FR3153003A1 - Coaxial twin-screw rotor reactor for the thermochemical conversion of a carbonaceous material feedstock. - Google Patents
Coaxial twin-screw rotor reactor for the thermochemical conversion of a carbonaceous material feedstock. Download PDFInfo
- Publication number
- FR3153003A1 FR3153003A1 FR2309923A FR2309923A FR3153003A1 FR 3153003 A1 FR3153003 A1 FR 3153003A1 FR 2309923 A FR2309923 A FR 2309923A FR 2309923 A FR2309923 A FR 2309923A FR 3153003 A1 FR3153003 A1 FR 3153003A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- tank
- reactor
- rotor
- stator
- wall
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
- B01J6/00—Heat treatments such as Calcining; Fusing ; Pyrolysis
- B01J6/001—Calcining
- B01J6/002—Calcining using rotating drums
-
- 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
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
- B01J19/1812—Tubular reactors
-
- 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
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
- B01J19/1812—Tubular reactors
- B01J19/1843—Concentric tube
-
- 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
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
- B01J19/1868—Stationary reactors having moving elements inside resulting in a loop-type movement
-
- 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
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
- B01J19/1868—Stationary reactors having moving elements inside resulting in a loop-type movement
- B01J19/1875—Stationary reactors having moving elements inside resulting in a loop-type movement internally, i.e. the mixture circulating inside the vessel such that the upwards stream is separated physically from the downwards stream(s)
-
- 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
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
- B01J19/20—Stationary reactors having moving elements inside in the form of helices, e.g. screw reactors
-
- 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
- B01J6/00—Heat treatments such as Calcining; Fusing ; Pyrolysis
- B01J6/008—Pyrolysis reactions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
- C02F11/10—Treatment of sludge; Devices therefor by pyrolysis
-
- 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
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00051—Controlling the temperature
-
- 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
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00162—Controlling or regulating processes controlling the pressure
-
- 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
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00164—Controlling or regulating processes controlling the flow
- B01J2219/00166—Controlling or regulating processes controlling the flow controlling the residence time inside the reactor vessel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
- C02F11/12—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening
- C02F11/121—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening by mechanical de-watering
- C02F11/127—Treatment of sludge; Devices therefor by de-watering, drying or thickening by mechanical de-watering by centrifugation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
- C02F2103/26—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the processing of plants or parts thereof
- C02F2103/28—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the processing of plants or parts thereof from the paper or cellulose industry
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
- C02F2103/32—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the food or foodstuff industry, e.g. brewery waste waters
- C02F2103/322—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the food or foodstuff industry, e.g. brewery waste waters from vegetable oil production, e.g. olive oil production
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
- C02F2103/32—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the food or foodstuff industry, e.g. brewery waste waters
- C02F2103/325—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from the food or foodstuff industry, e.g. brewery waste waters from processes relating to the production of wine products
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
- C02F2201/002—Construction details of the apparatus
- C02F2201/004—Seals, connections
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Réacteur à rotor à double vis sans fin coaxiales pour la conversion thermochimique d’une charge de matière carbonée. L’invention consiste essentiellement en un réacteur, notamment de conversion thermochimique de matière carbonée, à partie tournante formant un rotor au sein d’une cuve cylindrique formant un élément de stator. Le rotor est sous la forme d’un cylindre creux dont chacune des parois intérieure et extérieure est filetée en formant une vis sans fin, la vis sans fin intérieure étant dans un sens opposé à celle extérieure, le cylindre étant monté coaxial à la cuve de stator et autour d’une paroi cylindrique centrale qui forme un autre élément de stator. Figure pour l’abrégé : fig.4 Coaxial twin-screw rotor reactor for the thermochemical conversion of a carbonaceous feedstock. The invention essentially consists of a reactor, particularly for the thermochemical conversion of carbonaceous material, with a rotating part forming a rotor within a cylindrical vessel forming a stator element. The rotor is in the form of a hollow cylinder, each of whose inner and outer walls is threaded to form a worm screw, the inner worm being in the opposite direction to the outer one, the cylinder being mounted coaxially with the stator vessel and around a central cylindrical wall that forms another stator element. For the abstract: Fig. 4
Description
La présente invention concerne le domaine des procédés chimiques et des réacteurs continus ou « batch » avec ouverture et fermeture des sas d’entrée pour maitriser les temps de séjours.The present invention relates to the field of chemical processes and continuous or “batch” reactors with opening and closing of inlet airlocks to control residence times.
Elle concerne plus particulièrement la conversion thermochimique de ressources organiques, c’est-à-dire de charges de matière carbonée.It concerns more particularly the thermochemical conversion of organic resources, that is to say of carbonaceous material loads.
Par « charge de matière carbonée », on entend ici et dans le cadre de l’invention toute matière contenant une quantité de carbone, en particulier toute matière carbonée de résidus.By “carbonaceous material load” is meant here and within the scope of the invention any material containing a quantity of carbon, in particular any carbonaceous material from residues.
Il peut donc s'agir de biomasse, c'est-à-dire tout matériau inhomogène d'origine végétale contenant du carbone, tel que de la biomasse ligno-cellulosique, des résidus forestiers ou agricoles (paille), qui peut être quasi-sec ou imbibé d'eau comme les déchets ménagers ou des déchets résultants de l’assainissement des eaux comme les boues de station d’épuration. La biomasse peut être choisie parmi le marc de raisin, des grignons d’olive, des tourteaux oléagineux, du lisier, des résidus de cultures comme des cosses, coquilles, coques, tiges, pulpe, etc., des déchets alimentaires, des déchets humides de l’industrie agroalimentaire ou un mélange de ceux-ci.It can therefore be biomass, i.e. any inhomogeneous material of plant origin containing carbon, such as lignocellulosic biomass, forest or agricultural residues (straw), which can be almost dry or soaked in water like household waste or waste resulting from water treatment such as sewage treatment plant sludge. The biomass can be chosen from grape marc, olive pomace, oilseed cakes, slurry, crop residues such as pods, shells, hulls, stems, pulp, etc., food waste, wet waste from the agri-food industry or a mixture of these.
Il peut aussi s'agir d'un combustible d'origine fossile, tel que le charbon.It can also be a fossil fuel, such as coal.
Il peut aussi s'agir de déchets combustibles d'origine industrielle, aussi appelés combustibles solides de récupération (CSR), en particulier de l’industrie agroalimentaire, contenant du carbone, tel que des matières plastiques ou des pneumatiques usagés, des huiles usagées, les solvants organiquesIt can also be combustible waste of industrial origin, also called solid recovered fuels (SRF), in particular from the agri-food industry, containing carbon, such as plastics or used tires, used oils, organic solvents
II peut aussi s'agir d'une combinaison de biomasse et de combustible d'origine fossile.It can also be a combination of biomass and fossil fuel.
Un réacteur selon l’invention est avantageusement mis en œuvre dans une installation de conversion thermochimique de ressources carbonées par carbonisation hydrothermale, pyrolyse ou torréfaction.A reactor according to the invention is advantageously implemented in a thermochemical conversion plant for carbon resources by hydrothermal carbonization, pyrolysis or roasting.
De manière plus générale, un réacteur selon l’invention peut être mis en œuvre dans de nombreuses applications, et tout particulièrement dans les domaines industriels de l'agroalimentaire, de la chimie, de l'énergie, dont le secteur pétrolier et le secteur des transports.More generally, a reactor according to the invention can be implemented in numerous applications, and particularly in the industrial fields of agri-food, chemistry, energy, including the oil sector and the transport sector.
