Brevet FR2566792A1 — publié le 19860103

La présente invention apour objet un procédé de pyroLyse éclair de particules sot ides contenant du carbone mettant en oeuvre un réacteur cycLone. La pyrolyse éclair est une technique dans laquelle le solide divisé est porté dans un temps très court à une température élevée à laquelle il subit une décomposition thermique profonde. Lorsqu'elle est appliquée à des solides tels que le bois, les matières végétales, le charbon ou les résidus lourds hydrocarbonés La pyrolyse éclair permet ainsi d'éviter la formation de produits de dégradation intermédiaires. Il a déjà été proposé pour réaliser ce type de réaction de pyrolyse éclair d'utiliser des réacteurs cyclones. On pourra à cet effet se reporter aux articles "Pyrolyse-éclair de solides divisés dans un réacteur continu" Revue Générale de Thermique nO 227 Nov 1980 pp. 851 à 869 et "le cyclone : un nouveau réacteur chimique solaire gaz-solide. Application à la mise en oeuvre en continu de la pyrolyse flash de sciure de bois "Revue de Physique Appliquée 15 (1980) pp. 535-543. Dans ce type d'applications le cyclone jusqutalors essentiellement utilisé comme séparateur gaz-solide remplit en outre la fonction de réacteur chimique au sens propre du terme. La mise en oeuvre de tels procédés pose un certain nombre de problèmes qui résultent essentiellement de la nécessité de soumettre la charge à une variation de température très importante dans un laps de temps très court et ceci en s'efforçant de transformer la majeur partie de cette charge. L'invention a pour but de pallier ces inconvénients et propose un procédé perfectionné de pyrolyse éclair de particules solides contenant du carbone. La présente invention a pour objet un procédé de pyrolyse éclair de particules solides contenant du carbone, qui en suspension dans un courant gazeux, constituent la charge alimentant un réacteur comportant des moyens d'extraction de l'effluent gazeux d'une part et du résidu solide d'autre part, caractérisé en ce que le réacteur cyclone comporte des moyens de chauffage de la paroi latérale, qui apportent à la charge la chaleur nécessaire à la réaction, et des moyens d'introduction de la charge tels que la température de la paroi cylindrique dans la zone d'introduction est uniforme sur toute sa périphérie. il est essentiel, pour atteindre le résultat recherché, et c'est une caractéristique du procédé, que la charge soit introduite dans une zone du réacteur, dite d'introduction, dont la température au niveau des parois est uniforme sur l'ensemble de la périphérie afin que la totalité de la charge soit soumise à la même transformation chimique. Par zone d'introduction on entend la partie supérieure du réacteur, sensiblement le tiers supérieur. Selon une autre caractéristique du procédé de l'invention il est important que Lemoyen d'introduction de la charge, introduction qui est tangentielle dans le cyclone c'est-à-dire telle que la charge est dirigée vers la paroi du cylindre sous un angle d'incidence relativement faible, soit disposé de telle sorte qu'il n'engendre aucune rupture de la surface de la paroi chauffante au niveau de la zone d'introduction de la charge. Ce moyen d'introduction pourra avantageusement être constitué par un conduit traversant la paroi supérieure du réacteur cyctone, et de forme adaptée à l'introduction tangentielle du courant gazeux transportant La charge. Le procédé de pyrolyse éclair de l'invention est mis en oeuvre à une température comprise entre 500 et l-1-000C dont le niveau dépend naturellement de la nature de la charge à traiter. Lorsqu'il est utilisé pour le traitement des particules de bois la température est généralement comprise entre 700 et 11000C Les températures qui sont indiquées ci-dessus sont les températures mesurées à la paroi latérale du réacteur dans la zone d'introduction de la charge où a lieu l'essentiel de la réaction. Le chauffage est assuré par tout moyen convenable c'est-à-dire capable d'assurer sur toute la partie supérieure cyclindrique du réacteur une température uniforme