FR3155534A1 - Réacteur de pyrolyse à réseau fluidique intégré - Google Patents

Abstract

Réacteur (2) de pyrolyse intégrant un conduit d’entrée (34) et un conduit de sortie (31) configurés pour autoriser un transfert de chaleur d’un flux de gaz d’entrée (G2) circulant dans conduit d’entrée (34) à un flux de gaz de sortie (G6) circulant dans le conduit de sortie (31). Installation et procédé de pyrolyse mettant en œuvre un tel réacteur (2). Figure pour l’abrégé : Fig. 2

Description

Réacteur de pyrolyse à réseau fluidique intégré

L’invention se rapporte au domaine des techniques de pyrolyse.

L’invention présente un intérêt particulier, nullement limitatif, pour traiter par pyrolyse une biomasse telle que du bois afin de fabriquer du charbon de bois à l’échelle industrielle.

État de la technique antérieure

Le brevet délivré sous le numéro EP2285935 divulgue une installation de pyrolyse ayant un réacteur prévu pour transformer, notamment, une charge de bois en charbon de bois, sous l’action d’un flux de gaz qui la traverse.

Ce flux de gaz est typiquement un gaz de synthèse, communément appelé « syngaz », qui est essentiellement composé de molécules incondensables. Le gaz de synthèse est injecté dans le réacteur à une température très élevée, qui est typiquement comprise entre 800°C et 1100°C.

En phase de pyrolyse, le flux de gaz sortant du réacteur après avoir traversé la charge a une concentration relativement importante en gaz de pyrolyse et une température relativement basse.

Les inventeurs ont constaté que des molécules présentes dans les gaz de pyrolyse tendent à encrasser le réseau fluidique du réacteur, en particulier en sortie du réacteur.

L’invention a notamment pour objectif d’améliorer le fonctionnement d’un tel réacteur et d’une installation de pyrolyse comprenant un tel réacteur.

À cet effet, l’invention a pour objet un réacteur de traitement par pyrolyse d’un intrant tel que du bois pour fabriquer un extrant tel que du charbon de bois, le réacteur comprenant une chambre destinée à recevoir une charge dudit intrant. Selon l’invention, le réacteur comprend une ou plusieurs parois qui délimitent un conduit d’entrée configuré pour pouvoir introduire un flux de gaz d’entrée dans la chambre et un conduit de sortie configuré pour pouvoir extraire de la chambre un flux de gaz de sortie, une ou plusieurs desdites parois étant configurées pour autoriser un transfert de chaleur du flux de gaz d’entrée au flux de gaz de sortie.

Une partie de la chaleur du flux de gaz d’entrée peut ainsi être transférée au flux de gaz de sortie par l’intermédiaire d’une ou plusieurs desdites parois qui délimitent les conduits d’entrée et de sortie.

L’invention permet ainsi de réduire le risque d’encrassement par condensation sur la ou les parois formant le conduit de sortie, ce qui permet d’améliorer le fonctionnement du réacteur et d’une installation de pyrolyse comportant un tel réacteur.

De plus, un tel transfert de chaleur permet de préchauffer ledit flux de gaz de sortie. Cela permet aussi d’améliorer le fonctionnement d’une telle installation et/ou de réduire sa consommation énergétique, notamment lorsque le flux de gaz de sortie est dilué avec un gaz de synthèse pour former ledit flux de gaz d’entrée et/ou lorsque le flux de gaz de sortie est acheminé vers un module de combustion pour former ledit gaz de synthèse.

Dans un mode de réalisation, ladite ou lesdites parois sont configurées de sorte que le conduit d’entrée et le conduit de sortie s’étendent l’un autour de l’autre, en particulier radialement l’un à l’extérieur de l’autre.

Selon une première variante de réalisation, qui constitue un mode de réalisation préféré nullement limitatif, l’une desdites parois délimite le conduit d’entrée radialement vers l’intérieur et le conduit de sortie radialement vers l’extérieur.

Autrement dit, selon cette première variante, le conduit d’entrée, ou une partie de celui-ci, peut s’étendre radialement à l’extérieur du conduit de sortie, ou d’une partie de celui-ci.

Selon une deuxième variante de réalisation, l’une desdites parois délimite le conduit d’entrée radialement vers l’extérieur et le conduit de sortie radialement vers l’intérieur.

Autrement dit, selon cette deuxième variante, le conduit d’entrée, ou une partie de celui-ci, peut s’étendre radialement à l’intérieur du conduit de sortie, ou d’une partie de celui-ci.

Dans un mode de réalisation, une partie au moins du conduit d’entrée s’étend autour d’un axe.

Dans le cadre de ladite première variante de réalisation, le conduit d’entrée ou une partie de celui-ci peut ainsi s’étendre autour de cet axe, radialement à l’extérieur du conduit de sortie.

Alternativement, dans le cadre de ladite deuxième variante de réalisation, le conduit d’entrée ou une partie de celui-ci peut s’étendre autour de cet axe, radialement à l’intérieur du conduit de sortie.

Dans un mode de réalisation – notamment mais non limitativement dans le cadre de ladite première variante de réalisation, la chambre comprend une partie configurée pour s’étendre autour dudit axe radialement à l’extérieur de la charge, le conduit d’entrée étant agencé pour pouvoir introduire ledit flux de gaz d’entrée dans cette partie de la chambre.

Autrement dit, le conduit d’entrée peut déboucher dans la chambre de manière à suivre un contour de la chambre et/ou de la charge.

Une telle configuration permet d’améliorer la distribution de gaz dans la chambre et par suite le fonctionnement du réacteur.

Le réacteur peut en outre être agencé de sorte que ce flux de gaz ainsi introduit dans la chambre puisse être déplacé dans la chambre dans un premier sens le long dudit axe radialement à l’extérieur de la charge puis dans un deuxième sens le long dudit axe à travers la charge.

