Brevet FR2923732A1 — publié le 20090522

L'épuisement des ressources pétrolières et la pollution en dioxyde de carbone (CO2) que génère la combustion de produits pétroliers (une des principales causes du réchauffement climatique), impliquent le développement de procédés de production d'énergies alternatives moins polluantes, permettant de conserver le confort de vie des pays industrialisés et de faire face à la demande en énergie toujours croissantes des pays émergents. En effet, la consommation énergétique mondiale était de 5500 Mtep en 1971, de 10300Mtep en 2002, et est évaluée à 16500Mtep pour 2030. Il faut toutefois distinguer : - D'une part, les besoins énergétiques destinés au développement industriel et urbain, que nous pouvons qualifier de statiques (pour lesquelles de nombreuses solutions voient le jour. Essentiellement des unités de production d'électricité solaire, nucléaire, hydraulique, géothermique, éolienne ...). - D'autre part, les besoins énergétiques liés aux transports qui nécessitent le stockage et le transport de l'énergie par le véhicule lui-même, exception faite des véhicules électriques en ligne comme les trains et les tramways ...DTD: Pour ce deuxième besoin lié au transport, les solutions semblent bien moins évidentes, car le ou les carburants utilisés dans les différents modes de transport doivent répondre à plusieurs contraintes. Ils doivent être facilement transportables et stockables dans des conditions de sûreté au moins équivalentes à ce qui existe actuellement pour les produits pétroliers, avoir une balance de pollutions ( fabrication - utilisation inférieure à celle des hydrocarbures ) et enfin être économiquement viables par rapport aux produits pétroliers. Le problème se complique encore plus en prenant en compte les contraintes d'un carburant compatible avec les transports aériens. Différentes voies se dessinent pour la production de carburant pour les véhicules : • La production de biocarburant (alcool, ester), • L'utilisation du dihydrogène comme carburant dans des piles à combustible, ou des 35 moteurs thermiques, • L'utilisation de batteries très performantes dans des véhicules électriques, • L'utilisation de la biomasse ou de charbon pour la production de carburant. La production de biocarburant, alcool ou ester d'acides gras, semble de prime abord 40 prometteuse et est déjà mise en place dans différents pays. Toutefois, ces solutions ne sont pas parfaites, en effet les surfaces à cultiver pour offrir une autonomie énergétique sont colossales, représentant plus que l'ensemble des surfaces cultivées actuellement. De ce fait, ces cultures entrent en concurrence avec les cultures alimentaires. Les matières premières pour la production de ces biocarburants sont souvent des produits alimentaires comme le 45 maïs, le blé, etc. Une exploitation intense de biocarburants de ce type, en plus de déséquilibrer l'économie agroalimentaire mondiale, particulièrement celle des pays émergents et en voie de développement, serait un vecteur fort de risque de famine et de désordres écologiques importants. De plus, certains modes de production de ces biocarburants ont un rendement énergétique 50 très faible et une balance de pollution élevée au regard du pétrole. Pour exemple, nous pouvons citer la production d'éthanol à partir de la betterave, ou la production d'acides gras ou d'ester à partir du colza. L'utilisation du dihydrogène comme carburant semble une solution élégante pour un carburant propre à l'utilisation. Toutefois le problème de production du dihydrogène non polluant pour un coût de revient équivalent aux produits pétroliers n'est pas encore résolu. De plus, l'utilisation de ce carburant nécessite de lever de nombreux verrous pour son stockage et sa distribution au regard de sa dangerosité. Le stockage de l'énergie électrique dans des batteries qui seront utilisées dans des véhicules électriques ou mixte électrique - thermique est l'une des solutions proposée par de nombreux constructeurs automobiles. Cette solution implique la production de batteries très performantes à faible coût ne générant pas ou peu de pollution, que ce soit pour leur fabrication ou pour leur recyclage. De plus, le problème de la production d'un carburant alternatif subsiste pour les véhicules à propulsion mixte électrique û thermique. À notre connaissance, aucune solution viable de propulsion aéronautique basée sur les piles à combustible ou les batteries électriques n'a été proposée à ce jour. L'utilisation de la biomasse et notamment des déchets végétaux, de cellulose, ou de produits agricoles non valorisés, représente une ressource importante de matières premières pour la fabrication de carburants liquides, de même que pour les matières plastiques non recyclables en fin de vie. Les réserves de charbon fossile peuvent permettre de satisfaire les besoins en carburant liquide pour plusieurs décennies encore. Toutefois, que ce soit pour la biomasse ou le charbon fossile, les procédés de gazéification utilisés pour la fabrication de carburant liquide à partir de ces matières premières sont encore trop polluants en CO2, qui peut représenter de 20 à 40% des gaz produits. En raison de cette perte de carbone sous forme de CO2, la production de carburant à partir de la biomasse par