Brevet FR2582541A1 — publié le 19861205

La présente invention a essentiellement pour objet un procédé de traitement d'un lit fluidisé dans un réacteur. Elle vise également une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. On sait depuis longtemps que la formation d'un lit fluidisé peut etre obtenue par la mise en suspension dans un courant gazeux d'un matériau finement divisé sous forme de particules. Plus précisément, le lit fluidisé peut être formé dans une chambre ou un réacteur dans lequel on introduit un matériau pulvérulent à traiter ainsi qu'un gaz de fluidisation qui est injecté en partie basse du réacteur pour maintenir en suspension et en mouvement les particules du matériau pulvérulent. De cette manière, on peut effectuer un certain nombre de réactions chimiques en phases hétérogènes en raison des transferts thermiques importants entre le gaz fluidisant et les particules, ainsi qu'en raison de l'agitation permanente des particules en suspension. I1 est également possible de cette façon, de réaliser des réactions en phases gazeuses, le lit fluidisé constituant par exemple un lit catalytique. I1 est encore possible de réaliser des traitements purement physiques tels que par exemple le séchage de matériaux pulvérulents ou le grillage des minerais. Pour chauffer le lit fluidisé, on a déjà proposé divers moyens tels que par exemple des torches à plasma qui peuvent fixées latéralement sur la paroi du réacteur dans lequel est formé le lit fluidisé. Mais l'emploi des torches à plasma, tel qu'il a été préconisé jusqu'à maintenant sur les réacteurs à lit fluidisé, procure un certain nombre d'inconvénients, tels que par exemple un entratnement important des particules par le gaz chaud augmenté par la vitesse du plasma et par sa viscosité provoquant de ce fait l'instabilité du lit fluidisé, ce qui est évidemment préjudiciable aux réactions que iton veut faire dans le réacteur. Si par exemple les particules en suspension doivent subir un traitement thermique qui soit très bref, on comprend que ce traitement ne sera pas adéquat, surtout si la circulation du lit fluidisé dans le réacteur est pratiquement nulle. Aussi, la présente invention a pour but de remédier aux inconvénients ci-dessus en proposant un procédé et une installation de traitement d'un lit fluidisé qui sont particulièrement avantageux pour réaliser d'une façon efficace des réactions de types divers. 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 mis en suspension à l'aide d'un courant gazeux injecté en partie basse du 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 verticale d'au moins une partie des particules du matériau pulvérulent du lit fluidisé depuis le bas vers le haut du réacteur pour permettre notamment le recyclage au moins partiel des particules chaudes recueillies en haut du réacteur et réinjectées dans le lit fluidisé. On comprend donc que grâce au jet de plasma sortant d'une ou plusieurs torches, on réalisera une mise en circulation verticale énergique d'au moins une partie des particules du lit fluidisé, ce qui améliorera le brassage des particules et du gaz de fluidisation et permettra avantageusement un recyclage controlable de ces particules et de ce gaz. Suivant une autre caractéristique de ce procédé, on recycle les particules chaudes recueillies en partie haute du réacteur en les injectant au-dessus et/ou au-dessous de l'introduction du plasma dans ledit réacteur. Selon encore une autre caractéristique de ce procédé, on recycle au moins une fraction des gaz chauds en partie haute du réacteur dans la torche à plasma et/ou dans le courant gazeux injecté en partie basse du réacteur. Il convient encore de noter ici que le nombrede recyclages des particules chaudes et/ou le fonctionnement de la torche à plasma peut ou peuvent être ajustés en fonction du temps de traitement nécessaire à l'accomplissement des réactions dans le réacteur. L'invention vise également une installation pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, et du type comprenant un réacteur à axe vertical, au moins unie torche d'injection latérale de plasma dans ledit réacteur, des moyens d'injection d'un courant gazeux en partie basse du réacteur, ainsi que des moyens d'alimentation en matériau pulvérulent vers la partie basse du réacteur, caractérisée en ce que la partie haute du réacteur est associée à un cyclone ou analogue dont la sortie comporte au moins une conduite de recyclage des particules chaudes qui débouche latéralement dans le réacteur au-dessus ou au-dessous de