Avant de traverser la charge, le flux de gaz introduit dans la chambre peut ainsi y être déplacé en-dehors de la charge de manière à céder une partie de sa chaleur à la charge et/ou à une structure de type panier amovible qui reçoit la charge, ce qui permet d’améliorer la répartition des températures dans la charge en favorisant l’homogénéité des réactions de pyrolyse, et d’améliorer ainsi la qualité de l’extrant.

Dans un mode de réalisation, ledit axe est un premier axe, le conduit de sortie s’étendant autour d’un deuxième axe parallèle au premier axe.

Autrement dit, les conduits d’entrée et de sortie peuvent être excentrés l’un par rapport à l’autre.

Cela permet notamment de dégager un espace dans lequel peuvent être disposés des composants du réacteur tels que, de manière non limitative, un ou plusieurs registres et/ou un conduit de contournement.

Dans un mode de réalisation, le réacteur comprend :

• une première partie qui forme le conduit d’entrée et le conduit de sortie,
• une deuxième partie qui forme la chambre.

Ces parties peuvent être agencées de différentes manières l’une par rapport à l’autre, incluant les alternatives décrites ci-après.

Selon une première alternative, qui constitue un mode de réalisation préféré, la première partie forme une base du réacteur qui supporte la deuxième partie.

Selon une deuxième alternative de réalisation, la deuxième partie forme une base du réacteur qui supporte la première partie.

Dans ces deux alternatives, la première partie et la deuxième partie peuvent ainsi être empilées l’une sur l’autre, de préférence verticalement.

Bien entendu, la première partie et la deuxième partie peuvent être reliées l’une à l’autre selon tout autre agencement, par exemple latéralement.

Dans un mode de réalisation, la deuxième partie forme une cloche amovible.

La cloche peut notamment être configurée pour être maintenue en appui sur la première partie sous l’action de sa propre masse, en particulier dans le cadre de ladite première alternative de réalisation.

Une cloche amovible permet d’une part de simplifier les opérations de montage, de contrôle, d’entretien et de maintenance et, d’autre part, d’augmenter la sécurité du réacteur.

Dans un mode de réalisation, ladite première partie du réacteur comprend un mélangeur configuré pour établir une communication fluidique entre plusieurs conduits choisis dans une liste incluant :

• le conduit d’entrée et/ou un conduit en communication fluidique avec le conduit d’entrée,
• le conduit de sortie et/ou un conduit en communication fluidique avec le conduit de sortie.

Dans un mode de réalisation, ladite liste comprend un conduit d’injection configuré pour introduire ledit flux de gaz d’entrée dans le réacteur.

Dans un mode de réalisation, ladite liste comprend un conduit de contournement configuré pour prélever de la chambre une partie dudit flux de gaz d’entrée préalablement introduite dans la chambre et l’extraire de la chambre en contournant la charge.

Dans un mode de réalisation, le réacteur comprend un organe de circulation de gaz configuré pour aspirer un flux de gaz intermédiaire dans un conduit intermédiaire et le refouler vers une entrée du conduit d’entrée.

Ladite entrée du conduit d’entrée peut être formée par une ou plusieurs ouvertures s’étendant radialement à l’extérieur d’une extrémité de sortie du conduit intermédiaire.

Il est préféré que ladite première partie du réacteur intègre ledit organe de circulation de gaz et/ou ledit conduit intermédiaire.

Dans un mode de réalisation, le réacteur comprend une paroi de guidage s’étendant radialement à l’extérieur de l’extrémité de sortie du conduit intermédiaire.

Le réacteur est de préférence configuré de sorte que le flux de gaz intermédiaire aspiré par l’organe de circulation de gaz circule dans l’extrémité de sortie du conduit intermédiaire suivant un premier sens d’écoulement et que le flux de gaz intermédiaire refoulé par l’organe de circulation de gaz soit redirigé, de préférence en étant guidé par ladite paroi de guidage, vers l’entrée du conduit d’entrée suivant un deuxième sens d’écoulement opposé au premier sens d’écoulement.

Dans un mode de réalisation, la paroi de guidage a une géométrie tronconique ou évasée.

La paroi de guidage peut former tout ou partie d’une volute de l’organe de circulation de gaz.

Un tel organe de circulation de gaz et une telle paroi de guidage permettent de réduire l’encombrement du réacteur et en particulier, dans certains modes de réalisation, de ladite première partie du réacteur.

De manière générale, l’invention permet d’intégrer au sein de la structure du réacteur, par exemple au sein de sa base, des composants ou équipements assurant son fonctionnement, incluant en particulier un réseau fluidique formé par les conduits d’entrée et de sortie dont l’agencement permet d’améliorer le fonctionnement du réacteur.

L’invention a aussi pour objet une installation de traitement d’un intrant tel que du bois pour fabriquer un extrant tel que du charbon de bois, comprenant un ou plusieurs réacteurs tels que celui défini ci-dessus.

Selon un autre aspect, l’invention a aussi pour objet un procédé de traitement d’un intrant tel que du bois pour fabriquer un extrant tel que du charbon de bois à l’aide d’un réacteur tel que défini ci-dessus et/ou d’une installation telle que définie ci-dessus.

Afin de mettre en œuvre un cycle de pyrolyse, le procédé peut notamment comprendre une introduction dans la chambre du réacteur d’un flux de gaz d’entrée par le conduit d’entrée et une extraction de la chambre du réacteur d’un flux de gaz de sortie par le conduit de sortie.

D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée, non limitative, qui suit.