Bien que décrite en référence à une application de conversion thermochimique de charges de matière carbonée, l’invention peut être mise en œuvre dans toutes applications du génie du procédé où les réacteurs dits agités, dans lesquels la composition est la même en tout point et à tout instant, sont une solution technologique envisageable et pour lesquels on vise une amélioration de la gestion du temps de séjour de la charge de matière carbonée en leur sein.Although described with reference to an application of thermochemical conversion of carbonaceous material charges, the invention can be implemented in all process engineering applications where so-called stirred reactors, in which the composition is the same at all points and at all times, are a conceivable technological solution and for which the aim is to improve the management of the residence time of the carbonaceous material charge within them.
En particulier, l’invention peut être appliquée dans le domaine de l’agroalimentaire.Technique antérieure In particular, the invention can be applied in the field of agri-food. Prior art
Bon nombre de procédés existants permettent de convertir par voie thermochimique une charge de matière carbonée en combustibles liquides (biocarburants, biochar), solides (granulés), et gazeux (biogaz, méthane, syngas, hydrogène).Many existing processes allow the thermochemical conversion of a carbonaceous material load into liquid (biofuels, biochar), solid (granules), and gaseous (biogas, methane, syngas, hydrogen) fuels.
Pour mettre en œuvre ces procédés, il est connu de mettre en œuvre une grande diversité de technologies de réacteurs chimiques, parmi lesquels on peut citer les réacteurs tubulaires à écoulement piston, à écoulement turbulent, à écoulement laminaire, les réacteurs parfaitement agités, les réacteurs parfaitement agités en cascade, ….To implement these processes, it is known to implement a wide variety of chemical reactor technologies, including tubular reactors with piston flow, turbulent flow, laminar flow, perfectly stirred reactors, perfectly stirred cascade reactors, etc.
Le choix des réacteurs s'effectue habituellement en fonction des paramètres de fonctionnement souhaités, notamment les temps de séjour.The choice of reactors is usually made according to the desired operating parameters, in particular residence times.
Dans les réacteurs existants, les temps de séjour de la matière ne sont pas toujours maitrisés, ce qui induit un produit de sortie inhomogène, certaines fractions n’étant pas assez converties et d’autres trop. Cela conduit à diminuer les performances des réacteurs par la perte de rendement.In existing reactors, material residence times are not always controlled, which leads to an inhomogeneous output product, with some fractions not being converted sufficiently and others too much. This leads to a reduction in reactor performance due to a loss of efficiency.
On peut ainsi citer le brevet EP3152166B1 qui divulgue un réacteur de traitement thermique, notamment par carbonisation hydrothermale, de boues chargées en matières organiques, qui présente une forme générale extérieure cylindrique à l’intérieur de laquelle est agencé un cylindre creux et un agitateur central de sorte que la matière injectée peut circuler entre les parois des cylindres intérieur et extérieur afin d’être recyclée et, à nouveau, d’être traitée thermiquement. Dans un tel réacteur, le temps de séjour de la matière n’est pas maîtrisé et le produit extrait en bas du réacteur n’est pas systématiquement homogène. De plus, pour certaines matières difficiles à déplacer selon leur viscosité et/ou tailles de particules, un tel réacteur peut présenter des risques de colmatage de la matière entre les parois des cylindres.We can thus cite patent EP3152166B1 which discloses a reactor for thermal treatment, in particular by hydrothermal carbonization, of sludge loaded with organic matter, which has a general cylindrical external shape inside which is arranged a hollow cylinder and a central agitator so that the injected material can circulate between the walls of the inner and outer cylinders in order to be recycled and, again, to be thermally treated. In such a reactor, the residence time of the material is not controlled and the product extracted at the bottom of the reactor is not systematically homogeneous. In addition, for certain materials which are difficult to move depending on their viscosity and/or particle sizes, such a reactor can present risks of clogging of the material between the walls of the cylinders.
Il est déjà connu des réacteurs fonctionnant avec des vis d’Archimède, aussi appelées vis sans fin, qui permettent une plus grande maîtrise du temps de séjour. Ils ont néanmoins pour inconvénient de nécessiter des longueurs importantes, générant des encombrements imposants et des pertes thermiques importantes (surface d’échange thermiques avec l’extérieur).Reactors operating with Archimedes screws, also called endless screws, are already known, which allow greater control of residence time. However, they have the disadvantage of requiring significant lengths, generating large dimensions and significant heat losses (heat exchange surface with the outside).
De plus, ces réacteurs ne permettent souvent pas un brassage important des matières à traiter thermiquement. Les rendements énergétiques de ces réacteurs ne sont donc pas optimaux.Furthermore, these reactors often do not allow for significant mixing of the materials to be thermally treated. The energy yields of these reactors are therefore not optimal.
Parmi ces réacteurs, on peut citer le brevet EP2484434B1 qui divulgue un réacteur de carbonisation hydrothermale en continu, dans lequel une pluralité de vis sans fin reliées les unes aux autres et synchronisées par des chaines et agencées pour convoyer et traiter thermiquement la matière carbonée. L’agencement des vis sans fin et leurs liaisons mécaniques rendent le réacteur encombrant et fragile mécaniquement.Among these reactors, we can cite patent EP2484434B1 which discloses a continuous hydrothermal carbonization reactor, in which a plurality of endless screws connected to each other and synchronized by chains and arranged to convey and thermally treat the carbonaceous material. The arrangement of the endless screws and their mechanical connections make the reactor bulky and mechanically fragile.
Le brevet EP1970431B1 décrit, quant à lui, une installation de carbonisation hydrothermale de biomasse, avec un réacteur de pression dans lequel un agitateur est agencé pour réaliser le transfert de matière dans un sens qui peut être vertical. Le réacteur avec un l’agitateur présente l’inconvénient de nécessiter une longueur importante pour atteindre les températures nécessaires au traitement thermique et à l’obtention d’un mélange homogène. Les pertes thermiques résultantes sont donc importantes.Patent EP1970431B1 describes a hydrothermal biomass carbonization plant, with a pressure reactor in which an agitator is arranged to transfer material in a direction that may be vertical. The reactor with an agitator has the disadvantage of requiring a significant length to reach the temperatures necessary for heat treatment and to obtain a homogeneous mixture. The resulting heat losses are therefore significant.
Il existe donc un besoin d’améliorer les réacteurs pour la conversion thermochimique d’une charge de matière carbonée afin de maîtriser le temps de séjour de cette charge, en palliant les inconvénients précités.There is therefore a need to improve reactors for the thermochemical conversion of a carbonaceous material charge in order to control the residence time of this charge, by overcoming the aforementioned drawbacks.
Le but de l’invention est de répondre au moins en partie à ce besoin.The aim of the invention is to meet at least part of this need.
