Brevet FR2548048A1 — publié le 19850104

La présente invention concerne un réacteur haute température à oxydation totale ou partielle associée à une zone de plasmagenèse, en particulier un brûleur mixte électricitécombustible. On connait déjà des brûleurs utilisant de l'énergie électrique dissipée dans la flamme en complément ou en substitution de l'énergie provenant du combustible. De tels brûleursprésentent généralement des problèmes d'usures des électrodes, de stabilité électrique, de production de produits polluants, etc. La présente invention vise à pallier ces inconvénients, en particulier, elle procure une usure faible des électrodes, un taux de production de gaz polluants faible (notamment en ce qui concerne les oxydes d'azote NOx), une bonne stabilité de plasma et de la combustion. Elle permet de fonctionner à enthalpie massique constante ou si désiré à enthalpie et/ou température plus élevée pendant la période désirée. Elle présente une grande souplesse d'utilisation et permet notamment d'utiliser l'énergie électrique aux heures où elle est disponible à faible prIx (tarif de nuit). Une modulation de la puissance, de la température etfou du processus de la réaction est rendue possible. Selon l'invention le réacteur comporte au moins deux etages de réaction respectivement en amont et en aval de la zone de plasmagenèse avec injection d'agents réducteurs et/ou oxydants dans l1un et/ou l'autre de ces étages de manière à produire de l'énergie thermique et/ou des composés chimique valorisables Le réacteur peut comporter en outre une injection d'un gaz plasmagène dans la zone de plasmagenèse. La zone de plasmagenèse peut être engendre par des électrodes enrobées d'un flux de gaz plasmagène. Avantageusement des moyens de répartition réglables du débit de l'agent oxydant et du débit de l'agent réducteur entre l'étage amont, l'étage aval et/ou la zone plasmagène peuvent être prévus, procurant une souplesse d'utilisation très grande. Ainsi dans le cas où la réaction est une réaction de combustion entre combustible (réducteur) et comburant (oxydant), on peut par exemple injecter - dans la zone de plasmagenèse un gaz plasmagène constitué par du gaz combustible et passant autour des électrodes ce qui permet de les refroidir et de réduire leur oxydation - dans la zone aval un comburant ou éventuellement un mélange comburant-combustible procurant ainsi une deuxième combustion (ou post-combustion). La zone de plasmagenèse remplit sa fonction d'apport thermique dans de bonnes conditions de fonctionnement. Quand l'apport électrique n'est plus désiré, on peut modifier à volonté les différentes répartitions du combustible et du comburant. Les agents réducteurs, oxydants et/ou plasmagènes peuvent être injectés sous forme de fluide gazeux et/ou de suspension de solides ou de liquides divisés dans un tel fluide. L'agent oxydant pourra être de l'air. L'agent réducteur fluide ou fluidifié pourra être notamment un gaz (propane, méthane, gaz pauvre provenant de réactions métallurgiques, gaz de bio-masse, etc.), un liquide (fuel ou autre hydrocarbure liquide ...), un solide ou liquide pulvérisé et fluidifié (charbon, tourbes lignite ...) Le gaz plasmagène peut être un agent réducteur, un agent neutre, les produits gazeux de la réaction recyclés en fonction de leur potentiel d'ionisation, etc. Il peut véhiculer des additifs favorisant la formation du plasma. De préférence, les électrodes sont montées mobiles de manière à pouvoir compenser l'usure de celles-ci et/ou la consommation de leur matière par les réactions. Dans un mode de réalisation de l'invention, le réacteur comorte trois électrodes et utilise un courant alternatif triphasé. Les électrodes peuvent être alimentées sous basse tension et haute intensité. Le réacteur objet de l'invention peut-être un brûleur dans lequel l'énergie électrique injectée par l'intermédiaire des électrodes contribue à la production d'énergie thermique et/ou de composés valorisables. Le réacteur peut être encore notamment un générateur de gaz chaud, un générateur d'atmosphère contrôlée, etc. Le réacteur peut être aussi utilisé pour l'obtention des produits de réaction du gaz avec le matériau constituant les électrodes. La description qui va suivre donnée à titre d'exemple fera bien comprendre commet