La description détaillée qui suit fait référence aux dessins annexés sur lesquels :

• FIG. 1est une vue schématique d’une installation de pyrolyse conforme à l’invention ;
• FIG. 2est une vue en coupe longitudinale d’un réacteur de pyrolyse conforme à l’invention, le réacteur comprenant une base supportant une cloche formant une chambre recevant un panier ;
• FIG. 3est une vue de dessus de la base du réacteur de laFIG. 2.

Description détaillée de modes de réalisation

LaFIG. 1montre une installation 1 conforme à l’invention, prévue pour traiter par pyrolyse un intrant de type biomasse combustible pour fabriquer un extrant de type produit organique.

De manière non limitative, la description qui suit se rapporte au cas particulier de la fabrication de charbon de bois à partir d’un intrant comprenant un produit d’exploitation forestière tel que du bois ou un coproduit de seconde transformation du bois, c’est-à-dire à un traitement d’intrant par carbonisation (« carbonization » en anglais).

Dans l’exemple de laFIG. 1, l’installation 1 comprend un réacteur de pyrolyse 2.

De manière connue en soi, le réacteur 2 de l’installation 1 comprend une chambre prévue pour recevoir une charge 9 d’un intrant, dans cet exemple une charge de bois.

L’installation 1 de laFIG. 1comprend par ailleurs une source de chaleur 3, un réseau fluidique, des organes 11-14 de réglage de débit, ainsi qu’un organe 21 de circulation de gaz.

Les différents éléments de l’installation 1 listés ci-dessus ne sont pas limitatifs. Notamment, l’installation 1 peut comprendre des éléments additionnels, non représentés à laFIG. 1, contribuant à mettre une telle installation en œuvre selon toute technique connue par ailleurs, par exemple et de manière non exhaustive des capteurs de température de gaz circulant dans le réseau ou encore un module de commande des organes de réglage de débit 11-14.

Dans l’exemple de laFIG. 1, le réseau fluidique comprend des conduits 31-34 formant un circuit qui relie fluidiquement l’une à l’autre une entrée et une sortie du réacteur 2.

Plus précisément, le conduit 31 est relié par l’une de ses extrémités 36 à ladite sortie du réacteur 2 et, par son autre extrémité, à un mélangeur 38 – aussi appelé « bifurcation » – auquel est relié une extrémité du conduit 32. Le conduit 32 est relié par son autre extrémité à l’organe de circulation 21. Le conduit 33 est relié d’une part à l’organe de circulation 21 et d’autre part à une extrémité du conduit 34 en formant une bifurcation 39. Le conduit 34 est relié par son autre extrémité 40 à ladite entrée du réacteur 2.

Ainsi, le circuit comprend une entrée formée par l’extrémité 36 du conduit 31, aussi appelé « conduit de sortie », et une sortie formée par l’extrémité 40 du conduit 34, aussi appelé « conduit d’entrée », le circuit permettant ainsi d’établir une communication fluidique entre la sortie et l’entrée du réacteur 2.

Le réseau comprend aussi un conduit 41, appelé « conduit d’injection », qui est relié d’une part à la source 3 et, d’autre part, au mélangeur 38 qui forme une entrée du circuit correspondant.

Le réseau comprend aussi un conduit 42 appelé « conduit d’extraction », relié à la bifurcation 39 qui forme une sortie du circuit.

Ainsi, en référence à un sens de circulation des gaz dans le circuit correspondant qui est dirigé de son entrée 36 vers sa sortie 40, le circuit comprend successivement l’entrée 38 à laquelle est relié le conduit d’injection 41, l’organe de circulation 21, et la sortie 39 à laquelle est relié le conduit d’extraction 42. Autrement dit, l’entrée 38 est en amont de la sortie 39.

Dans cet exemple non limitatif, l’organe de circulation 21 est en aval de l’entrée 38 et en amont de la sortie 39.

Dans l’exemple de laFIG. 1, le réseau fluidique comprend un conduit 43 ayant une entrée débouchant dans la chambre du réacteur 2 et une sortie reliée au mélangeur 38.

Plus précisément, l’entrée du conduit 43 débouche dans la chambre en amont de la charge 9, relativement à un sens de circulation du flux de gaz traversant la charge 9 (voir plus loin ci-dessous).

Dans cet exemple, les organes 11-14 sont des vannes à débit variable, pouvant chacune être placées dans une position de fermeture correspondant à un débit nul, dans une position d’ouverture maximale dans laquelle le débit est maximal et dans des positions intermédiaires dans lesquelles le débit est positif et inférieur au débit maximal.

En référence à laFIG. 1, les vannes 11, 12, 13 et 14 sont montées respectivement sur les conduits 31, 41, 42 et 43 afin de pouvoir régler sélectivement le débit de gaz circulant dans ces conduits.

L’installation 1 de laFIG. 1peut être mise en œuvre pour réaliser de manière connue en soi des cycles de pyrolyse dans le réacteur 2.

De manière générale et de façon connue en soi, un réacteur de pyrolyse est configuré pour réaliser une transformation thermochimique de la charge qu’il reçoit en atmosphère aussi inerte que possible, contenant typiquement une proportion d’oxygène aussi faible que possible. Les réactions de pyrolyse se produisent typiquement à des températures comprises entre 300°C et 600°C et sont de nature exothermique, au moins à partir d’un certain stade d’avancement des réactions qui dépend notamment de la nature de la charge. Les réactions de pyrolyse entraînent une décomposition thermique de la charge en plusieurs fractions incluant des gaz, appelés « gaz de pyrolyse », une fraction liquide appelée « jus pyroligneux » et une fraction solide, concentrée en carbone, généralement appelée « charbon ».

Pour réaliser une telle transformation, un gaz de synthèse, communément appelé « syngaz », provenant dans cet exemple de la source 3, est introduit dans le réacteur de sorte à faire progressivement monter sa température. Lorsque la température atteint environ 300°C, les réactions de pyrolyse commencent à se produire. Celles-ci provoquent la dilution progressive de gaz de pyrolyse dans le gaz de synthèse.