Pour ce faire, l’invention concerne, sous l’un de ses aspects, un réacteur comprenant :To do this, the invention relates, in one of its aspects, to a reactor comprising:
- un stator délimité extérieurement par une cuve cylindrique d’axe central (Y) comprenant au moins une ouverture d’alimentation de la charge, une ouverture d’évacuation de la matière et une ouverture centrale, la cuve cylindrique logeant au moins une paroi cylindrique fixe, qui s’étend selon ou parallèlement à l’axe central (Y) et dont la hauteur est inférieure à celle de la cuve cylindrique;- a stator delimited externally by a cylindrical tank with a central axis (Y) comprising at least one charge supply opening, one material discharge opening and one central opening, the cylindrical tank housing at least one fixed cylindrical wall, which extends along or parallel to the central axis (Y) and whose height is less than that of the cylindrical tank;
- un rotor comprenant au moins un cylindre creux ouvert au moins partiellement à l’une de ses deux extrémités longitudinales dont la hauteur est inférieure à celle de la cuve cylindrique du rotor et comprenant, à l’autre de ses extrémités longitudinales, une plaque ajourée au centre de laquelle est fixé un arbre formant un moyeu, le cylindre creux étant muni sur sa périphérie intérieure d’un premier filet formant une première vis sans fin, et sur sa périphérie extérieure d’un deuxième filet formant une deuxième vis sans fin dont le sens d’enroulement est opposé à celui de la première vis ;- a rotor comprising at least one hollow cylinder open at least partially at one of its two longitudinal ends, the height of which is less than that of the cylindrical tank of the rotor and comprising, at the other of its longitudinal ends, an openwork plate in the center of which is fixed a shaft forming a hub, the hollow cylinder being provided on its inner periphery with a first thread forming a first worm screw, and on its outer periphery with a second thread forming a second worm screw whose winding direction is opposite to that of the first screw;
réacteur dans lequel le moyeu du rotor est logé de manière étanche et coaxiale dans l’ouverture centrale de la cuve cylindrique du stator de sorte qu’en fonctionnement, la rotation du rotor déplace, par l’une des première ou deuxième vis sans fin, la charge de matière alimentée par l’ouverture d’alimentation, dans un premier sens parallèle à l’axe central, jusqu’à l’extrémité longitudinale de la cuve du stator opposée à l’ouverture d’alimentation, pour y être retournée et déplacée, par l’autre des première ou deuxième vis sans fin dans un deuxième sens, opposé au premier sens, jusqu’à l’ouverture d’évacuation.reactor in which the rotor hub is housed in a sealed and coaxial manner in the central opening of the cylindrical stator tank so that in operation, the rotation of the rotor moves, by one of the first or second endless screws, the charge of material fed by the feed opening, in a first direction parallel to the central axis, to the longitudinal end of the stator tank opposite the feed opening, to be returned there and moved, by the other of the first or second endless screws in a second direction, opposite to the first direction, to the discharge opening.
Avantageusement, la paroi d’extrémité longitudinale de la cuve du stator contre laquelle la charge de matière est retournée est plate, ou présente une forme non plate adaptée pour un flux de matière, de préférence une forme de portion de tore faisant face, de préférence en étant centrée, au cylindre du rotor, pour orienter le flux de la charge d’une extrémité longitudinale d’une des première ou deuxième vis vers une extrémité longitudinale de l’autre des première ou deuxième vis.Advantageously, the longitudinal end wall of the stator tank against which the material charge is returned is flat, or has a non-flat shape suitable for a material flow, preferably a torus portion shape facing, preferably centered, the rotor cylinder, to direct the flow of the charge from one longitudinal end of one of the first or second screws to a longitudinal end of the other of the first or second screws.
Selon un mode de réalisation:According to one embodiment:
- la cuve de stator loge une seule paroi cylindrique fixe qui s’étend selon l’axe central ;- the stator tank houses a single fixed cylindrical wall which extends along the central axis;
- le rotor est constitué d’un seul cylindre creux ;- the rotor consists of a single hollow cylinder;
- le moyeu du rotor est agencé en regard de la seule paroi cylindrique fixe ;- the rotor hub is arranged opposite the single fixed cylindrical wall;
- l’une des ouvertures d’alimentation et d’évacuation est agencée dans une paroi d’extrémité longitudinale de la cuve, en regard de l’espace entre la seule paroi fixe du stator et l’intérieur du cylindre creux de rotor, tandis que l’autre des ouvertures d’alimentation et d’évacuation est agencée entre la paroi cylindrique fixe logée dans la cuve et la paroi latérale de la cuve.- one of the supply and discharge openings is arranged in a longitudinal end wall of the tank, opposite the space between the single fixed wall of the stator and the interior of the hollow rotor cylinder, while the other of the supply and discharge openings is arranged between the fixed cylindrical wall housed in the tank and the side wall of the tank.
Selon un mode de réalisation alternatif:According to an alternative embodiment:
- la cuve de stator loge plusieurs parois cylindriques fixes, concentriques, dont une qui s’étend selon l’axe central ;- the stator tank houses several fixed, concentric cylindrical walls, one of which extends along the central axis;
- le rotor est constitué d’une pluralité de cylindres creux concentriques reliés entre eux par l’une de leurs extrémités longitudinales par une plaque de fermeture;- the rotor consists of a plurality of concentric hollow cylinders connected to each other by one of their longitudinal ends by a closing plate;
- le moyeu du rotor est agencé en regard de la paroi cylindrique fixe qui s’étend selon l’axe central et chacune des autres parois cylindriques concentriques étant logée à l’intérieur d’un espace délimité par deux cylindre creux concentriques adjacents et de leur plaque de fermeture ;- the rotor hub is arranged opposite the fixed cylindrical wall which extends along the central axis and each of the other concentric cylindrical walls being housed inside a space delimited by two adjacent concentric hollow cylinders and their closing plate;
- l’une des ouvertures d’alimentation et d’évacuation est agencée dans une paroi d’extrémité longitudinale de la cuve en regard de l’espace entre la paroi cylindrique fixe centrale et l’intérieur du cylindre creux central de rotor; tandis que l’autre des ouvertures d’alimentation et d’évacuation est agencée entre la paroi cylindrique fixe logée le plus à l’extérieur de l’axe central dans la cuve et la paroi latérale de la cuve.- one of the feed and discharge openings is arranged in a longitudinal end wall of the tank opposite the space between the central fixed cylindrical wall and the interior of the central hollow rotor cylinder; while the other of the feed and discharge openings is arranged between the fixed cylindrical wall housed furthest from the central axis in the tank and the side wall of the tank.
Autrement dit, cet autre mode alternatif prévoit un rotor avec plusieurs étages de vis en série au sein d’une même cuve de stator.In other words, this other alternative mode provides a rotor with several stages of screws in series within the same stator tank.
Selon une variante de réalisation avantageuse, le réacteur comprend un dispositif de perte de charge variable dans l’ouverture d’évacuation de matière, de sorte à faire recirculer au moins une partie de la charge de matière au sein du réacteur avant son évacuation définitive. Ainsi, on peut prélever qu’une partie de charge de matière convertie et en refaire circuler une autre au sein du réacteur avant de l’évacuer.According to an advantageous embodiment, the reactor comprises a variable pressure drop device in the material discharge opening, so as to recirculate at least part of the material charge within the reactor before its final discharge. Thus, only part of the converted material charge can be taken and another part can be recirculated within the reactor before discharging it.
Selon une variante de réalisation avantageuse, le réacteur comprend au moins un bras de râblage fixé à l’intérieur de la cuve de stator, comprenant des dents de râblage fixées perpendiculairement au bras et adaptées pour râbler la matière en déplacement. Ainsi, les dents de râblage facilitent le transfert de matière au sein de la cuve de stator.According to an advantageous embodiment, the reactor comprises at least one raking arm fixed inside the stator tank, comprising raking teeth fixed perpendicular to the arm and adapted to rake the moving material. Thus, the raking teeth facilitate the transfer of material within the stator tank.
De préférence, selon cette variante, au moins un bras de râblage est agencé entre une extrémité longitudinale du rotor et une paroi d’extrémité longitudinale de la cuve.Preferably, according to this variant, at least one raking arm is arranged between a longitudinal end of the rotor and a longitudinal end wall of the tank.