c'est-à-dire, telle que, entre deux points situés sur une même circonférence de ce cylindre, l'écart de température sera de préférence inférieur à SOC. Ceci ne peut être réalisé que si les moyens de chauffage sont appliqués sur toute la périphérie de cette zone cylindrique d'introduction. On pourra utiliser à cet effet des résistances électriques ou tout autre moyen équivalent. Le solide divisé est introduit dans le réacteur en suspension dans un courant gazeux. Le rôle de ce courant gazeux est essentiellement de servir de porteur au solide. On choisira donc un gaz soit inerte vis à vis de la réaction mise en jeu, soit qui, sans avoir une action directe sur cette réaction, en améliore le rendement; La vapeur d'eau est un bon exemple d'un tel gaz. Le solide est sous forme divisée. La taille des particules de solide sera telle que ladite particule sera entièrement volatili-sée par son passage dans le réacteur. La taille de cette particule sera généralement comprise entre 0,05 et 50 mm de diamètre, le choix de la taille étant fonction du temps de séjour mis en oeuvre, et de la taille du cyclone utilisé. La quantité de solide qui est introduite dans le réacteur représente généralement entre 10 et 100 % exprimés en poids de la quantité de gaz porteur introduit dans le réacteur. Le temps de séjour du solide dans Le réacteur, difficilement mesurable, peut être représenté par une fonction complexe du temps de passage du gaz porteur dans le réacteur. Le temps de passage, sera très généralement inférieur à 1 seconde et de préférence compris entre zooms et is Il sera souvent avantageux de préchauffer le gaz porteur et la charge de solide à une température convenable qui ne doit cependant pas dépasser la température à partir de laquelle le solide constituant la charge commence à se décomposer. On pourra utiliser à cet effet les calories disponibles sur le gaz de pyrolyse.Dans le cas particulier d'une température de paroi de10000C,ces gaz de pyrolyse sortent du réacteur à une température comprise généralement entre 550 et 7O00C. Le procédé de l'invention sera avantageusement mis en oeuvre à une pression simplement atmosphérique. La préparatton de la charge d'alimentation-solide divisé, gaz porteur - s'effectue de manière classique au moyen par exemple d'une vis sans fin Les gaz de pyrolyse produits par le réacteur sont ensuite traités pour en éliminer les fractions de produits condensables et les aérosols avant leur utilisation industrielle. L'invention a également pour objet les dispositifs de mise en oeuvre du procédé selon l'invention qui sont décrits ci-après en référence aux dessins annexés. La figure 1, représente une coupe longitudinale schématique d'un réacteur cyclone permettant d'opérer le procédé de l'invention. La figure 2, représente une vue du dessous du dispositif d'introduction du réacteur de la figure 1 La figure 1, représente la coupe schématique d'un réacteur cyclone (1) constitué d'une partie cylindrique supérieure (2) et d'une partie tronconique inférieure t3) d'une canalisation de sortie (4) des effluents gazeux de la réaction, d'un orifice d'évacuation des particules solides (5). La paroi (6) du réacteur cyclone est équipée d'un système de chauffage (7) et cela- sur toute sa surface. La partie supérieure de la paroi (6) est d'une forme adaptée à la tête (8) du réacteur laquelle est traversée d'une part par ta canalisation de sortie (4), et d'autre part par la canalisation d'entrée de la charge (9), l'étanchéTté étant assurée sur toute la périphérie de la partie cylindrique (2) par un joint (10). La canalisation (9) est constituée d'une partie sensiblement verticale (11) et d'une enveloppe terminale (12) de forme torique dont l'orifice (13) est dans un plan perpendiculaire à la section du cylindre et disposé entre l'axe et la paroi dudit cylindre à une distance telle que t'angle d'incidence de la charge est inférieur à 450. La figure 2 représente une vue du dessous de la tête (8) du réacteur représenté figure 1. Le cercle central (4) représente la canalisation de sortie des gaz