l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue schématique partielle d'un réacteur selon l'invention, arrêtée le long de l'axe A de celui-ci. La figure 2 est une vue schématique en coupe d'un brûleur a' gaz comportant une zone de plasmagenèse selon l'invention. En regard de la figure 1, on peut voir le corps d'un réacteur l associé à des électrodes 2 (dont une seule est visible sur la figure 1) logées dans des canaux 3 débouchant à l'intérieur du réacteur de manière a' pouvoir engendrer dans celui-ci une zone de plasmagenèse Z2. Trois électrodes décalés de 1200 sont prévues. Elles sont alimentées à partir d'un générateur électrique 4 de courant alternatif triphasé associé à un hacheur ou autre modulateur de ballast 5 (organe limitant les pertes d'énergie électrique et assurant la stabilité de la zone de plasmagenèse) par l'intermédiaire de conducteurs 6. Le courant peut être un courant triphasé industriel, basse tension - haute intensité (par exemple tension de 380 V et intensité de 100 à 200 A). La zone de plasmagenèse Z2 sépare à l'intérieur du réacteur deux zones, une zone amont Z1 et une zone aval Z3. Une vanne distributrice réglable 7 reliée à une source d'agent oxydant 0 permet d'alimenter à volonté et à débit réglable les zones Z1, Z3 en agent oxydant respectivement par l'intermédiaire de conduits 8, 9. Une vanne distributrice réglable 11 reliée à une source d'agent réducteur R permet d'alimenter à volonté et à débit réglable les zones Z1, Z3 et les canaux 3 des électrodes 2, en agent réducteur respectivement par l'intermédiaure des conduits 12, 13, 14. Des conduits 15 débouchant dans les canaux 3 peuvent alimenter ceux-ci en autre agents susceptibles de cons-tituer le gaz plasmagène (notamment agents réducteurs, agents neutres, produits gazeux de la réaction recyclés, gaz véhiculant des additifs etc.) Une électrode d'allumage 16 est prévue dans la zone Z1. Cet agencement procure une grande souplesse d'utilisation puisque l'on peut par action sur les vannes 7 et 11 injecter dans les zones Zi et Z3 de O a' lOoNo du débit d'agents oxydants et de O m 100% du débit d'agents réducteurs. De même, dans la zone de plasmagenèse Z2, on peut injecter par le canal 3 autour des électrodes de O à du débit d'agents réducteurs et de O à 100% d'autre gaz plasmagène. La zone Z1 est une zone de première réaction. La zone Z2 une zone de plasmagenèse fournissant éventuellement un apport thermique. Le choix du gaz plasmagène passant autour des électrodes 2 est fait de préférence de manière à éviter leur érosion et obtenir une bonne stabilité du plasma. La zone Z3 est une zone de seconde réaction (ou post-réaction). De préférence, les électrodes 2 sont montées mobiles de manière à pouvoir être rétractées en cas de non utilisation ou rapprochées pour 11 amorçage du plasma. La compensation de leur usure etXou de la consommation de leur matière par les réactions peut aussi être effectuée. Dans le cas où le réacteur est un brûleur à gaz, par exemple à propane ou butane, l'agent oxydant peut être de l'air. On peut injecter en zl un mélange gaz combustible-air riche en gaz pour obtenir une première combustion. Dans les canaux 3 on envoie du gaz combustible par le conduit 14 et/ou un gaz neutre comme de l'azote etXou les gaz de combustion recyclés. Ce (ou ces) gaz, passe autour des électrodes (pouvant être en carbone par exemple) pour être injecté dans la zone plasmagène Z2. Dans la zone 23 on peut injecter de l'air par le conduit 9 etZou du gaz combustible par le conduit 13 pour obtenir une post-combustion. D'autres modes de fonctionnement peuvent être utilisés. Ainsi, par exemple, on peut injecter dans la zone Z1, par le conduit 12, un gaz vecteur contenant des particules de charbon, par le conduit 8 de l'air contenant de la vapeur d'eau. Les électrodes sont enrobées d'un flux d'azote (gaz neutre). Gràce à la présence de la zone de plasmagenèse Z2, il va pouvoir se former du gaz pauvre qui si l'on envoie de l'air par le conduit 9 dans la zone Z3, pourra participer à une combustion Par contre, si l'on n'envoie pas d'agent oxydant dans la zone Z3, le réacteur fonctionnera en producteur d'atmosphère réductrice (gaz pauvre) utilisable pour certains traitements thermiques. On peut encore envisager un mode de fonctionnement utilisant la consommation des électrodes