De préférence encore, les dents de râblage sont agencées de sorte à déplacer la matière dans une direction radiale au-dessus et/ou au-dessous du rotor, selon un sens centrifuge ou centripète.More preferably, the raking teeth are arranged to move the material in a radial direction above and/or below the rotor, in a centrifugal or centripetal direction.
Dans le cas d’une mise en œuvre à la carbonisation hydrothermale, le réacteur peut présenter l’une et/ou l’autre des caractéristiques avantageuses de fonctionnement, comme suit :In the case of implementation by hydrothermal carbonization, the reactor can have one and/or other of the advantageous operating characteristics, as follows:
- la température de fonctionnement au sein de la cuve est comprise entre 100 et 300°C, de préférence entre 150 et 250°C,- the operating temperature within the tank is between 100 and 300°C, preferably between 150 and 250°C,
- la pression de fonctionnement au sein de la cuve est comprise entre 1 et 100 bars, de préférence entre 5 et 40 bars,- the operating pressure within the tank is between 1 and 100 bars, preferably between 5 and 40 bars,
- le débit de matière au sein de la cuve est compris 10 à 500 kg/heure.- the flow rate of material within the tank is between 10 and 500 kg/hour.
- le temps de séjour de la matière est compris entre 20min et 10 heures.- the residence time of the material is between 20 minutes and 10 hours.
Le réacteur comprend avantageusement des moyens de chauffage agencés à l’extérieur de la cuve de stator et/ou au sein de la cuve de stator et/ou à l’intérieur de la paroi cylindrique fixe du stator. En fonction de la configuration et/ou du type matière et de réaction thermochimique à mettre en œuvre, on peut agencer et adapter à souhait les moyens de chauffage requis pour la réaction.The reactor advantageously comprises heating means arranged outside the stator tank and/or within the stator tank and/or inside the fixed cylindrical wall of the stator. Depending on the configuration and/or the type of material and thermochemical reaction to be implemented, the heating means required for the reaction can be arranged and adapted as desired.
Avantageusement, les moyens de chauffage comprennent des colliers chauffants et/ou un circuit d’échange par fluide caloporteur et/ou en une ou plusieurs résistances électriques pour chauffage par effet Joule et/ou des moyens d’injection de fumées récupérées et/ou des moyens d’injection de vapeur.Advantageously, the heating means comprise heating collars and/or a heat transfer fluid exchange circuit and/or one or more electrical resistors for heating by Joule effect and/or means for injecting recovered fumes and/or means for injecting steam.
L’invention concerne également l’utilisation d’un réacteur tel que décrit précédemment, pour la conversion thermochimique d’une charge de matière carbonée, notamment la carbonisation hydrothermale, la pyrolyse ou la torréfaction de biomasse, de préférence présentant un taux de matière sèche initiale compris entre 1% et 50%.The invention also relates to the use of a reactor as described above, for the thermochemical conversion of a carbonaceous material feedstock, in particular hydrothermal carbonization, pyrolysis or torrefaction of biomass, preferably having an initial dry matter content of between 1% and 50%.
De manière plus générale, l’invention peut être envisagée dans les applications du génie du procédé où les réacteurs parfaitement agités sont une solution technologique envisageable et pour lesquels on vise une amélioration de la gestion du temps de séjour de la matière à traiter en leur sein.More generally, the invention can be considered in process engineering applications where perfectly stirred reactors are a possible technological solution and for which the aim is to improve the management of the residence time of the material to be treated within them.
Ainsi, l’invention consiste essentiellement en un réacteur, notamment de conversion thermochimique de matière carbonée, à partie tournante formant un rotor au sein d’une cuve cylindrique formant un élément de stator. Le rotor est sous la forme d’un cylindre creux dont chacune des parois intérieure et extérieure est filetée en formant une vis sans fin, la vis sans fin intérieure étant dans un sens opposé à celle extérieure, le cylindre étant monté coaxial à la cuve de stator et autour d’une paroi cylindrique centrale qui forme un autre élément de stator.Thus, the invention essentially consists of a reactor, in particular for the thermochemical conversion of carbonaceous material, with a rotating part forming a rotor within a cylindrical tank forming a stator element. The rotor is in the form of a hollow cylinder, each of the inner and outer walls of which is threaded to form a worm screw, the inner worm screw being in a direction opposite to the outer one, the cylinder being mounted coaxial with the stator tank and around a central cylindrical wall which forms another stator element.
La structure du réacteur ainsi proposée oblige la matière, lors du fonctionnement avec le rotor en rotation, à suivre un parcours défini entre le rotor et le stator, de telle sorte que la matière carbonée qui est convertie soit guidée et qu’elle ne puisse se déplacer que dans le sens défini par la rotation du rotor. Cela permet de résoudre le problème de l’homogénéité du temps de séjour de la matière selon l’état de l’art.The proposed reactor structure forces the material, when operating with the rotor rotating, to follow a defined path between the rotor and the stator, so that the carbonaceous material being converted is guided and can only move in the direction defined by the rotation of the rotor. This makes it possible to solve the problem of the homogeneity of the residence time of the material according to the state of the art.
De plus, la vitesse de rotation du rotor étant maitrisée et constante, la vitesse de déplacement de la matière au sein du réacteur est stable.In addition, since the rotor rotation speed is controlled and constant, the speed of movement of the material within the reactor is stable.
Autrement dit, l’invention permet de résoudre le problème de longueur des réacteurs à vis sans fin ou d’Archimède selon l’état de l’art et de pertes thermiques afférentes, du fait de la création d’un flux de matière aller et d’un flux de matière retour dans une même cuve.In other words, the invention makes it possible to solve the problem of the length of worm or Archimedes reactors according to the state of the art and the related thermal losses, due to the creation of a flow of outgoing material and a flow of returning material in the same tank.
L’invention permet de conjuguer le principe des vis sans fin ou d’Archimède et des cuves de réacteurs avec des rapports d’aspects longueur/diamètre arbitraires.The invention makes it possible to combine the principle of endless screws or Archimedes and reactor vessels with arbitrary length/diameter aspect ratios.
L’invention de par sa simplicité et sa faible vitesse de rotation, permet a priori de mettre un procédé de conversion thermochimique, de manière fiable et à moindre coût d’entretien.The invention, due to its simplicity and low rotation speed, makes it possible to implement a thermochemical conversion process reliably and at low maintenance costs.
Avec un dispositif de perte de charge variable au sein de l’ouverture d’évacuation de la matière, l’invention permet en outre un retraitement d’une partie de la matière au sein du réacteur, ce qui permet de décorréler le temps de séjour, de la vitesse de circulation de la matière au sein du réacteur.With a variable pressure drop device within the material discharge opening, the invention also allows reprocessing of part of the material within the reactor, which makes it possible to decorrelate the residence time from the circulation speed of the material within the reactor.
La distance séparant les parois du stator et du rotor peut être très faible, éventuellement être quasi-nulle si on dote les parois du stator d’un ou plusieurs bras de raclage avec ou sans dents. Le raclage peut par exemple être réalisé au moyen d’une ou plusieurs bandes en polymère résistant à des hautes températures. On peut ainsi ajouter une fonction de raclage et donc de limitations/suppressions de l’encrassement du réacteur. Ceci est particulièrement utile en cas de matière à convertir, qui présente une forte adhérence.The distance between the stator and rotor walls can be very small, or even almost zero if the stator walls are fitted with one or more scraper arms with or without teeth. Scraping can, for example, be achieved using one or more high-temperature-resistant polymer strips. This can add a scraping function and thus limit/suppress fouling of the reactor. This is particularly useful in the case of material to be converted that exhibits strong adhesion.
