigne la pression de vapeur saturante pour l'eau, ici 1 bar. On se déplace ensuite le long du trajet A->B, ce qui correspond à une augmentation de la température dans l'enceinte tandis que la pression reste égale à la pression de vapeur saturante de l'eau. Les phénomènes décrits en référence aux figures 4 à 6 se produisent, de sorte qu'un chauffage relativement homogène de la zéolite a lieu, conduisant à une régénération plus rapide de celle-ci ailleurs qu'à proximité des conduites 6 que lorsque seul le phénomène de conduction permet cette régénération.
Lorsque l'on souhaite que la pression et la température dans l'enceinte 2 prennent des valeurs prédéfinies tenant compte de la pression maximale admissible dans le réacteur, on ouvre l'obturateur 8, de manière à permettre à la vapeur d'eau de s'échapper via l'ouverture 7 pour gagner un condenseur du dispositif. La position de l'obturateur 8 peut être régulée jusqu'à ce que la pression dans l'enceinte devienne égale à la pression régnant dans le condenseur.
De manière à atteindre ces valeurs de température et de pression dans l'enceinte, on agit sur l'obturateur 8 de manière à ce que l'on se déplace le long du trajet B->C sur la figure 7. Le long de ce trajet B->C, la pression reste sensiblement constante tandis que la température augmente fortement jusqu'à atteindre 250 °C. La valeur de pression est dans l'exemple décrit sensiblement égale à 650 mbar le long de ce trajet B->C. Lorsque l'on se déplace le long de ce trajet B->C, l'obturateur 8 est dans une première position d'obturation correspondant à une section de passage SI dans l'ouverture 7.
Lors d'une étape ultérieure, on maintient la température constante tout en faisant diminuer la pression dans l'enceinte 2 jusqu'à ce qu'elle atteigne la pression dans le condenseur du dispositif, selon le trajet C->D. Lorsque l'on se déplace le long de ce trajet C->D, l'obturateur 8 est dans une deuxième position d'obturation correspondant à une section de passage S2 dans l'ouverture 7, S2 étant supérieure à SI . A l'issue de cette étape, la pression dans l'enceinte est de l'ordre de 300 mbar et la température y est d'environ 250 °C.
Selon une variante, la température maximale dans l'enceinte 2 est atteinte alors que l'on se déplace le long de la courbe de vapeur saturante selon le trajet A->B1. On agit alors ensuite sur l'obturateur 8 de manière à ce que la pression dans l'enceinte soit égale à celle dans le condenseur en ouvrant l'obturateur 8 puis en régulant sa position, de manière à ce que l'on suive le trajet Bl- >D. La pression dans l'enceinte est de l'ordre de 300 mbar et la température y est d'environ 250 °C selon cette variante également.
Lorsque l'on quitte la courbe de vapeur saturante, au-delà de Bl ou au-delà de B, le chauffage de la zéolite dans l'enceinte 2 s'effectue par conduction de proche en proche via la zéolite et par convection via la vapeur d'eau s'élevant dans l'enceinte 2 pour gagner l'ouverture 7.
L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits.
Le contenu des demandes de brevet français déposées par la Demanderesse et identifié ci- dessus est incorporé à la présente demande par référence. Le réacteur 1 qui vient d'être décrit et le procédé de régénération qui vient d'être décrit peuvent en effet être utilisés au sein de l'un quelconque des dispositifs de chauffage décrits dans ces demandes de brevet.
L'expression « comprenant un » doit être comprise comme synonyme de l'expression
« comprenant au moins un », sauf lorsque le contraire est spécifié.

Claims

Revendications
1. Procédé de régénération de la zéolite (Z) contenue dans l'enceinte (2) d'un réacteur (1), le réacteur (1) comprenant au moins une ouverture (7) permettant la communication fluidique entre l'enceinte (2) et l'extérieur de celle-ci, l'ouverture (7) étant munie d'un obturateur (8), de la zéolite (Z) saturée en eau reposant par gravité dans le fond de l'enceinte (2),
procédé dans lequel on chauffe l'enceinte (2) de manière à ce que l'eau soit expulsée d'une partie de la zéolite puis vaporisée, tout en obturant l'ouverture (7) de manière à réguler la pression dans l'enceinte (2) pour que la pression dans l'enceinte (2) permette à de l'eau s'y trouvant sous forme de vapeur de se condenser dans l'enceinte (2).
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on chauffe l'enceinte (2) à l'aide d'au moins une conduite (6) véhiculant un fluide de chauffage et disposée dans le fond de l'enceinte (2)·
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le réacteur (1) comprend un compartiment (5) dans lequel sont disposées la ou les conduites (6).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, le réacteur (1) étant embarqué sur un véhicule automobile comprenant un moteur thermique et l'enceinte (2) étant chauffée par les gaz d'échappement à l'échappement du moteur thermique.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant l'étape
ultérieure selon laquelle on agit sur l'obturateur (8) de manière à amener la pression et/ou la température dans l'enceinte (2) à des valeurs prédéfinies.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel on agit sur l'obturateur (8) pour augmenter la température dans l'enceinte (2) tout en conservant la même pression.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel on agit ensuite sur l'obturateur (8) pour que la pression dans l'enceinte (2) devienne égale à la pression dans un condenseur communiquant avec l'enceinte (2) via l'ouverture (7).
8. Réacteur (1) comprenant :
une enceinte (2) apte à recevoir de la zéolite (Z),
au moins une ouverture (7) permettant la communication fluidique entre l'enceinte (2) et l'extérieur de l'enceinte (2),
un obturateur (8) de l'ouverture (7), apte à interrompre sélectivement la
communication fluidique via ladite ouverture (7), et
une source chaude (6) disposée le long d'une paroi (4) de l'enceinte (2), la source chaude étant formée par au moins une conduite apte à véhiculer un fluide de chauffage, ladite source chaude permettant de régénérer la zéolite.
9. Réacteur selon la revendication 8, la source chaude (6) étant disposée le long de la paroi (4) de l'enceinte (2) à l'intérieur de celle-ci.
10. Réacteur selon la revendication 8, la source chaude (6) étant disposée le long de la paroi (4) à l'extérieur de celle-ci, dans un compartiment (5) extérieur à l'enceinte (2).
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