De manière connue en soi, le gaz de synthèse peut être obtenu par combustion partielle de gaz de pyrolyse sortant d’un ou plusieurs réacteurs de pyrolyse, ou encore par chauffage radiatif.

La description qui suit se rapporte à une phase de pyrolyse mise en œuvre par le réacteur 2 et la partie correspondante du réseau de l’installation 1.

Dans cet exemple, le gaz de synthèse fourni par la source 3 est injecté dans le circuit du réacteur 2 par l’entrée 38 via le conduit d’injection 41.

Le déplacement des gaz dans le circuit du réacteur 2 est assuré par l’organe de circulation 21 qui est configuré pour faire circuler les gaz dans le circuit dans un sens allant de l’entrée 36 vers la sortie 40 de ce circuit, c’est-à-dire de la sortie vers l’entrée du réacteur 2.

Lors d’un cycle de pyrolyse, les différentes vannes de l’installation 1, en l’occurrence les vannes 11-14, peuvent être commandées de sorte à équilibrer les débits de gaz dans le réseau afin de satisfaire aux besoins de débit et de température en entrée du réacteur 2.

À titre d’exemple non limitatif, si la température des gaz en entrée du réacteur 2 est insuffisante malgré le placement de la vanne 12 en position d’ouverture maximale, la vanne 11 peut être commandée de sorte à augmenter la perte de charge sur le conduit 31 pour favoriser l'arrivée de gaz de synthèse chaud par le conduit d’injection 41 et augmenter la quantité relative de gaz de synthèse dans le flux de gaz circulant dans les conduits 32-34. L’organe de circulation 21 peut à cet effet être commandé pour moduler sa vitesse de sorte à maintenir un débit de gaz constant dans le circuit.

Dans cet exemple, la vanne 14 peut être commandée pour extraire de la chambre une partie du flux de gaz qui y est introduit, aussi appelé « flux de gaz d’entrée », cette extraction étant réalisée par le conduit 43 qui forme une branche de contournement de la charge 9, entraînant une réduction du débit du flux de gaz traversant la charge.

Il est ainsi possible de créer un front progressif de pyrolyse de la charge 9 en assurant une température élevée en tête de la charge 9 et en contrôlant le débit de gaz qui la traverse, de sorte que ce débit soit suffisant pour compenser les déperditions thermiques tout en restant en-deçà d’un débit limite au-delà duquel les conditions de pyrolyse ne peuvent plus être adéquatement maîtrisées.

L’invention permet ainsi de découpler la température et le débit du flux de gaz traversant la charge et d’améliorer ainsi le contrôle des réactions de pyrolyse.

Au cours d’un cycle de pyrolyse donné, la vanne 12 peut être placée en position de fermeture pour ne pas injecter de gaz de synthèse dans le circuit du réacteur 2 et la vanne 13 peut être ouverte afin d’en extraire des gaz qui y circulent. Alternativement, par exemple lors d’une autre phase du cycle de pyrolyse, la vanne 12 peut être ouverte pour injecter du gaz de synthèse dans le circuit du réacteur 2.

Plus généralement, l’installation 1 peut être pilotée et mise en œuvre sur la base de techniques connues par ailleurs dans le domaine de l’invention, notamment en application des principes décrits dans le brevet délivré sous le numéro EP2285935.

Les figures 2 et 3 montrent un réacteur 2 de pyrolyse selon un mode de réalisation préféré, nullement limitatif, de l’invention.

Le réacteur 2 de l’installation 1 de laFIG. 1peut comprendre un réacteur conforme au mode de réalisation des figures 2 et 3.

La description qui précède relative au réacteur 2 de l’installation 1 de laFIG. 1s’applique par analogie au réacteur 2 des figures 2 et 3. Les mêmes numéros de référence sont utilisés sur les figures 1 à 3 pour désigner des composants identiques ou analogues.

En référence à laFIG. 2, le réacteur 2 s’étend le long d’un axe A1 dit longitudinal. En fonctionnement, l’axe A1 est vertical.

Le réacteur 2 comprend une base 101, formant dans cet exemple une partie verticalement inférieure du réacteur 2, et une cloche 102 qui forme dans cet exemple une partie verticalement supérieure du réacteur 2.

LaFIG. 3montre le réacteur 2 en vue de dessus, sans la cloche. LaFIG. 2montre le réacteur 2 en coupe longitudinale, selon un plan de coupe indiqué par les signes de référence F2 à laFIG. 3.

En référence à laFIG. 2, la base 101 comprend un châssis 104 pourvu de pieds, en l’occurrence quatre pieds, supportant une structure 106 comportant des parois 108, 110, 112, 114 et 116.

Dans cet exemple, la paroi 108 s’étend circonférentiellement autour d’un axe longitudinal A2 parallèle à l’axe A1, et la paroi 110 s’étend circonférentiellement autour de l’axe A1. Les parois 112, 114 et 116 s’étendent quant à elles perpendiculairement aux axes A1 et A2.

La structure 106 forme une cavité, aussi appelée « cavité interne », qui constitue dans l’exemple de laFIG. 1l’espace creux formé par le conduit de sortie 31. La cavité interne 31 est délimitée radialement à l’extérieur par la paroi 108, aussi appelée « paroi interne », et longitudinalement d’un côté, en l’occurrence le côté verticalement inférieur, par la paroi 112. Longitudinalement de l’autre côté, c’est-à-dire en l’occurrence du côté verticalement supérieur, la structure 106 forme une ouverture supérieure par laquelle la cavité 31 débouche vers l’extérieur de la structure 106.

Ainsi, dans cet exemple, la cavité interne 31 présente une géométrie globalement cylindrique d’axe A2.