Selon une variante avantageuse, les moyens de chauffage peuvent être agencés notamment par un circuit de fluide caloporteur au sein de la ou des parois cylindriques fixes. Ainsi, la chaleur peut être injectée directement à l’intérieur de la cuve de réacteur, ce qui permet de limiter les pertes thermiques par les parois externes en contact avec l’environnement extérieur.According to an advantageous variant, the heating means can be arranged in particular by a heat transfer fluid circuit within the fixed cylindrical wall(s). Thus, the heat can be injected directly inside the reactor vessel, which makes it possible to limit heat losses through the external walls in contact with the external environment.
Dans la variante où la matière est injectée dans l’espace situé entre la paroi externe de la cuve de réacteur et la partie extérieure du rotor, la zone froide du réacteur se trouve sur la zone la plus à la périphérie, ce qui va dans le sens de limiter à son maximum les pertes thermiques. Par conséquent, un transfert maximal de chaleur a lieu pour chauffer la matière, la chauffe des parois externes de cuve étant quant à elle limitée.In the variant where the material is injected into the space between the outer wall of the reactor vessel and the outer part of the rotor, the cold zone of the reactor is located on the outermost zone, which helps to limit heat losses as much as possible. Consequently, maximum heat transfer takes place to heat the material, while the heating of the outer walls of the vessel is limited.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée d’exemples de mise en œuvre de l’invention faite à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures suivantes.Other advantages and characteristics of the invention will become more apparent upon reading the detailed description of examples of implementation of the invention given for illustrative and non-limiting purposes with reference to the following figures.
Dans l’ensemble de la demande, les termes « amont », « aval », « entrée », « sortie » sont à considérer par rapport au sens de circulation d’un flux de matière dans un réacteur selon l’invention.Throughout the application, the terms “upstream”, “downstream”, “inlet”, “outlet” are to be considered in relation to the direction of circulation of a flow of material in a reactor according to the invention.
Dans l’ensemble de la demande, les termes « inférieur », « supérieur », « au-dessus», « au-dessous», « intérieur », « extérieur », « interne », « externe » sont à considérer dans une configuration en fonctionnement d’un réacteur selon l’invention, agencé avec son axe central Y du stator à la verticale.Throughout the application, the terms "lower", "upper", "above", "below", "inner", "outer", "internal", "external" are to be considered in an operating configuration of a reactor according to the invention, arranged with its central axis Y of the stator vertical.
On a représenté en figures 1 à 3, un réacteur 1 selon l’invention et ses différents composants, destiné à mettre en œuvre une conversion thermochimique de matière carbonée. Il peut s’agir avantageusement d’une carbonisation hydrothermale, d’une pyrolyse ou d’une torréfaction d’une biomasse.Figures 1 to 3 show a reactor 1 according to the invention and its various components, intended to implement a thermochemical conversion of carbonaceous material. This may advantageously involve hydrothermal carbonization, pyrolysis or torrefaction of biomass.
Le réacteur 1 comprend un stator 2 dans lequel est agencé coaxialement monté en rotation et avec étanchéité un rotor 3.The reactor 1 comprises a stator 2 in which a rotor 3 is arranged coaxially, mounted in rotation and with sealing.
Le stator 2 est délimité extérieurement par une cuve cylindrique 20 d’axe central (Y) qui est percée d’une ouverture d’alimentation 21 de la charge de matière à convertir, d’une ouverture d’évacuation de la matière 22 et d’une ouverture centrale 23.The stator 2 is delimited externally by a cylindrical tank 20 with a central axis (Y) which is pierced with a feed opening 21 for the charge of material to be converted, a material discharge opening 22 and a central opening 23.
La cuve cylindrique 20 loge une paroi cylindrique fixe, qui s’étend selon l’axe central (Y) et dont la hauteur h est inférieure à la hauteur H de la cuve cylindrique.The cylindrical tank 20 houses a fixed cylindrical wall, which extends along the central axis (Y) and whose height h is less than the height H of the cylindrical tank.
Le rotor 3 comprend un cylindre creux ouvert 30 à ses deux extrémités longitudinales dont la hauteur H1 est inférieure à la hauteur H de la cuve cylindrique du rotor. Ainsi, en configuration montée du rotor 3 dans le stator 2, un espace E est dégagé entre au moins une des extrémités longitudinales du rotor 3 et une paroi d’extrémité 200 de la cuve 20 qui est en regard. Cet espace E constitue un espace de transfert et de retournement de la matière en circulation dans la cuve 20. Un espace E peut être ménagé dans le haut et/ou dans le bas de la cuve 20.The rotor 3 comprises a hollow cylinder 30 open at its two longitudinal ends, the height H1 of which is less than the height H of the cylindrical tank of the rotor. Thus, in the mounted configuration of the rotor 3 in the stator 2, a space E is cleared between at least one of the longitudinal ends of the rotor 3 and an end wall 200 of the tank 20 which is opposite. This space E constitutes a space for transferring and turning over the material circulating in the tank 20. A space E can be provided at the top and/or at the bottom of the tank 20.
Le cylindre creux 30 comprend à une des extrémités longitudinales, une plaque ajourée 31 au centre de laquelle est fixé un arbre 32 à moyeu 33. Ce moyeu d’entraînement 33 est monté avec étanchéité à travers l’ouverture centrale 23 de la cuve 20 du stator 2.The hollow cylinder 30 comprises at one of the longitudinal ends, an openwork plate 31 in the center of which is fixed a shaft 32 with hub 33. This drive hub 33 is mounted with sealing through the central opening 23 of the tank 20 of the stator 2.
Le cylindre creux 30 est muni sur sa périphérie intérieure d’un premier filet 34 formant une première vis sans fin, et sur sa périphérie extérieure d’un deuxième filet formant une deuxième vis sans fin 35 dont le sens d’enroulement est opposé à celui de la première vis.The hollow cylinder 30 is provided on its inner periphery with a first thread 34 forming a first endless screw, and on its outer periphery with a second thread forming a second endless screw 35 whose winding direction is opposite to that of the first screw.
Des moyens de chauffage, non représentés, sont agencés à l’extérieur de la cuve 20 de stator et/ou au sein de la cuve de stator et/ou à l’intérieur de la paroi cylindrique fixe 24 du stator.Heating means, not shown, are arranged outside the stator tank 20 and/or within the stator tank and/or inside the fixed cylindrical wall 24 of the stator.
Il peut s’agir de colliers chauffants autour de la cuve 20 et/ou un circuit d’échange par fluide caloporteur à l’intérieur de la paroi cylindrique fixe 24 et/ou en une ou plusieurs résistances électriques pour chauffage par effet Joule et/ou des moyens d’injection de fumées récupérées et/ou des moyens d’injection de vapeur au sein de la cuve 20. Le fait d’intégrer les moyens de chauffage dans la paroi cylindrique fixe 24 a pour avantage majeur d’injecter directement la chaleur nécessaire à la réaction de conversion thermochimique, à l’intérieur de la cuve 20, ce qui permet de limiter les pertes thermiques par les parois externes en contact avec l’environnement extérieur.These may be heating collars around the tank 20 and/or a heat transfer fluid exchange circuit inside the fixed cylindrical wall 24 and/or one or more electrical resistors for heating by Joule effect and/or means for injecting recovered fumes and/or means for injecting steam into the tank 20. Integrating the heating means into the fixed cylindrical wall 24 has the major advantage of directly injecting the heat necessary for the thermochemical conversion reaction, inside the tank 20, which makes it possible to limit heat losses through the external walls in contact with the external environment.