gazéification ne présente une balance de pollution que légèrement favorable par rapport au pétrole, qui devient vite défavorable si les difficultés à contrôler les émissions de CO2 lors de la production des biomasses et de leur transport aux usines de transformation ne sont pas maîtrisées. En minimisant les pertes de carbone sous forme de CO2 lors de la production de carburant à partir de biomasse, cette balance pourrait être conduite à l'équilibre ou proche celui-ci, si l'on parvient à séquestrer le CO2 produit ou à le transformer en carburant avec un meilleur rendement. En effet, dans ces conditions, les biomasses fixeraient une proportion de carbone équivalente à celle dégagée lors de la combustion du carburant synthétisé. Pour le charbon fossile, la situation est toute autre. Quel que soit le mode de transformation du charbon en carburant, la combustion du carburant rejettera dans l'atmosphère du CO2 provenant de carbone fossile, en plus des sous-produits indésirables (souffre, sulfure ...) . Un procédé de gazéification sans rejet de CO2 améliorera la balance de pollution des carburants obtenus par rapport aux produits pétroliers. Toutefois pour rendre la balance de pollution des carburants d'origine fossile équivalente à la balance des carburants provenant de la biomasse, des solutions de séquestration ou de transformation du CO2 devront être mises en place au niveau des sites d'utilisation des biocarburants, c'est-à- dire des véhicules eux-mêmes.50 De plus en plus de méthodes permettent la transformation du CO2 en produit valorisable sont développées, toutefois très peu d'entre elles décrivent des solutions adaptées à l'industrie de gazéification de biomasse ou du charbon. Deux grands types de procédés de transformation du CO2 peuvent êtres cités : • Les méthodes catalytiques consistant à réduire le CO2 dans des composés comme le méthanol, le formaldéhyde ou l'acide formique directement valorisable. • Les procédés électrochimiques en phase gazeuse consistant à réduire le CO2 en (monoxyde de carbone) CO et en (dihydrogène ) H2 sous l'action de décharges électriques. A noter qu'il existe des méthodes électrochimiques en solution permettant de transformer le CO2 en acide formique. Bien que valorisables industriellement, le méthanol, le méthanal, l'acide formique, ne permettent que très difficilement la synthèse d'hydrocarbures par des procédés comme le procédé Fischer-Tropsch (FT). 20 Les procédés électrochimiques en phase gazeuse, peuvent produire du CO et du H2 à partir de CO2 gaz. Les méthodes d'arc glissant (Glid-Arc) sont particulièrement prometteuses bien qu'encore très consommatrices d'énergie (plusieurs kilovolts par m3 de gaz produit). Les procédés Glid-Arc décrits pour l'instant nécessitent souvent pour réduire le CO2, l'utilisation de gaz additifs comme l'acide sulfurique (H2S) ou le méthane (CH4). Ces 25 méthodes ne sont pas décrites pour oxyder des particules de char ou de charbon. Les additifs favorisant les réactions sont toujours des gaz. Les géométries décrites pour les procédés Glid-Arc rendent très difficilement l'optimisation des rendements des différentes réactions en fonction des flux des différents gaz. Les méthodes Glid-Arc génèrent des plasmas dits hors équilibre. Aucune description ne fait état de méthodes mixtes faisant 30 intervenir de manière concomitante ou alternative un plasma hors équilibre avec un plasma thermodynamique. De même, aucune étude n'a fait état de procédés faisant intervenir des plasmas d'origine optique, des plasmas électriques hors équilibre et des plasmas thermodynamique. Aucune étude ne fait état de procédés d'orientation des réactions se faisant dans un plasma par des enrichissements en métaux, particules, ou catalyseur, 35 permettant ainsi de favoriser telle ou telle réaction dans un plasma. La réduction du CO2 en CO et H2 est un verrou technologique majeur dans l'industrie des synthèses d'hydrocarbures. En effet, une grande partie (30 à 40 %) de la matière première (Charbon, Char) est perdue sous forme de CO2, ce qui rend, en plus du coût économique, 40 cette industrie extrêmement polluante. Nous proposons un procédé et une série de dispositifs alternatifs, adaptés à la gazéification des biomasses et du charbon, permettant des produire un synGaz (CO û H2) en diminuant les coûts énergétiques prélevés sur la biomasse ou le charbon pour la synthèse. En effet, l'énergie nécessaire aux différentes réactions est habituellement apportée par une 45 combustion d'une partie du char ou du charbon. Dans le procédé décrit ici, une grande partie de cette énergie est remplacée par l'énergie solaire et l'énergie des différents plasmas produits tout au long du procédé. Les différents plasmas utilisés sont d'origine mixte et l'énergie électrique nécessaire à leur production provient d'énergies renouvelables (solaire, éolienne), ou d'énergie provenant de récupération thermique tout au 50 long du dispositif. Les pertes de carbone, sous la forme de CO2, sont minimisées par l'utilisation de plasmas de différentes natures (électrique, micro-ondes, ICP, optique). Ces15 plasmas sont utilisés tout au long du procédé comme moyen supplémentaire pour oxyder le carbone en CO et réduire le CO2 en CO. L'action des plasmas est amplifiée par leur enrichissement par différents métaux ou éléments (Mg, Mn, AL, Fe, Si, SiO2 ...) . Principe de fonctionnement L'invention consiste en un procédé organisant une série d'unités fonctionnelles utilisant 10 l'énergie solaire et/ou l'énergie d'un plasma pour réaliser les différentes étapes intervenant dans la gazéification de biomasse ou de carbone, dans la synthèse de carburants liquides et gazeux, ainsi que dans leur séparation. 