Brevet FR2582542A1 — publié le 19861205

La présente invention a essentiellement pour objet un procédé de traitement d'un lit fluidisé dans une chambre formant réacteur. Elle vise également une installation comportant application de ce procédé. On a déjà proposé de chauffer dans un réacteur un lit fluidisé constitué de particules finement divisées mises en suspension dans un gaz de fluidisation, à l'aide de torches à plasma injecté dans le lit fluidisé. Ceci permet de réaliser des réactions chimiques en phases hétérogènes avec une grande efficacité, en raison de l'agitation permanente des particules provoquant un transfert thermique élevé entre ces particules et le ou les gaz. Ceci permetvencore de réaliser des réactions chimiques en phases homogènes par exemple, ou bien de réaliser des opérations purement physiques telles que par exemple de séchage ou de grillage. Toutefois, un tel chauffage du lit fluidisé par torche à plasma conduit généralement à une ascension du lit fluidisé dans le réacteur, ce qui le désagrège ou le déstabilise, de sorte que les réactions recherchées dans le réacteur sont finalement loin d'être parfaites. En d'autres termes, l'homogénéité du lit fluidisé est fortement perturbée, ce qui se répercute évidemment sur l'efficacité des réactions dans le réacteur, étant entendu que cet inconvénient peut encore être aggravé par une distribution hétérogène des vitesses, des températures et des viscosités au sein du plasma injecté dans ledit réacteur. Aussi, la présente invention a pour but de remédier notamment aux inconvénients ci-dessus en proposant un procédé et une installation qui permettent de contrôler ou de maîtriser constamment l'homogénéité de ce lit lors de sa circulation dans le réacteur. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de traitement d'un lit fluidisé, selon lequel un matériau pulvérulent est introduit dans un réacteur et est mis en suspension à l'aide d'un courant gazeux injecté en partie basse de ce réacteur pour y former un lit fluidisé qui est chauffé par au moins une torche à plasma, caractérisé en ce qu'on provoque, grâce au plasma émanant de la torche, une circulation forcée et sensiblement horizontale d'au moins une partie des particules du matériau pulvérulent du lit fluidisé, depuis une entrée du réacteur où est située ladite torche et où est introduit le matériau pulvérulent, jusqu'à une sortie du réacteur où ce matériau est évacué et éventuellement recyclé. Suivant une autre caractéristique de ce procédé, l'injection du plasma dans le réacteur est effectuée suivant un angle qui est compris entre environ O et 450 par rapport à l'horizontale. Selon encore une autre caractéristique de ce procédé, l'angle d'injection du plasma dans le réacteur est au plus égal à 300 par rapport à l'horizontale. On précisera encore ici que l'introduction du matériau pulvérulent dans le réacteur est effectuée de préférence perpendiculairement à la partie basse de ce réacteur et sensiblement au droit du jet de plasma dans ledit réacteur. L'invention vise également une installation pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, et du type comprenant un réacteur auquel sont associés des moyens d'alimentation en matériau pulvérulent, des moyens d'injection d'un courant gazeux à la partie basse du réacteur, et au moins une torche d'injection latérale de plasma dans ledit réacteur, caractérisée en ce que le réacteur possède une forme générale allongée dans le sens horizontal et une partie basse permettant la circulation horizontale d'un lit fluidisé depuis une extrémité du réacteur jusqu'à l'autre, l'une de ces extrémités comportant ladite torche à plasma au-dessus et au droit de laquelle sont disposés les moyens d'alimentation en matériau pulvérulent, et l'autre extrémité du réacteur comportant des moyens d'évacuation du lit fluidisé. Cette installation est encore caractérisée par le fait que la ou les torches à plasma est ou sont fixées sur la paroi latérale du réacteur suivant un angle compris entre environ 0 et 450 par rapport à l'horizontale, tandis que les moyens d'alimentation en matériau pulvérulent comportent au moins une conduite débouchant dans la paroi supérieure du réacteur. On précisera encore ici que l'installation comprend une cheminée d'évacuation des gaz chauds et une ouverture d'évacuation des particules chaudes, qui sont prévues respectivement dans la paroi supérieure et de fond du réacteur, à l'autre extrémité de celui-ci. On comprend donc qu'à l'entrée du réacteur, le matériau pulvérulent à traiter est introduit au voisinage de l'injection du plasma, de sorte que le lit fluidisé qui se forme peut être entraîné horizontalement, sans que son homogénéité soit perturbée lors de son trajet dans le réacteur, et cela jusqu'à l'autre extrémité du réacteur où le lit fluidisé est évacué, stocké ou éventuellement recyclé. Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparattront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à-titre d'exemple, et dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique'en coupe verticale d'une installation conforme aux principes de l'invention - la figure 2 est une vue de dessus d'une installation utilisant une seule torche à plasma, et - la figure 3 est une vue de dessus d'une installation utilisant deux torches à plasma disposées côte à côte. Suivant l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, on voit qu'une installation conforme à l'invention comprend essentiellement une chambre ou réacteur 1 présentant une forme générale allongée horizontalement et comportant de ce fait une partie 2 formant entrée du réacteur et une partie 3 formant sortie du réacteur, ces deux parties étant relativement espacées l'une de l'autre dans le plan horizontal. La partie entrée 2 comporte une ou plusieurs torches à plasma 4 solidaires de la paroi latérale 5 du réacteur 1. Cette partie 2 comprend également des moyens d'alimentation en matériau pulvérulent, qui, suivant l'exemple représenté, sont constitués par une trémie 6 communiquant avec le réacteur 1 par l'intermédiaire d'une canalisation 7 équipée d'une vanne 8 et débouchant en 9 dans la paroi supérieure 10 du réacteur 1. La ou les torches à plasma 4 sont fixées sur la paroi 5 du réacteur 1 suivant un angle qui ici est égal à environ 450 par rapport à l'horizontale, mais qui pourrait parfaitement être compris entre O et 450, sans sortir du cadre de l'invention. Comme cela est connu en soi, la torche à plasma 4 est essentiellement constituée par un tube de quartz 4a autour duquel est agencé un enroulement self-inducteur 12 susceptible de produire un jet de plasma visible en 13 sur les figures. La canalisation 7 débouche dans le réacteur 1 de préférence perpendiculairement à la paroi supérieure 10 et à la paroi de fond 11 du réacteur 1, et sensiblement au droit du jet de plasma 13. La paroi de fond 11 du réacteur 1 est munie, comme connu en soi d'une grille 14 en dessous de laquelle parvient un courant gazeux acheminé par une conduite 15. Ainsi, le courant gazeux permettra la mise en suspension des particules du matériau pulvérulent 16 au-dessus de la grille 14 pour former un lit fluidisé 17 circulant horizontalement sur cette grille, comme on l'expliquera plus loin en détail. L'autre partie ou extrémité 3 du réacteur horizontal 1 comporte une cheminée 17 d'évacuation des gaz chauds et ménagée au-dessus de la paroi supérieure 10 du réacteur. L'extrémité 3 comporte également, en partie basse du réacteur 1, une ouverture 18 permettant l'évacuation des particules chaudes du lit fluidisé 17 dans par exemple un réservoir de stockage 19. Ce réservoir communique avec le réacteur 1 par un conduit 20 qui peut être équipé d'une vanne 21. Au lieu de stocker les particules chaudes dans le réservoir 19, on pourrait parfaitement, sans sortir du cadre de l'invention, prévoir un recyclage desdites particules dans le réacteur, bien que cela ne soit pas représenté. Dans ce cas-là, la vanne 21, sera bien évidemment utilisée pour effectuer le recyclage en question. Egalement, on pourrait parfaitement envisager un recyclage des gaz chauds sortant par la cheminée 17 dans la torche à plasma 4 et/ou dans la conduite 15. Les figures 2 et 3 montrent qu'une installation conforme à l'invention peut comporter une seule ou deux torches à plasma telles que 4, lesquelles torches pouvant même être prévues suivant un nombre supérieur à deux et réaliser une injection de plasma 13 suivant un angle identique ou différent d'une torche à l'autre. Le fonctionnement de l'installation qui vient d'être décrite est le suivant. Le lit fluidisé 17 est, comme on le voit bien sur les figures, un lit horizontal comportant une certaine longueur entre les extrémités 2 et 3 du réacteur. Par conséquent dès la formation du lit dans la partie du réacteur qui est visible à droite sur la figure 1, le matériau pulvérulent mis en suspension va circuler horizontalement, de la droite vers la gauche, sous l'impulsion du plasma 13. Et on comprend que la portion de lit fluidisé chauffée et poussée par le plasma 13 s'éloignera progressivement dudit plasma sans aucune perturbation