Le fonctionnement d’un réacteur 1 selon l’invention va maintenant être décrit en relation avec les figures 3 et 4.The operation of a reactor 1 according to the invention will now be described in relation to figures 3 and 4.
Les moyens de chauffage amènent l’intérieur de la cuve 20 à la température requise pour la conversion thermochimique visée. Typiquement, la température de fonctionnement au sein de la cuve 20 est comprise entre 100 et 300°C, de préférence entre 150 et 250°C.The heating means bring the interior of the tank 20 to the temperature required for the intended thermochemical conversion. Typically, the operating temperature within the tank 20 is between 100 and 300°C, preferably between 150 and 250°C.
La pression de fonctionnement au sein de la cuve est de préférence comprise entre 1 et 100 bars, de préférence entre 5 et 40 bars.The operating pressure within the tank is preferably between 1 and 100 bars, preferably between 5 and 40 bars.
Le rotor 3 est mis en rotation à l’intérieur de la cuve 20. La vitesse de rotation du rotor 3 est réglable, par exemple de 2 à 120 tr/min en fonction de divers paramètres, dont notamment les caractéristiques de la matière à convertir et les temps de séjour cibles au sein de la cuve 20.The rotor 3 is rotated inside the tank 20. The rotation speed of the rotor 3 is adjustable, for example from 2 to 120 rpm depending on various parameters, including in particular the characteristics of the material to be converted and the target residence times within the tank 20.
L’injection/l’alimentation de la matière à convertir M et le cas échéant d’eau est réalisée par l’ouverture 21 réalisée dans une paroi d’extrémité longitudinale 201 de la cuve 20. Le débit de matière à convertir au sein de la cuve est de préférence compris 10 à 500 kg/heure.The injection/feeding of the material to be converted M and, where appropriate, water is carried out through the opening 21 made in a longitudinal end wall 201 of the tank 20. The flow rate of material to be converted within the tank is preferably between 10 and 500 kg/hour.
En fonctionnement, la rotation du rotor 3 déplace, par la vis sans fin 35 extérieure, la charge de matière selon un premier sens parallèle à l’axe central (Y) (flèches vers le haut en figures 3 et 4), entre la cuve 20 et le cylindre creux 30 du rotor et ce jusqu’à l’extrémité longitudinale de la cuve 20 du stator opposée à l’ouverture d’alimentation, qui est délimitée par une plaque 200.In operation, the rotation of the rotor 3 moves, by the outer worm screw 35, the load of material in a first direction parallel to the central axis (Y) (upward arrows in figures 3 and 4), between the tank 20 and the hollow cylinder 30 of the rotor and this up to the longitudinal end of the tank 20 of the stator opposite the feed opening, which is delimited by a plate 200.
La matière est retournée au niveau de cette plaque 200 dans l’espace E (flèches courbes en figures 3 et 4) puis est déplacée, par la vis sans fin 34 intérieure dans un deuxième sens, opposé au premier sens (flèches vers le bas en figures 3 et 4), jusqu’à l’ouverture d’évacuation 22.The material is returned at the level of this plate 200 in space E (curved arrows in figures 3 and 4) then is moved, by the internal endless screw 34 in a second direction, opposite to the first direction (downward arrows in figures 3 and 4), to the discharge opening 22.
Ainsi, la rotation du rotor 3 fait transiter la matière M en conversion thermochimique dans un sens ascendant par la vis sans fin 35 tandis que l’autre vis sans fin 34 fait transiter la matière M dans le sens descendant. Grâce à ce transfert en sens opposés, on décorrèle le régime hydrodynamique du temps de parcours de la matière M au sein du réacteur, sans avoir à augmenter le volume de ce dernier.Thus, the rotation of rotor 3 causes the material M to transit in thermochemical conversion in an upward direction through the worm screw 35 while the other worm screw 34 causes the material M to transit in a downward direction. Thanks to this transfer in opposite directions, the hydrodynamic regime is decorrelated from the travel time of the material M within the reactor, without having to increase the volume of the latter.
Le temps de séjour de la matière est de préférence compris entre 20min et 10 heures.The residence time of the material is preferably between 20 minutes and 10 hours.
Le soutirage ou l’évacuation de la matière convertie thermochimiquement Mc et le cas échéant d’eau est réalisé par l’ouverture 22 réalisée dans la plaque 201.The withdrawal or evacuation of the thermochemically converted material Mc and, where appropriate, water is carried out through the opening 22 made in the plate 201.
La plaque 200 d’extrémité longitudinale de la cuve qui permet de faire le transfert de la matière M par retournement peut être de forme plate (
Dans les figures 1 à 5, le rotor 3 comprend un seul cylindre 30 qui est mis en rotation autour de la paroi cylindrique centrale 24.In Figures 1 to 5, the rotor 3 comprises a single cylinder 30 which is rotated around the central cylindrical wall 24.
On peut prévoir d’agencer un rotor 3 à plusieurs étages de cylindres à vis sans fin, en série au sein d’une même cuve 20 de stator.It is possible to arrange a rotor 3 with several stages of worm screw cylinders, in series within the same stator tank 20.
Ainsi, comme illustré à la
Une paroi fixe supplémentaire 25 est agencée dans la cuve 20 et de manière concentrique à la paroi centrale 24.An additional fixed wall 25 is arranged in the tank 20 and concentrically to the central wall 24.
Le rotor 3 est donc monté dans la cuve 20 de sorte que le cylindre creux central 30 est coaxial à la paroi centrale fixe 24, la paroi cylindrique supplémentaire 25 étant agencée entre les deux cylindres 30, 36 concentriques du rotor 3.The rotor 3 is therefore mounted in the tank 20 so that the central hollow cylinder 30 is coaxial with the fixed central wall 24, the additional cylindrical wall 25 being arranged between the two concentric cylinders 30, 36 of the rotor 3.
Ainsi, la matière M, injectée dans l’ouverture 21 sur la paroi d’extrémité du dessus 200 de la cuve 20 est déplacée par la vis sans fin intérieure 34 du cylindre 30 en bas jusqu’à traverser sa plaque ajourée 31. Puis elle est retournée par la paroi d’extrémité du dessous 201 de la cuve 20 pour être déplacer dans le sens ascendant par la vis sans fin extérieure 35 du cylindre 30 jusque dans l’espace entre le haut de la paroi fixe supplémentaire 25 et la paroi de liaison 39 dans lequel elle est retournée.Thus, the material M, injected into the opening 21 on the end wall of the top 200 of the tank 20 is moved by the inner endless screw 34 of the cylinder 30 at the bottom until it passes through its perforated plate 31. Then it is returned by the end wall of the bottom 201 of the tank 20 to be moved in the upward direction by the outer endless screw 35 of the cylinder 30 into the space between the top of the additional fixed wall 25 and the connecting wall 39 in which it is returned.
La vis sans fin intérieure 37 du cylindre supplémentaire 36 transfert alors la matière dans un sens descendant jusqu’à la paroi d’extrémité du dessous 201 de la cuve 20 où elle peut être évacué par l’ouverture d’évacuation 25.The inner worm 37 of the additional cylinder 36 then transfers the material in a downward direction to the bottom end wall 201 of the tank 20 where it can be discharged through the discharge opening 25.