par la réaction. Ainsi si les électrodes sont en métal et que l'on introduit des particules de carbone dans le brûleur; il y aura formation de carbure dans la zone de plasma genèse Z2 à haute température. La figure 2 illustre schématiquement un exemple de mode de réalisation d'un brûleur à gaz pour fourcomportant une zone de plasmagenèse selon l'invention. On peut voir la tuyère divergente 20 du brûleur ménagée dans les parois 21 du four. Dans la zone amont Zl, le gaz est injecté de façon classique par des buses 22 alimentées par un conduit interne 23. Un conduit annulaire 24 permet d'injecter de l'air pour obtenir une première combustion dans la zone Zl. De préférence l'air est injecté avec un mouvement tourbillonnaire pour favoriser le mélange des gaz et la stabilité de la flamme. Les trois électrodes 25 associées aux porteélectrodes 26 sont logés dans des canaux 27 ménagés dans les parois du four et débouchent dans la zone de plasmagenèse Z2. Le gaz plasmagène est amené à travers les portes-électrodes de façon non représentée. De l'air est injecté dans la zone aval Z3 par l'intermédiaire de trois canaux 28 ménagés dans la paroi du four et associés à trois rainures 29 alimentées par trois conduits 30. La zone Z1 peut être une zone de combustion riche. La zone de plasmagenèse Z2 est une zone d'apport thermique. La zone Z3 est une zone de post-combustion. On a représenté en pointillé une électrode 25 en position de service et en position avancée lors de l'amocage. Une électrode d'allumage 32 a été également illustrée. REVENDICATIONS 1. Réacteur haute température à oxydation totale ou partielle associée à une zone de plasmagenèse, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux étages (Z1, Z3) de réaction respectivement en amont et en aval de la zone de plasmagenèse (Z2) avec injection d'agents réducteurs (R) et/ou oxydants (O) dans l'un et/ou l'autre de ces étages, de manière à produire de l'énergie thermique et/ou des composés chimiques valorisables. 2. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une injection d'un gaz plasmagène dans la zone de plasmagenèse. 3. Réacteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de répartition réglable (7) du débit de l'agent oxydant entre l'étage amont et l'étage aval. t. Réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes; caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de répartition réglable (11) du débit de l'agent réducteur entre l'étage amont, l'étage aval et/ou la zone Ce plasmagenèse. 5. Réaction selon l'une quelconque des revendf- cation précédentes caractérisé en ce que la réaction est une réaction de combustion, l'agent réducteur étant un combustible et l'agent oxydant un comburant. 6. Réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les agents réducteurs, oxydants et/ou plasmagène sont injectés sous forme de fluide gazeux et/ou de suspension de solides ou de liquides divisés dans un tel fluide. 7. Réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone de plasmagenèse (Z2) est engendrée par des électrodes (2) enrobées d'un flux de gaz plasmagène. 8. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le gaz plasmagène est un agent réducteur. 9. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 7 caractérisé en ce que le gaz plasmagène est un agent neutre. 10. Réacteur selon l'une quelconque des revendi cations 2 à 7, caractérisé en ce que le gaz plasmagène est constitué par les produits gazeux de la réaction recyclés. 11. Réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz plasmagène véhicule des additifs favorisant la formation du plasma. 12. Réacteur selon 1'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que les électrodes 13. Réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte trois électrodes et utilise un courant électrique alternatif triphasé. 14. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 7 à 13, caractérisé en ce que les électrodes sont ali- mentees sous basse tension et haute intensité par l'intermé- diaire d'un systeme (5) limitant les pertes d'énergie thermique. 15. Réacteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réacteur est un brûleur dans lequel énergie électrique injectée par l'intermédiaire des électrodes contribue a la production d'énergie thermique et/ou de composés valorisables.