La structure 106 forme aussi une cavité, aussi appelée « cavité externe », qui constitue dans l’exemple de laFIG. 1l’espace creux formé par le conduit d’entrée 34. La cavité externe 34 comprend une première partie s’étendant longitudinalement entre les parois 112 et 114 et une deuxième partie s’étendant longitudinalement entre la paroi 112 et ladite ouverture supérieure de la structure 106. La cavité externe 34 est ainsi délimitée radialement à l’extérieur par la paroi 110, aussi appelée « paroi externe », et ladite deuxième partie de cette cavité 34 est délimitée radialement à l’intérieur par la paroi interne 108. Longitudinalement du côté opposé à ladite première partie, la structure 106 forme une ouverture supérieure par laquelle la cavité 34 débouche vers l’extérieur de la structure 106. Dans cet exemple, l’ouverture supérieure de la cavité 34 est formée par une ouverture réalisée dans la paroi 116.

Ainsi, dans cet exemple, la première partie de la cavité externe 34 présente une géométrie globalement cylindrique d’axe A1 et sa deuxième partie présente une géométrie globalement annulaire d’axe A1 dont la dimension varie circonférentiellement compte tenu du décalage entre les axes A1 et A2.

Par conséquent, le réacteur 2 intègre au sein de sa structure d’une part le conduit d’entrée qui forme la cavité externe 34 (le conduit d’entrée étant ainsi désigné par la référence 34) et, d’autre part, le conduit de sortie qui forme la cavité interne 31 (le conduit de sortie étant ainsi désigné par la référence 31). En outre, dans cet exemple, la paroi interne 108 de la structure 106 sépare la cavité interne 31 et la cavité externe 34 l’une de l’autre, de sorte que le conduit d’entrée 34 s’étende radialement à l’extérieur du conduit de sortie 31.

Dans le mode de réalisation des figures 2 et 3, la base 101 intègre par ailleurs :

• un mélangeur, qui forme dans l’exemple de laFIG. 1le mélangeur 38,
• un conduit, aussi appelé « conduit intermédiaire », qui forme dans l’exemple de laFIG. 1le conduit 32,
• un organe de circulation de gaz, qui forme dans l’exemple de laFIG. 1l’organe 21,
• des portions de conduits, qui forment dans l’exemple de laFIG. 1des parties du conduit d’injection 41 et du conduit d’extraction 42, respectivement.

Dans cet exemple et en référence à la description de laFIG. 1ci-dessus, le mélangeur 38 est ainsi configuré pour pouvoir établir une communication fluidique entre :

• le conduit de sortie 31,
• le conduit intermédiaire 32,
• le conduit d’injection 41,
• un conduit, qui forme dans l’exemple de laFIG. 1la branche de contournement 43 (voir figures 2 et 3).

En référence à laFIG. 2, le mélangeur 38 est solidaire de la structure 106 et est disposé au sein de la cavité externe 34, radialement à l’extérieur de la cavité interne 31 (voir aussiFIG. 3).

L’organe de circulation 21 s’étend quant à lui longitudinalement en-dessous de la structure 106, au sein du châssis 10.

Dans cet exemple, pour établir la communication fluidique entre le mélangeur 38 et l’organe de circulation 21, le conduit intermédiaire 32 traverse la paroi 108, s’étend en partie dans la cavité interne 31 de la structure 106 en formant un coude et traverse les parois 112 et 114 de cette structure 106 (voir figures 2 et 3).

Compte tenu de cet agencement, lorsqu’un flux de gaz, aussi appelé « flux de gaz intermédiaire », est introduit dans le conduit 32 par le mélangeur 38, ce flux ressort du conduit 32 par une extrémité dite de sortie en étant dirigé verticalement vers le bas (voirFIG. 2).

L’organe de circulation 21, aussi appelé « ventilateur », comprend une turbine 120 conventionnelle et une volute formant dans l’exemple de laFIG. 1le conduit 33.

Dans le mode de réalisation de laFIG. 2, la volute 33, aussi appelée « paroi de guidage », présente une géométrie globalement tronconique et s’étend radialement à l’extérieur de la turbine 120 et de ladite extrémité de sortie du conduit intermédiaire 32.

Le ventilateur 21 est configuré pour aspirer ledit flux de gaz intermédiaire de sorte que ce flux aspiré sorte du conduit 32 en étant dirigé verticalement vers le bas, c’est-à-dire selon un premier sens d’écoulement, et pour rediriger ce flux verticalement vers le haut en direction de la cavité externe 34 de la structure 106, c’est-à-dire selon un deuxième sens d’écoulement opposé au premier sens, en le guidant avec la paroi de guidage 33.

De manière non limitative, la paroi de guidage 33 peut comprendre des ailettes (non représentées) contribuant à redresser le flux de gaz qu’elle guide.

La paroi 114 de la structure 106 comprend une ouverture permettant au flux de gaz refoulé par le ventilateur 21 de pénétrer dans la cavité 34 de la structure 106.

Un tel agencement du ventilateur 21 et en particulier la géométrie de sa paroi de guidage 33 permettent de répartir de manière sensiblement uniforme le flux pénétrant ainsi dans la cavité externe 34, de réduire les pertes de charge et d’améliorer son intégration dans la structure du réacteur 2.

Dans l’exemple de laFIG. 2, le réacteur 2 comprend un chariot 126 à roulettes sur lequel est fixé le ventilateur 21, formant un ensemble qui est relié de manière détachable à la structure 106 et au châssis 104. Le ventilateur 21 peut ainsi être désolidarisé des autres parties du réacteur 2, par exemple dans le cadre d’une opération de maintenance, le chariot 126 facilitant le retrait et le déplacement du ventilateur 21.