Un dispositif 4 de perte de charge variable dans l’ouverture d’évacuation 22 peut être prévu. Ce dispositif 4 permet de gérer éventuellement les proportions du flux de matière qui peut recirculer à l’intérieur ou être évacué de la cuve 20. Autrement dit, ce dispositif 4 permet de faire recirculer au moins une partie de la charge de matière M au sein du réacteur avant son évacuation définitive. Comme illustré à la
Un bras de râblage 5 à dents de râblage 50 peut être intégré à l’intérieur de la cuve 20. De préférence, les dents de râblage 50 sont agencées en bas et en haut de l’intérieur de la cuve 20, avec une inclinaison adaptée de manière à permettre un transfert de la matière dans la direction radiale de la cuve 20 et de préférence dans des sens en fonction de la configuration du réacteur 1. Comme montré en
La
Dans cette simulation, chaque réacteur est alimenté par un flux de matière constant en débit, assez visqueux (le fluide modèle considéré est de la boue, dont le comportement est décrit au travers du modèle d’Herschel-Bulkley), et à température fixe.In this simulation, each reactor is fed by a constant flow of material, fairly viscous (the model fluid considered is sludge, the behavior of which is described through the Herschel-Bulkley model), and at a fixed temperature.
La simulation a consisté à générer un pulse de température en entrée sur un temps faible comparé au temps de présence moyen τ dans la cuve de réacteur, i.e. évalué comme le rapport du volume de la cuve par rapport au débit volumique de la charge.The simulation consisted of generating a temperature pulse at the inlet over a short time compared to the average presence time τ in the reactor vessel, i.e. evaluated as the ratio of the volume of the vessel to the volume flow rate of the load.
Dans la simulation, la durée d’un pulse en entrée est environ égale à 0,2 τ.In the simulation, the duration of an input pulse is approximately equal to 0.2 τ.
La température a été enregistrée en sortie.The temperature was recorded at the outlet.
La réponse en sortie du réacteur selon l’état de l’art correspond aux données de la littérature, et notamment un important étalement temporel du signal. La réponse modélisée d’un réacteur selon l’invention montre une probabilité d’étalement du temps de présence plus restreinte (sortie e1 ou e2) que celle de l’état de l’art. Cette probabilité de temps e1 ou e2 est dépendante de divers paramètres, notamment des fuites potentielles entre le rotor 3 et le stator 2.The output response of the reactor according to the state of the art corresponds to the data in the literature, and in particular a significant time spread of the signal. The modeled response of a reactor according to the invention shows a more restricted probability of spread of the presence time (output e1 or e2) than that of the state of the art. This probability of time e1 or e2 is dependent on various parameters, in particular potential leaks between the rotor 3 and the stator 2.
L’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits; on peut notamment combiner entre elles des caractéristiques des exemples illustrés au sein de variantes non illustrées.The invention is not limited to the examples which have just been described; in particular, it is possible to combine characteristics of the examples illustrated within non-illustrated variants.
D’autres variantes et améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l’invention.Other variations and improvements may be envisaged without departing from the scope of the invention.
Claims (15)
- un stator (2) délimité extérieurement par une cuve cylindrique (20) d’axe central (Y) comprenant une ouverture d’alimentation d’une charge de matière, une ouverture d’évacuation de la matière et une ouverture centrale, la cuve cylindrique logeant au moins une paroi cylindrique fixe, qui s’étend selon ou parallèlement à l’axe central (Y) et dont la hauteur est inférieure à celle de la cuve cylindrique;
- un rotor comprenant au moins un cylindre creux ouvert au moins partiellement à l’une de ses deux extrémités longitudinales dont la hauteur est inférieure à celle de la cuve cylindrique du rotor et comprenant, à l’autre de ses extrémités longitudinales, une plaque ajourée au centre de laquelle est fixé un arbre formant un moyeu, le cylindre creux étant muni sur sa périphérie intérieure d’un premier filet formant une première vis sans fin, et sur sa périphérie extérieure d’un deuxième filet formant une deuxième vis sans fin dont le sens d’enroulement est opposé à celui de la première vis ;
- a stator (2) delimited externally by a cylindrical tank (20) with a central axis (Y) comprising an opening for feeding a load of material, an opening for discharging the material and a central opening, the cylindrical tank housing at least one fixed cylindrical wall, which extends along or parallel to the central axis (Y) and the height of which is less than that of the cylindrical tank;
- a rotor comprising at least one hollow cylinder open at least partially at one of its two longitudinal ends, the height of which is less than that of the cylindrical tank of the rotor and comprising, at the other of its longitudinal ends, an openwork plate in the center of which is fixed a shaft forming a hub, the hollow cylinder being provided on its inner periphery with a first thread forming a first worm screw, and on its outer periphery with a second thread forming a second worm screw whose winding direction is opposite to that of the first screw;
- la cuve de stator loge une seule paroi cylindrique fixe qui s’étend selon l’axe central ;
- le rotor est constitué d’un seul cylindre creux ;
- le moyeu du rotor est agencé en regard de la seule paroi cylindrique fixe ;
- l’une des ouvertures d’alimentation et d’évacuation est agencée dans une paroi d’extrémité longitudinale de la cuve, en regard de l’espace entre la seule paroi fixe du stator et l’intérieur du cylindre creux de rotor, tandis que l’autre des ouvertures d’alimentation et d’évacuation est agencée entre la paroi cylindrique fixe logée dans la cuve et la paroi latérale de la cuve.Reactor (1) according to one of claims 1 or 2, in which:
- the stator tank houses a single fixed cylindrical wall which extends along the central axis;
- the rotor consists of a single hollow cylinder;
- the rotor hub is arranged opposite the single fixed cylindrical wall;
- one of the feed and discharge openings is arranged in a longitudinal end wall of the tank, opposite the space between the single fixed wall of the stator and the interior of the hollow rotor cylinder, while the other of the feed and discharge openings is arranged between the fixed cylindrical wall housed in the tank and the side wall of the tank.