la torche à plasma. Cette installation est encore caractérisée par le fait que la partie haute du cyclone précitée est raccordée par au moins un conduit à la torche à plasma et/ou à la partie basse du réacteur. Suivant une autre caractéristique de cette installation, les moyens d'alimentation en matériau pulvérulent comprennent au moins une canalisation débouchant dans le réacteur entre sa partie basse et la torche à plasma. On précisera encore qu'une vanne peut être prévue à la sortie du cyclone et permettre la communication de ce cyclone soit avec la conduite précitée soit avec un réservoir de stockage du matériau pulvérulent évacué par le réacteur. Mais d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront 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 et en coupe verticale d'une installation conforme aux principes de l'invention, et - la figure 2 est une vue schématique et en coupe verticale d'un deuxième mode de réalisation d'installation selon cette invention. Suivant l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, on voit qu'une installation conforme à l'invention comprend essentiellement un réacteur i à axe vertical s'étendant sur une certaine hauteur et dans la partie basse 2 duquel est introduit par un orifice 3, un gaz sous pression matérialisé par la flèche 4. Un matériau pulvérulent 5 contenu dans une trémie 6 est introduit en partie basse du réacteur 2 par une canalisation de préférence oblique 7. Le matériau pulvérulent 5 est retenu par une grille 8 agencée à l'intérieur et en partie basse 2 du réacteur 1. Une ou plusieurs torches à plasma 9 sont fixées perpendiculairement ou suivant un certain angle par rapport à l'horizontale, sur la paroi du réacteur 1. Comme cela est connu, les torches 9 sont par exemple constituées par un tube de quartz 10 entouré par une self 11 engendrant un jet de plasma 12 ou encore une torche à plasma à arc (non représentée) qui, dans le cas présent, provoque notamment l'entratnement d'au moins une partie du lit fluidisé 13 depuis la partie basse 2 du réacteur 1 jusqu'à la partie haute 14 dudit réacteur. Cette partie haute 14 est raccordée à la partie supérieure d'un cyclone 15 dont la sortie comporte une conduite 16 qui débouche en 17 dans le réacteur 1 au-dessus de la torche à plasma 9. La sortie du cyclone peut également être équipée d'une autre conduite 18 raccordée à un réservoir de stockage 19 des particules du matériau pulvérulent déjà traité dans le réacteur 1. On a montré en 20 une vanne permettant la communication du cyclone 15 soit avec le réservoir 19, soit avec l'intérieur du réacteur 1. En partie haute du cyclone 15, est prévu un conduit 21 permettant le recyclage des gaz chauds dans la torche à plasma 9 et/ou avec le courant gazeux 4 injecté dans la partie basse 2 du réacteur 1, comme on l'a montré schématiquement par des traits pointillés repérés respectivement en 22 et 23, étant bien entendu qu'on pourrait parfaitement prévoir une vanne (non représentée) à l'intersection 24 des conduits 22 et 23 pour alimenter en gaz chauds recyclés soit la ou les torches 9, soit la partie basse 2 du réacteur 1. On a également montré en 25 une vanne entre la trémie 6 d'alimentation en matériau pulvérulent et la canalisation 7 d'acheminement de ce matériau dans le réacteur 1. On a utilisé sur la figure 2 les mêmes repères que sur la figure 1 pour désigner les éléments communs aux installations montrées sur ces deux figures. La seule différence entre l'installation montrée sur la figure 2 et celle montrée sur la figure 1, se situe au niveau du recyclage des particules chaudes dans le réacteur 1. En effet, dans le cas de la figure 2, on voit qu'à la sortie du cyclone 15 est prévue une conduite 26 qui débouche en 26a non pas au-dessus de la torche à plasma 9, comme dans la figure 1, mais au-dessous de cette torche à plasma. On décrira maintenant brièvement le fonctionnement de l'installation qui vient d'être décrite et qui est d'ailleurs le même pour les deux réalisations représentées. Le matériau pulvérulent arrivant par la canalisation 7 est mis en suspension en partie basse 2 du réacteur 1 grâce au flux de gaz sous pression 4 pénétrant par l'orifice 3. Le jet de plasma 12 émanant de la ou des torches 9 est injecté dans le lit fluidisé ainsi formé, sous une pression très variable qui peut être comprise entre 0,5 et 50 bars. Le grand débit volumique des gaz plasmagènes chauds et leur très grande vitesse d'éjection, de même que leur viscosité élevée, provoquent l'agitation des particules ainsi qu'une