En référence à laFIG. 2, la cloche 102 du réacteur 2 comprend une paroi latérale 130 s’étendant circonférentiellement autour de l’axe A1 et une paroi supérieure 132 solidaire d’une extrémité longitudinale de la paroi latérale 130. L’autre extrémité longitudinale de la paroi latérale 130 forme une extrémité d’appui de la cloche 102.

Dans cet exemple, la cloche 102 forme ainsi une cavité globalement cylindrique qui est radialement délimitée par la paroi latérale 130 et qui débouche vers l’extérieur de la cloche 102 par une ouverture formée par son extrémité d’appui. La cavité formée par la cloche 102 constitue ladite chambre du réacteur 2.

Cette géométrie cylindrique facilite notamment la dilatation thermique de la cloche 102.

La cloche 102 est dans cet exemple configurée pour venir en appui sur une surface d’appui 136 annulaire de la structure 106 du réacteur 2. Dans cet exemple, la surface d’appui 136 est formée par la paroi 116 de la structure 106.

Un joint d’étanchéité est interposé entre la surface d’appui 136 de la structure 106 et l’extrémité d’appui de la cloche 102.

Le joint est dans cet exemple conçu de sorte que l’effort de pénétration lié au poids propre de la cloche 102 suffise à assurer l’étanchéité de la liaison entre la structure 106 et la cloche 102.

Dans la configuration assemblée de laFIG. 2, la paroi latérale 130 de la cloche 102 s’étend dans le prolongement de la paroi externe 110 de la structure 106, de sorte que la cavité formée par la cloche 102 est en communication fluidique avec la cavité externe 34 de la structure 106, via ladite ouverture supérieure de la cavité externe 34.

Dans cet exemple, la cloche 102 est amovible vis-à-vis de la base 101 et est configurée pour être maintenue en appui sur la structure 106 de la base 101 sous l’action de sa propre masse.

Cette conception présente de nombreux avantages. Notamment, elle permet d’ouvrir le réacteur 2 par simple soulèvement de la cloche 102. Une telle conception constitue en particulier une sécurité passive en cas de surpression. En outre, le joint d’étanchéité étant dans cet exemple disposé sur la surface d’appui 136 qui est sensiblement plane et horizontale, le joint est facilement accessible pour des opérations de contrôle, d’entretien et de maintenance. Plus généralement, cette conception de la cloche 102 augmente la durée de vie du réacteur 2 et minimise les risques de fuite.

En référence à laFIG. 2, un panier 140 destiné à recevoir la charge est placé dans la chambre du réacteur 2.

De manière connue en soi, le panier 140 comprend une paroi latérale 142 s’étendant dans cet exemple autour de l’axe A2 et une paroi inférieure 144 qui est solidaire d’une extrémité longitudinale de la paroi latérale 142 et qui forme une extrémité d’appui du panier 140.

Le panier 140 forme dans cet exemple une cavité globalement cylindrique qui est radialement délimitée par la paroi latérale 142 et dans laquelle est reçue la charge.

Dans la configuration de laFIG. 2, le panier 140 est en appui sur une surface d’appui 146 annulaire de la structure 106. La surface d’appui 146, également visible à laFIG. 3, s’étend radialement vers l’extérieur à partir de la paroi interne 108 de la structure 106.

Le panier 140 peut être ainsi disposé ou retiré du réacteur 2 après soulèvement de la cloche 102, ou plus généralement après éloignement de la cloche 102 par rapport à la base 101.

Dans le réacteur 2 des figures 2 et 3, le panier 140 est ainsi excentré par rapport à l’axe A1, ce qui permet d’augmenter sur une portion angulaire la dimension radiale entre les parois 108 et 110 de la structure 106, afin dans cet exemple d’y disposer le mélangeur 38.

Dans la configuration de laFIG. 2, une première partie 150 de la chambre du réacteur 2, aussi appelée « cavité d’entrée », s’étend radialement entre la paroi latérale 142 du panier 140 et la paroi latérale 130 de la cloche 102 de manière à être en communication fluidique avec la cavité externe 34 de la structure 106. La cavité d’entrée 150 a une section similaire à celle de la cavité 34, c’est-à-dire une géométrie globalement annulaire présentant une dimension variable circonférentiellement autour de l’axe A1.

Une deuxième partie 152 de la chambre du réacteur 2 s’étend radialement à l’intérieur de la paroi latérale 142 du panier 140 et correspond ainsi à la cavité formée par le panier 140 et recevant la charge. Cette partie 152 de la chambre est en communication fluidique avec la cavité interne 31 de la structure 106, via des ouvertures formées dans la paroi inférieure 144 du panier 140, qui est ainsi conçue pour être perméable aux gaz tout en assurant un maintien de la charge au sein du panier 140.

Une troisième partie 154 de la chambre du réacteur 2, aussi appelée « cavité de tête de charge », s’étend longitudinalement entre l’extrémité supérieure du panier 140 et la paroi 132 de la cloche 102, de manière à mettre la cavité d’entrée 150 en communication fluidique avec la cavité 152 dans laquelle la charge est placée.

Concernant le conduit de contournement 43 du réacteur 2 des figures 2 et 3, celui-ci s’étend longitudinalement à travers la cavité d’entrée 150 de sorte que l’extrémité du conduit 43 formant son entrée débouche dans la cavité 154 de tête de charge (voirFIG. 2). Le conduit 43 est relié par son autre extrémité au mélangeur 38 (non visible aux figures 2 et 3 ; voirFIG. 1).

La base 101 du réacteur 2 des figures 2 et 3 intègre ainsi au sein de sa structure un ensemble de composants, lesquels forment dans cet exemple une partie du réseau fluidique de l’installation 1 de laFIG. 1, en l’occurrence les conduits 31, 32, 33, 34 et 43, ainsi que les organes 11, 14 et 21.

De manière non limitative, les organes 12 et 13 de l’installation 1 de laFIG. 1peuvent aussi être intégrés à la structure du réacteur 2, par exemple à l’interface des parties des conduits 41 et 42, respectivement, qui sont reliées à la base 101 du réacteur 2.

L’invention permet ainsi de réduire le coût et l’encombrement du réacteur 2 et de l’installation dans laquelle il est mis en œuvre, notamment en réduisant la longueur des conduits 31, 32, 34 et 43. L’invention permet aussi de faciliter la gestion des dilatations thermiques, de minimiser les risques de fuite vers l’extérieur et d’augmenter l’efficacité énergétique en réduisant les surfaces en contact avec l’extérieur.

Les figures 2 et 3 indiquent avec des flèches des flux de gaz G1-G7 lorsque le réacteur 2 est en fonctionnement.

Comme indiqué ci-dessus, le ventilateur 21 permet d’aspirer dans le conduit 32 un flux de gaz intermédiaire de manière à rediriger ce flux G1 en direction de la cavité externe 34. Le flux intermédiaire est un flux chaud comprenant essentiellement du gaz de synthèse.

Après introduction dans la cavité externe 34 par l’ouverture de la paroi 114, le flux de gaz cède une partie H1 et H2 de sa chaleur aux parois 112 et 108, puis le flux G2 passe de la cavité externe 34 à la cavité d’entrée 150 de la chambre du réacteur 2, via l’ouverture supérieure correspondante de la cavité 34.

Le flux G3 suit ensuite un mouvement ascendant, le long de la paroi latérale 142 du panier 140 en lui cédant une partie H3 de sa chaleur.

Le flux G4 pénètre ensuite dans la cavité 152 recevant la charge en passant par ladite cavité 154 de tête de charge, pour redescendre G5 vers la base 101 en traversant la charge.

Après avoir traversé la charge, le flux G6 ressort de la chambre pour arriver dans la cavité interne 31 puis dans le mélangeur 38 sous forme de flux G7 visible à laFIG. 3.

Le flux arrivant dans la cavité interne 31 a une concentration élevée en gaz de pyrolyse et une température relativement faible. Le risque d’encrassement par condensation sur les parois 108 et 112 qui délimitent la cavité interne 31 est ici réduit compte tenu de la chaleur H1 et H2 cédée par le flux de gaz circulant dans la cavité externe 34.

Bien entendu, une partie du gaz arrivant dans la cavité 154 de tête de charge peut être extraite par le conduit 43 (voir plus haut ci-dessus).

La configuration du panier 140 et de la cloche 102 permet notamment d’acheminer le flux G3 en tête de charge sur une section relativement large, réduisant ainsi les pertes de charge, et de préchauffer la charge à travers la paroi latérale 142 du panier 140. La circulation du flux G3 autour de la charge et son retournement (cf. flux G4 à laFIG. 2) en tête de charge permettent d’assurer, de façon naturelle, une réparation homogène du flux dans la charge.

La description qui précède n’est bien entendu pas limitative et de nombreuses variantes peuvent être apportées au réacteur et/ou à sa mise en œuvre. Notamment, le réacteur 2 et en particulier sa base 101 peuvent intégrer des composants additionnels.

Ainsi, en guise d’exemple, le réacteur 2 peut comprendre un organe de pesage destiné à évaluer la masse de la charge. Dans le mode de réalisation de laFIG. 2, le réacteur 2 peut comprendre un organe de pesage sous la forme de capteurs (non représentés) de pesage par compression disposés chacun au sein de, ou sous, l’un respectif des pieds du châssis 104. Associé à un outil de calcul, de préférence en temps réel, un tel pesage peut notamment permettre de déterminer une vitesse de perte de masse de la charge afin d’anticiper d’éventuels phénomènes d’emballement d’une réaction de pyrolyse, ou encore de détecter la fin d’un cycle de pyrolyse, typiquement lorsque la perte de masse de la charge n’évolue plus au cours du temps.

Pour autre exemple, le réacteur 2 peut comprendre des sondes de température et un système de pulvérisation tels que décrit dans le brevet EP2285935, solidaires par exemple de la cloche 102.

Le réacteur 2 peut aussi être dépourvu de certains composants décrits ci-dessus en référence aux figures 2 et 3. Par exemple, le réacteur 2 peut être dépourvu du conduit de contournement 43.

Bien entendu, les composants du réacteur 2 peuvent être différents et/ou autrement agencés et/ou avoir une géométrie différente que ceux du mode de réalisation des figures 2 et 3. Par exemple, la chambre du réacteur 2 peut avoir une section ovale ou polygonale avec coins arrondis. La géométrie de la chambre est de préférence choisie de manière à faciliter les dilatations thermiques, la géométrie de la cloche 102 de laFIG. 2étant particulièrement efficace à cet égard.

Dans une variante de réalisation, non représentée, la cloche 102 amovible du réacteur 2 de laFIG. 2est remplacée par une structure analogue fixée à la base 101 selon toute technique conventionnelle. Une telle structure peut comprendre une porte afin de pouvoir introduire une charge dans la chambre ou l’en retirer.

Dans une variante de réalisation, non représentée, le mélangeur 38 n’est pas intégré dans la structure du réacteur 2.

Pour autre exemple de variante, non représentée, les cavités 31 et 34 formées par la base 101 du réacteur 2 peuvent être concentriques. Autrement dit, les axes A1 et A2 peuvent être confondus.

Dans une variante de réalisation, ou de mise en œuvre du réacteur 2 de laFIG. 2, la cavité interne 31 peut former le conduit d’entrée et la cavité externe 34 peut former le conduit de sortie. Pour ce cadre, le flux de gaz peut par exemple circuler dans le sens inverse de celui décrit ci-dessus, de sorte à traverser la charge du bas vers le haut. Le ventilateur 21 et les parties du réseau fluidique relié aux cavités 31 et 34 peuvent être adaptées pour favoriser un tel mode de mise en œuvre, par exemple en plaçant le ventilateur 21 en-dehors de la structure du réacteur 2.