- la cuve de stator loge plusieurs parois cylindriques fixes, concentriques, dont une qui s’étend selon l’axe central ;
- le rotor est constitué d’une pluralité de cylindres creux concentriques reliés entre eux par l’une de leurs extrémités longitudinales par une plaque de fermeture;
- le moyeu du rotor est agencé en regard de la paroi cylindrique fixe qui s’étend selon l’axe central et chacune des autres parois cylindriques concentriques étant logée à l’intérieur d’un espace délimité par deux cylindres creux concentriques adjacents et de leur plaque de fermeture ;
- l’une des ouvertures d’alimentation et d’évacuation est agencée dans une paroi d’extrémité longitudinale de la cuve en regard de l’espace entre la paroi cylindrique fixe centrale et l’intérieur du cylindre creux central de rotor; tandis que l’autre des ouvertures d’alimentation et d’évacuation est agencée entre la paroi cylindrique fixe logée le plus à l’extérieur de l’axe central dans la cuve et la paroi latérale de la cuve.Reactor (1) according to one of claims 1 or 2, in which:
- the stator tank houses several fixed, concentric cylindrical walls, one of which extends along the central axis;
- the rotor consists of a plurality of concentric hollow cylinders connected to each other by one of their longitudinal ends by a closing plate;
- the rotor hub is arranged opposite the fixed cylindrical wall which extends along the central axis and each of the other concentric cylindrical walls being housed inside a space delimited by two adjacent concentric hollow cylinders and their closing plate;
- one of the feed and discharge openings is arranged in a longitudinal end wall of the tank opposite the space between the central fixed cylindrical wall and the interior of the central hollow rotor cylinder; while the other of the feed and discharge openings is arranged between the fixed cylindrical wall housed furthest from the central axis in the tank and the side wall of the tank.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2309923A FR3153003A1 (en) | 2023-09-19 | 2023-09-19 | Coaxial twin-screw rotor reactor for the thermochemical conversion of a carbonaceous material feedstock. |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2309923 | 2023-09-19 | ||
| FR2309923A FR3153003A1 (en) | 2023-09-19 | 2023-09-19 | Coaxial twin-screw rotor reactor for the thermochemical conversion of a carbonaceous material feedstock. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3153003A1 true FR3153003A1 (en) | 2025-03-21 |
Family
ID=89661533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2309923A Pending FR3153003A1 (en) | 2023-09-19 | 2023-09-19 | Coaxial twin-screw rotor reactor for the thermochemical conversion of a carbonaceous material feedstock. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3153003A1 (en) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US612181A (en) * | 1898-10-11 | Harry spurrier | ||
| US2367149A (en) * | 1940-08-27 | 1945-01-09 | Gulf Oil Corp | Grease manufacturing apparatus |
| US3567402A (en) * | 1964-11-02 | 1971-03-02 | Phillips Petroleum Co | Reactor with axially disposed heated tube with valve |
| US3607121A (en) * | 1969-12-19 | 1971-09-21 | Allied Chem | Rotary furnace having recycle provision |
| US3877881A (en) * | 1968-10-08 | 1975-04-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Reactors for highly viscous materials |
| US4007016A (en) * | 1975-03-06 | 1977-02-08 | The Bethlehem Corporation | Continuous-flow reactor for high viscosity materials |
| DD294428A5 (en) * | 1990-05-21 | 1991-10-02 | Buna Ag,De | RUHRKESSELREAKTOR FOR THE PRODUCTION HIGH VISCOSER POLYMERER |
| EP1970431B1 (en) | 2007-03-13 | 2016-09-07 | Loritus GmbH | Method and device for hydrothermal carbonisation of biomass |
| EP3152166B1 (en) | 2015-06-05 | 2018-09-19 | Suez International | Hydrothermal carbonization reactor with optimised sludge and steam mixing |
| EP2484434B1 (en) | 2011-02-05 | 2019-10-23 | GRENOL IP GmbH | Continuous hydrothermal carbonization reactor |
| CN115155501A (en) * | 2022-09-06 | 2022-10-11 | 山东蓝天消毒科技有限公司 | Improved generation dichloro isocyanuric acid sodium processing equipment |
-
2023
- 2023-09-19 FR FR2309923A patent/FR3153003A1/en active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US612181A (en) * | 1898-10-11 | Harry spurrier | ||
| US2367149A (en) * | 1940-08-27 | 1945-01-09 | Gulf Oil Corp | Grease manufacturing apparatus |
| US3567402A (en) * | 1964-11-02 | 1971-03-02 | Phillips Petroleum Co | Reactor with axially disposed heated tube with valve |
| US3877881A (en) * | 1968-10-08 | 1975-04-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Reactors for highly viscous materials |
| US3607121A (en) * | 1969-12-19 | 1971-09-21 | Allied Chem | Rotary furnace having recycle provision |
| US4007016A (en) * | 1975-03-06 | 1977-02-08 | The Bethlehem Corporation | Continuous-flow reactor for high viscosity materials |
| DD294428A5 (en) * | 1990-05-21 | 1991-10-02 | Buna Ag,De | RUHRKESSELREAKTOR FOR THE PRODUCTION HIGH VISCOSER POLYMERER |
| EP1970431B1 (en) | 2007-03-13 | 2016-09-07 | Loritus GmbH | Method and device for hydrothermal carbonisation of biomass |
| EP2484434B1 (en) | 2011-02-05 | 2019-10-23 | GRENOL IP GmbH | Continuous hydrothermal carbonization reactor |
| EP3152166B1 (en) | 2015-06-05 | 2018-09-19 | Suez International | Hydrothermal carbonization reactor with optimised sludge and steam mixing |
| CN115155501A (en) * | 2022-09-06 | 2022-10-11 | 山东蓝天消毒科技有限公司 | Improved generation dichloro isocyanuric acid sodium processing equipment |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2776539B1 (en) | Reactor for grinding and roasting biomass, biomass processing system and facility incorporating such a reactor, and associated method | |
| EP3152167B1 (en) | Hydrothermal carbonization method and device with optimised sludge and steam mixing | |
| EP2435533B1 (en) | Novel method for pyrogasification of organic waste | |
| EP0038759A1 (en) | Plant for producing combustible gases by fermentation | |
| EP2673075B1 (en) | Device for the continuous treatment of at least one raw material, treatment installation and use of such a device | |
| FR2964114A1 (en) | SYSTEM AND METHOD FOR GASIFYING BIOMASS PRODUCTS | |
| CA3119406A1 (en) | Method for cleaning a reactor for processing a lignocellulosic biomass | |
| WO2020126311A1 (en) | Tubular reactor having a conveyor screw | |
| EP3856870B1 (en) | Multi-shelf furnace comprising arms bearing rabble teeth of optimized profile, application to the roasting of biomass | |
| FR3153003A1 (en) | Coaxial twin-screw rotor reactor for the thermochemical conversion of a carbonaceous material feedstock. | |
| FR2601380A1 (en) | Process and device for the continuous manufacture of mixed fuels based on organic matter and on hydrocarbon matter | |
| EP3173459A1 (en) | Quick-pyrolysis reactor of organic particles of biomass with counter-current injection of hot gases | |
| FR3137381A1 (en) | Injection device for a salt separator, of the type with a surface scraped by at least one rotor rotating in a heating envelope, Salt separator and associated biomass gasification installation. | |
| EP4551307A1 (en) | Scraped-surface salt separator with a scraper plate which slides into a precipated-salt resolubilization zone and associated biomass gasification facility | |
| EP4019871B1 (en) | Multiple hearth furnace including curved arms, application to the roasting of biomass | |
| WO2024008756A1 (en) | Integrated salt separator, comprising a hollow worm and balls forming salts precipitation and discharge supports, associated biomass gasification facility | |
| WO2024008757A1 (en) | Salt separator comprising a deformable porous structure forming a support for precipitation and discharge of salts, associated biomass gasification facility | |
| CA3039727C (en) | Device for producing dihydrogen, method for producing dihydrogen using such a device and use of such a device | |
| FR3137380A1 (en) | Surface type salt separator scraped by a sliding scraping plate to a resolubilization zone of the precipitated salts, Associated biomass gasification installation. | |
| EP4212606B1 (en) | Biomass gasification process | |
| FR2955175A1 (en) | Furnace for roasting biomass load to produce e.g. biofuels, has extraction unit extracting gas, another extraction unit extracting roasted biomass, and biomass load introducing unit introducing biomass load into cylindrical turning element | |
| FR2983203A1 (en) | TREATMENT PLANT COMPRISING A THERMOLYSIS REACTOR | |
| FR3044940B1 (en) | INCINERATION INSTALLATION OF WASTE | |
| FR3153612A1 (en) | Continuous thermochemical treatment device | |
| FR3157417A1 (en) | Thermal conversion reactor for converting plastics into synthesis gases condensable into plastic oils |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20250321 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |