Brevet FR2546077A1 — publié le 19841123

DISPOSITIF POUR REACTION A HAUTE TEMPERATURE La présente invention a trait à un dispositif pour réaction à haute température et notamment combustion. Ce dispositif est plus particulièrement destiné à la génération de gaz chauds en réalisant un écoulement hélicoïdal symétrique. Il permet également la génération de gaz à haute température dans un dispositif selon VEP 7846 par application des propriétés d'un écoulement puits-tourbillon au traitement d'une phase pulvéri- sable. Le dispositif selon l'invention comprend, en combinaison une chambre de réaction ( 1) formée d'un corps creux présentant une paroi interne ( 4) à symétrie de rotation telle que cylindrique, un système d'alimentation d'au moins un réactif sous forme gazeuse qui comprend un espace annulaire ( 5) entourant la chambre de réaction alimenté par des tubulures ( 10), ledit espace communiquant avec la chambre de réaction par des conduits ( 6) débouchant tangentiellement, de manière à introduire ladite phase gazeuse à l'intérieur de la chambre de réaction sous forme d'un écoulement hélicoidal symétrique, ledit dispositif étant caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de refroidissement ( 7) ménagés entre l'espace annulaire et la chambre de réaction ( 1). Selon une forme de réalisation préférentielle de l'invention, le dispositif présente également des moyens de refroidissement ( 8) dans le fond du réacteur. Les moyens de refroidissement ( 7) peuvent être constitués par une double enveloppe ou un système de distribution alimentant un ensemble de canaux ( 9) de refroidissement creusés dans la masse même du dispositif. Le dispositif selon l'invention peut également présenter un moyen d'alimentation d'au moins un réactif sous forme liquide, selon l'axe de symétrie de rotation. Le système d'alimentation du ou des réactifs sous forme gazeuse est, de manière simple, constitué par des tores de distribution. Des dispositifs sont illustrés aux figures 1 et 2, représentant 2 2546077 un appareillage à chambre de réaction ( 1) cylindrique, avec refroi- dissement par canaux ( 9), figure 2. Le dispositif selon l'invention peut être utilisé pour mettre en oeuvre le procédé selon le brevet français publié sous le numéro 2 276 086 qui revendique une combustion dans la zone en dépression relative d'un écoulement hélicoïdal symétrique. On sait que ce procédé permet la réalisation d'un dispositif à paroi froide avec un gaz chaud, mais est néanmoins limité dans son emploi vers les hautes températures lorsque l'on veut mettre en oeuvre un procédé selon l'EP 7846 qui consiste à faire, in situ, la génération des gaz chauds dans une première zone en imposant aux dits gaz la forme d'un écoulement puits-tourbillon et à introduire- une matière à traiter, sous forme d'une phase axiale, dans la zone en dépression relative de cet écoulement, de manière à provoquer la rupture de la phase axiale, la prise en charge de chaque élément de volume transformé et son traitement par un élément de volume gazeux associé. Le dispositif selon l'invention, à parois refroidies, peut avantageusement être mis en oeuvre, selon le dispositif décrit dans l'EP 7846, pour former un appareillage qui comporte une chambre de réaction, notamment de combustion et une chambre de mise en contact, selon lequel la chambre de réaction se termine en aval par un convergent dans lequel aboutit, selon l'axe de rotation de la chambre de réaction, un dispositif d'injection sensiblement au niveau d'un passage restreint, la chambre de mise en contact prolongeant en aval la chambre de réaction selon le même axe de rotation. Il est économiquement avantageux que la phase gazeuse, formant dans chaque cas l'écoulement hélicoïdal symétrique, soit introduite sous faible pression. La différence entre la pression de la phase formant l'écoulement hélicoïdal symétrique et la pression régnant directement en aval du passage restreint est de préférence inférieure à 10 Pa lorsque ladite pression est voisine de la pression atmosphérique. Grâce au dispositif selon l'invention, les gaz, à la sortie de la chambre de combustion, peuvent être portés à une température comprise entre 1000 et 2500 C et même au-delà. 3 2546077 De ce fait, le champ d'application s'en trouve élargi d'autant et permet notamment d'aborder un domaine normalement réservé aux techniques avec plasma. Par ailleurs, on peut associer, de manière non limitative un refroidissement à la sortie de la chambre de contact, plusieurs chambres de contact en série avec ou sans traitement complémentaire. -On peut aussi prévoir, à la sortie de la chambre de mise en contact, une zone de mise