du lit fluidisé 17 dont les particules chaudes pourront être stockées en 19 ou recyclées, comme expliqué précédemment. C'est dire que le lit fluidisé demeurant homogène tout le long de son trajet, les réactions qui s'effectueront en son sein pourront s'accomplir parfaitement. I1 convient de préciser ici que le débit du gaz de fluidisation dans la conduite 15 et que la granulométrie du matériau pulvérulent 16 pourront être par exemple choisis de façon à obtenir au sein du lit fluidisé 17 une viscosité proche de celle du plasma engendré par la ou les torches 4, afin de permettre un excellent mélange entre ce plasma et le lit fluidisé. Le lit fluidisé pourra présenter par exemple une viscosité de l'ordre de quelques centipoises correspondant à la distribution de la quantité de mouvement au sein du lit fluidisé. On obtient un lit fluidisé qui est parfaitement stable et qui utilise au mieux l'énergie thermique et l'énergie cinétique du plasma, de sorte que les transferts thermiques et de quantités de mouvement se trouvent optimisés.On pourra bien sûr régler la température du lit fluidisé en agissant, selon les résultats recherchés, sur les débits de gaz de fluidisation, sur le débit du plasma dans les torches 4, ainsi que sur le débit du matériau pulvérulent dans la canalisation 7. L'installation selon l'invention est applicable à de nombreux traitements de matériaux divers, parmi lesquels on peut citer par exemple le grillage des minerais, la gazéification du charbon et des hydrocarbures lourds, la trempe en lit catalytique, la synthèse chimique de produits solides ou gazeux, le séchage, l'encapsulage et la sphéroidisation. On a donc réalisé suivant l'invention un procédé et une installation permettant des traitements très divers par lit fluidisé à circulation horizontale forcée dans un réacteur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. - Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVENDICATIONS 1.- Procédé de traitement d'un lit fluidisé, selon lequel un matériau pulvérulent est introduit dans un réacteur et est mis en suspension à l'aide d'un courant gazeux injecté en partie basse de ce réacteur pour y former un lit fluidisé qui est chauffé par au moins une torche à plasma, caractérisé en ce qu'on provoque, grâce au plasma émanant de la torche, une circulation forcée et sensiblement horizontale d'au moins une partie des particules du matériau pulvérulent du lit fluidisé depuis une entrée du réacteur où est située ladite torche et où est introduit le matériau pulvérulent jusqu'à une sortie du réacteur où ce matériau est évacué et éventuellement recyclé. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'injection du plasma dans le réacteur est effectuée suivant un angle qui est compris entre environ O et 450 par rapport à l'horizontale. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'angle d'injection du plasma dans le réacteur est au plus égal à 300. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'introduction du matériau pulvérulent dans le réacteur est effectuée perpendiculairement à la partie basse de ce réacteur et sensiblement au droit du jet de plasma dans ledit réacteur. 5.- Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4 et du type comprenant un réacteur auquel sont associés des moyens d'alimentation en matériau pulvérulent, des moyens d'injection d'un courant gazeux à la partie basse du réacteur, et au moins une torche d'injection latérale de plasma dans ledit réacteur, caractérisée en ce que le réacteur possède une forme générale allongée dans le sens horizontal et une partie basse permettant ainsi la circulation horizontale d'un lit fluidisé depuis une extrémité du réacteur jusqu'à l'autre, l'une de ces extrémités comportant ladite torche à plasma au-dessus et au droit de laquelle sont disposés les moyens d'alimentation en matériau pulvérulent, et l'autre extrémité comportant des moyens d'évacuation du lit fluidisé. 6.- Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que la ou les torches à plasma est ou sont fixées sur la paroi latérale du réacteur suivant un angle compris entre environ O et 450 par rapport à l'horizontale, tandis que les moyens d'alimentation en matériau pulvérulent comportent au moins une conduite débouchant dans la paroi supérieure du réacteur. 7.- Installation selon-la revendication 5 ou 6, caractérisée pour une cheminée d'évacuation des gaz chauds et par une ouverture d'évacuation des particules chaudes, prévues respectivement dans la paroi supérieure et de fond du réacteur, à l'autre extrémité de celui-ci.