Dans une variante de réalisation, non représentée, le conduit 43 est agencé de sorte que son entrée débouche, non pas dans la cavité 154 de tête de charge, mais dans la partie 150 de la chambre, à une altitude intermédiaire du panier 140, c’est-à-dire entre les extrémités amont et aval du panier 140 relativement au sens d’avancement du front de pyrolyse qui, dans l’exemple des figures 2 et 3, se fait verticalement du haut vers le bas du réacteur 2, et/ou de sorte que son entrée débouche à proximité de l’ouverture supérieure de la cavité 34.

Plus généralement, le réacteur 2 des figures 2 et 3, ou des variantes de sa réalisation, notamment celles indiquées ci-dessus, peut être mis en œuvre dans une installation différente de celle de laFIG. 1. De surcroît, l’invention peut être mise en œuvre pour traiter par pyrolyse un autre type de biomasse que le bois, ou plus généralement tout intrant susceptible de transformation par pyrolyse, que ce soit à l’aide de l’installation décrite ci-dessus ou de l’une de ses variantes de réalisation.

Claims (10)

1. Réacteur (2) de traitement par pyrolyse d’un intrant tel que du bois pour fabriquer un extrant tel que du charbon de bois, le réacteur (2) comprenant une chambre (150, 152, 154) destinée à recevoir une charge dudit intrant, caractérisé en ce qu’il comprend une ou plusieurs parois (108, 112) qui délimitent un conduit d’entrée (34) configuré pour pouvoir introduire un flux de gaz d’entrée (G2) dans la chambre (150, 152, 154) et un conduit de sortie (31) configuré pour pouvoir extraire de la chambre un flux de gaz de sortie (G6), une ou plusieurs desdites parois (108, 112) étant configurées pour un transfert de chaleur du flux de gaz d’entrée (G2) au flux de gaz de sortie (G6).
2. Réacteur (2) selon la revendication 1, dans lequel l’une desdites parois (108) délimite le conduit d’entrée (34) radialement vers l’intérieur et le conduit de sortie (31) radialement vers l’extérieur.
3. Réacteur (2) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel une partie au moins du conduit d’entrée (34) s’étend autour d’un axe (A1), radialement à l’extérieur du conduit de sortie (31).
4. Réacteur (2) selon la revendication 3, dans lequel la chambre comprend une partie (150) configurée pour s’étendre autour dudit axe (A1) radialement à l’extérieur de la charge, le conduit d’entrée (34) étant agencé pour pouvoir introduire ledit flux de gaz d’entrée (G2) dans cette partie (150) de la chambre de sorte que ce flux de gaz puisse être déplacé dans la chambre dans un premier sens le long dudit axe (A1) radialement à l’extérieur de la charge puis dans un deuxième sens le long dudit axe (A1) à travers la charge.
5. Réacteur (2) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel ledit axe (A1) est un premier axe, le conduit de sortie (31) s’étendant autour d’un deuxième axe (A2) parallèle au premier axe (A1).
6. Réacteur (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant :

   • une première partie (101) qui forme le conduit d’entrée (34) et le conduit de sortie (31),
   • une deuxième partie (102) qui forme la chambre,

   la première partie (101) formant de préférence une base du réacteur (2) qui supporte la deuxième partie (102), laquelle forme de préférence une cloche amovible.
7. Réacteur (2) selon la revendication 6, dans lequel ladite première partie (101) du réacteur (2) comprend un mélangeur (38) configuré pour établir une communication fluidique entre plusieurs conduits choisis dans une liste incluant :

   • le conduit d’entrée (34) et/ou un conduit (32) en communication fluidique avec le conduit d’entrée (34),
   • le conduit de sortie (31) et/ou un conduit en communication fluidique avec le conduit de sortie (31),
   • un conduit d’injection (41) configuré pour introduire ledit flux de gaz d’entrée dans le réacteur (2),
   • un conduit de contournement (43) configuré pour prélever de la chambre une partie dudit flux de gaz d’entrée préalablement introduite dans la chambre et l’extraire de la chambre en contournant la charge.
8. Réacteur (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant un organe (21) de circulation de gaz configuré pour aspirer un flux de gaz intermédiaire dans un conduit intermédiaire (32) et le refouler vers une entrée du conduit d’entrée (34) formée par une ou plusieurs ouvertures s’étendant radialement à l’extérieur d’une extrémité de sortie du conduit intermédiaire (32), le réacteur (2) comprenant de préférence une paroi de guidage (33) s’étendant radialement à l’extérieur de l’extrémité de sortie du conduit intermédiaire (32), de sorte que le flux de gaz intermédiaire aspiré par l’organe de circulation de gaz (21) circule dans l’extrémité de sortie du conduit intermédiaire (32) suivant un premier sens d’écoulement et que le flux de gaz intermédiaire refoulé par l’organe de circulation de gaz (21) soit redirigé vers l’entrée du conduit d’entrée (34) suivant un deuxième sens d’écoulement opposé au premier sens d’écoulement.
9. Installation (1) de traitement d’un intrant tel que du bois pour fabriquer un extrant tel que du charbon de bois, comprenant un ou plusieurs réacteurs (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
10. Procédé de traitement d’un intrant tel que du bois pour fabriquer un extrant tel que du charbon de bois à l’aide d’un réacteur (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant une introduction dans la chambre du réacteur (2) d’un flux de gaz d’entrée par le conduit d’entrée (34) et une extraction de la chambre du réacteur (2) d’un flux de gaz de sortie par le conduit de sortie (31).