en rotation qui, de manière simple, est statique. On réalise, de la sorte, un système de mise hors poussière. On peut aussi prévoir des moyens d'injection d'une phase liquide et/ou gazeuse permettant d'introduire un liant ou de réaliser un effet de trempe On peut aussi réaliser un ou plusieurs recyclages et l'introduction simultanée de plusieurs phases, notamment sous forme d'une co-pulvérisation. On a illustré, au tableau ci-après et à la figure 3 ci-annexée, diverses possibilités d'utilisation du dispositif ( 1) selon l'invention, les chambres ( 2) et ( 3) étant des zones de contact autres que des zones de trempe. Dans le tableau, les zones de trempe éventuelles n'ont pas été. mentionnées. Ce tableau, qui ne prétend être ni exhaustif, ni limitatif, montre la souplesse du dispositif qui lui permet de toucher à un vaste champ d'application. DISPOSITIF CONSTITUE DE : CHAMBRE 1: CHAMBRES 1 ET 2: CHAMBRES 1, 2 ET 3: : R 1 = H 2 : R 2 = air et/ou 02 :R 3 = H 20 vapeur (éventuellement) : Génération de gaz : chauds et/ou : production de vapeur : d'eau surchauffée : R 1 À = HC gazeux ou liquide : R 2 = air et/ou : oxygène :Génération de gaz :chauds : R 1 = HC gazeux : R 2 = 02 en défaut: *2 2 :R 3 = CO 2 et/ou H 20: : (éventuellement): :: Production de C 2 H 2: et/ou de gaz de :synthèse et d'HC: :craqués : R 1 = H 2 : R 1 : R 2 = air et/ou 02 : Pl = HC liquide : et/ou charbon : en suspension : P 2 = additif de 2: combustion : (éventuellement) : A 1 = 02 et/ou air : (excès) Générat: chauds tion pri R 1 = ( 2 (évi en ou R 2 = 02 R 3 = H 1 3 é_ = HC gazeux : R = air et/ou 02 : exces : Pl : A 1 : Q 1 ion de gaz par combus- opre = HC liquide = air et/ou 02 en excès - = a) solutions e b) suspensions: minérales: séchage ou: concentration: de produits: minéraux eaux résiduaires: dépollution: entuellement excès) HC gazeux, 0 vapeur entuellement): Pl = HC liquide Hydrovapocraquage: - n 2546077 DISPOSITIF CONSTITUE DE (suite) * CHAMBRE 1 CHAMBRES i ET 2: CHAMBRES 1, 2 ET 3 : R 1 = H 2 ou HC gazeux: :R = 019 * 2 2 : R 3 =H O apeur * et/ou CO * (ventuellement): :P 1 =C ex :A 1 = H * (ével * Gazi * du :R = H 2 IR 2 c 2 *P R = C 10 * (évei :Productii i suspension: vapeur )U CO aification -harbon rituellement): Dn de UC 1 :gazeux et/ou en :solution *Ri = 11 :R =C cien excès : = UC liquide :Chloration directe :d'HC en solvants :chlorés HC =Hydrocarbure 6 2546077 REVENDICATIONS 1) Dispositif pour réaction à haute température qui comprend en combinaison: une chambre de réaction ( 1) formée d'un corps creux présentant une paroi interne ( 4) à symétrie de rotation telle que cylindrique, un système d'alimentation d'au moins un réactif sous forme gazeuse qui comprend un espace annulaire ( 5) entourant la chambre de réaction alimenté par des tubulures ( 10), ledit espace communiquant avec la chambre de réaction par des conduits ( 6), débouchant tangentiellement, de manière à introduire ladite phase gazeuse à l'intérieur de 1 a chambre de réaction sous forme d'un écoulement hélicoldal symétrique, ledit dispositif étant caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de refroidissement ( 7) ménagés entre l'espace annulaire et la chambre de réaction ( 1). * 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il présente des moyens de refroidissement dans le fond du réacteur ( 8). 3) Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il présente un moyen d'alimentation d'au moins un réactif sous forme liquide. 4) Appareillage comprenant une chambre de réaction et une chambre de mise en contact, selon lequel la chambre de réaction se termine en aval par un convergent dans lequel aboutit, selon l'axe de rotation de la chambre de réaction, un dispositif d'injection sensiblement au niveau du passage restreint formé par le convergent, la chambre de mise en contact prolongeant en aval la chambre de réaction selon le même axe de rotation, caractérisé par le fait que la chambre de réaction est un dispositif selon l'une des revendications 1 à 3. ) Appareillage selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comprend plusieurs chambres de contact en série. 7 2546077 6) Application du dispositif et de l'appareillage selon l'une des revendications I à 5 à la production d'acide chlorhydrique gazeux. 7) Application du dispositif et de l'appareillage selon l'une des revendications 1 à 5 à la production d'acide chlorhydrique en solution. 8) Application du dispositif et de l'appareillage selon l'une des revendications 1 à 5 à la chloration directe d'hydrocar- bures en solvants chlorés. 9) Application du dispositif et de l'appareillage selon l'une des revendications 1 à 5 à la gazéification du charbon.