mise en circulation importante du lit fluidisé en direction de la partie haute 14 du réacteur 1 comme cela est matérialisé par les flèches F. On obtient par conséquent une interpénétration optimale des deux milieux constitués par le plasma et le lit fluidisé, ainsi qu'un transfert de chaleur très important entre le gaz plasmagène et les particules. On notera également que le débit des particules peut être réglé de manière que les parois du réacteur se trouvent protégées contre l'attaque corrosive, grâce à la circulation des particules le long des parois qui absorbent l'énergie thermique et l'énergie cinétique de ce plasma. Lorsqu'elles parviennent en partie haute 14 du réacteur 1, les particules chaudes sont séparées dans le cyclone 15 et sont recyclées dans le réacteur 1, soit au-dessus du jet de plasma 12 dans le cas d'un recyclage rapide à-haute température (figure 1), soit au-dessous de ce jet dans le cas où l'on recherche un recyclage plus lent (figure 2). Il est à noter ici que le nombre de cycles subis par les particules chaudes, de même que le fonctionnement de la torche ou des torches à plasma 9 peuvent etre ajustés en fonction du temps de traitement nécessaire à l'accomplissement des réactions à réaliser. On maitrise parfaitement de la sorte le temps de traitement optimal. Par ailleurs, grâce au recyclage partiel ou total des gaz chauds sortant du réacteur 1 et du cyclone 15, on peut contrôler la température du gaz de fluidisation 4 avant son introduction, ce qui permet d'obtenir dans le réacteur une température appropriée à la fois pour la ou les réactions à réaliser et pour la bonne tenue des parois du réacteur. En outre, on peut, avec une installation conforme à l'invention, choisir le ou les gaz plasmagènes appropriés en fonction des réactions à effectuer dans le réacteur 1. Enfin, on notera que cette installation permet des traitements de matériaux très divers parmi lesquels on peut citer le grillage des minerais, la gazéification du charbon, la trempe en lit catalytique, la synthèse chimique de produits solides ou gazeux, le séchage et l'encapsulage. Bien entendu, l'invention n'est nullement 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 du 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 verticale d'au moins une partie des particules du matériau pulvérulent du lit fluidisé depuis le bas vers le haut du réacteur pour permettre notamment le recyclage au moins partiel des particules chaudes recueillies en haut du réacteur et réinjectées dans le lit fluidisé. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on recycle les particules chaudes recueillies en partie haute du réacteur en les injectant au-dessus et/ou au-dessous de l'introduction du plasma dans ledit réacteur. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on recycle au moins une fraction des gaz chauds en partie haute du réacteur dans la torche à plasma et/ou dans le courant gazeux injecté en partie basse du réacteur. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le nombre de recyclages des particules chaudes et/ou le fonctionnement de la torche à plasma est ou sont ajustés en fonction du temps de traitement nécessaire à l'accomplissement des réactions dans le réacteur. 5.- Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4 et du type comprenant un réacteur à axe vertical, au moins une torche d'injection latérale de plasma dans ledit réacteur, des moyens d'injection d'un courant gazeux à la partie basse du réacteur, ainsi que des moyens d'alimentation en matériau pulvérulent vers la partie basse du réacteur, caractérisée en ce que la partie haute du réacteur est associée à un cyclone dont la sortie comporte au moins une conduite ou analogue de recyclage des particules chaudes qui débouche latéralement dans le réacteur au-dessus ou au-dessous de la torche à plasma. 6.- Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que la partie haute du cyclone précité est raccordée par au moins un conduit à la torche à plasma et/ou à la partie basse du réacteur. 7.- Installation selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que les moyens d'alimentation en matériau pulvérulent comprennent au moins une canalisation débouchant dans le réacteur entre sa partie basse et la torche à plasma. 8.- Installation suivant l'une des revendications 5 à 7, caractérisée par une vanne prévue à la sortie du cyclone et permettant la communication du cyclone soit avec la conduite précitée soit avec un réservoir de stockage du matériau pulvérulent évacué par le réacteur.