de gazéTfication, la forme semi-+orique disposée au dessus du cercle (4) représente L'enveloppe terminale Le procédé de L'invention est illustré par un exemple de mise en oeuvre dans lequel on a utilisé le dispositif illustré figures 1 et 2. Dans un réacteur cyclone de 4 cm de diamètre dans sa partie cylindrique et de 140 cm3 de volume, chauffé sur sa paroi extérieure par un bobinage d'éléments chauffants, on a traité des particules de bois de granulométrie lmm. Ces particules de bois sont introduites dans le réacteur de façon pneumatique au moyen de vapeur d'eau préchauffée comme gaz porteur, la teneur en poids de La suspension bois-vapeur d'eau est de 25 %. Les conditions opératoires sont les suivantes - température de la paroi du réacteur : 8930C - température de la vapeur à l'entrée du réacteur : 400 C - température du mélange gaz de pyrolyse + vapeur à la sortie du réacteur : 6230C - pression absolue dans le réacteur : 1 bar - débit de solide traité : 0,35 kg h-1 - débit de vapeur utilisé : 1,4 kg h 1 Le pyrolyse du bois a donné les résultats suivants - pourcentage en masse de produits obtenus par rapport au bois sec consommé : Gaz de pyrolyse secs : 80 % Résidus solides : 5 % Résidus liquides : 15 % la composition volumique des gaz secs de masse volumique 1 kg/Nm3 et de PCS 16.300 kJ/Nm3 est la suivante: H2 : 22 % CO : 44 % C02 : 16% CH4 : 9% C2H2 5 S C H + C2H6 : 4 % Le procédé de l'invention est utilisable pour la pyrolyse de tout produit divisé contenant du carbone bois, charbon, déchêts ligno-cellulosiques, produits pétroliers etc REVENDICATIONS 1 - Procédé de pyrolyse éclair de particules solides contenant du carbone, qui en suspension dans un courant gazeux, constituent la charge alimentant un réacteur cyclone, comportant des moyens d'extraction de l'ef fluent gazeux d'une part et du résidu solide d'autre part, caractérisé en ce que le réacteur cyclone com porte des moyens de chauffage de la paroi latérale, qui apportent à la charge la chaleur nécessaire à la réaction, et des moyens d'introduction de la charge, tels que la température de la paroi dans La zone d'introduction est uniforme sur toute sa périphérie. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen de chauffage est appliqué de manière uniforme sur l'ensemble de la paroi en regard de la zone d'introduction de la charge et que l'introduc tion de la charge gaz-solide est effectuée au moyen d'une conduite passant au travers de la partie supé rieure horizontale du réacteur cyclone et dont l'ori- fice est disposé de telle sorte qu'il assure une in jection tangentielle. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 carac térisé en ce que la réaction est réalisée à une tempé rature comprise entre 500 et 11000C. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caracté risé en ce que le temps de passage du courant gazeux est compris entre lOms et is. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caracté risé en ce que les particules solides ont une taille comprise entre 0,05 et 50 mm. 6 - Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 5, du type réacteur cyclone, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un corps composé d'une partie supérieure cylindrique (2) et d'une partie inférieure (3),ledit corps étant surmonté d'une tête (8), un joint péripherique (10) assurant l'étanchéIté entre- la tête (8) et la partie supérieure du corps (2),ladite tête (8)étant traversée par une canalisation (4)disposée selon l'axe du cyclindre pour assurer la sortie des gaz de pyrolyse, et par une canalisation (9) d'entrée de la charge, Ladite canalisation (9) étant constituée d'une partie (11) sensiblement verticale et d'une enveloppe terminale (12) de forme torique dont l'orifice (13) est disposé dans un plan perpendiculaire à la section du cylindre et disposé entre l'axe et la paroi dudit cylindre à une distance telle que l'angle d'incidence de la charge sur la paroi est inférieur à 450, ladite partie inférieure (3) du corps étant enfin équipée d'un orifice (5) d'évacuation des particules solides résiduelles.