1.1 Dans un mode de réalisation, l'unité fonctionnelle permettant la torréfaction et la 15 pyrolyse de la biomasse ou du charbon est un réacteur four solaire/micro-ondes (F_smo) constitué d'un tuyau Fig1.1 dont le diamètre est compris entre 1 centimètre et 5 mètres et d'une longueur comprise entre 10 centimètres et 10 mètres. Au centre du tuyau est disposée une vis sans fin Fig1.2 permettant l'avancée de la biomasse ou du charbon le long de la lumière du tuyau. Le charbon, la biomasse ou tout 20 autre composé carboné pourra être organisé en granules ou particules homogènes ou non, de taille comprise entre quelques millimètres à quelques centimètres. Dans la suite de ce document, granules et particules seront désignés sous le nom commun de granules. A l'extérieur du tuyau à une distance constante, le long de sa longueur est disposé un ou plusieurs miroirs Fig1.3 permettant de faire converger la lumière du soleil à la surface du 25 tuyau. Le tuyau sera de préférence de couleur noire mate permettant un maximum d'absorption de la lumière et de la chaleur du rayonnement solaire. La peinture du tuyau pourra comporter des particules de silice de quelques microns de diamètre (particule quantique ou Qdot) optimisant l'absorption des rayonnements UV. Dans certains modes de réalisation, les miroirs sont par exemple des miroirs concaves par rapport à l'axe principal 30 du tuyau à vis sans fin, tel que le rayon de courbure soit égal à la distance séparant les miroirs de la surface du tuyau à vis sans fin. Dans un autre mode de réalisation, les miroirs pourront être des miroirs de faible largeur rectangulaire, disposés parallèlement à l'axe du tuyau à vis sans fin selon leurs longueurs, à une distance constante de la surface du tuyau. La distance entre les miroirs et la surface du tuyau sera définie telle que, la largeur de 35 l'image ou le reflet du miroir à la surface du tuyau à vis sans fin soient inférieurs au diamètre du tuyau, afin que l'ensemble de la lumière réfléchie par un miroir arrive à la surface du tuyau. Selon une section du tuyau à vis sans fin, une série de miroirs sera disposée de manière à ce que la largeur des miroirs permette de suivre en escalier un demi cercle ou une section ellipsoïde quelconque autour du tuyau Fig1.4. Dans le cas de miroirs 40 parfaitement plans, il suffit de disposer de miroirs dont la largeur est inférieure au diamètre du tuyau à vis sans fin. Chaque miroir aura une inclinaison plus ou moins importante par rapport à la tangente au support circulaire ou ellipsoïdal au niveau de la fixation du miroir, pour permettre de réfléchir la totalité de la lumière à la surface du tuyau à vis sans fin. Toutes les situations intermédiaires faisant intervenir de multiples miroirs rectangulaires 45 concaves selon une section du tuyau à vis sans fin, peuvent être envisagées. La distance entre les miroirs et la surface de la vis sans fin est définie par le rayon de courbure des miroirs. Cette distance peut être éventuellement raccourcie pour que la largeur de l'image du miroir sur le tuyau à vis sans fin soit comprise entre un point ( une ligne le long du tuyau) et la taille du diamètre du tuyau à vis sans fin. Le support des miroirs, en portion de 50 cercle ou en portion ellipsoïde, pivotera autour du tuyau à vis sans fin, afin de fournir la meilleure réflexion de la lumière sur la surface du tuyau. De même, chaque miroir5 possédera éventuellement un axe propre lui permettant de pivoter par rapport à la tangente du support, pour offrir le meilleur angle de réflexion par rapport à la position du soleil. L'ensemble des mouvements des supports des miroirs ou ceux des miroirs eux- mêmes, pourra éventuellement être réalisé par un système motorisé contrôlé par ordinateur. La meilleure orientation sera déterminée par des cellules photoréceptrices disposées sur le tuyau à vis sans fin. Préférentiellement les tuyaux à vis sans fin seront dirigés vers le sud dans leur longueur, pour le maximum d'ensoleillement. Une zone des miroirs située exactement à l'aplomb du tuyau à vis sans fin ne sera jamais illuminée. Les miroirs dans la zone d'ombre, seront éventuellement supprimés. La position de la zone d'ombre peut varier d'une orientation à l'autre du tuyau à vis sans fin, les ajustements sont réalisés en fonction de l'orientation. A l'aplomb de la zone d'ombre au-dessus du tuyau à vis sans fin sont disposées des lentilles convergentes Figl.5 ou de Fresnel à une distance de la surface du tuyau à vis sans fin voisine de leur distance focale. Le nombre des lentilles dépendra de la taille et du diamètre du tuyau à vis sans fin. Les lentilles seront disposées sur un support dont les mouvements de rotation sont solidaires des rotations du portoir de miroirs de l'autre côté du tuyau à vis sans fin. A différents points du tuyau à vis sans fin, sont introduites des micro-ondes de fréquence comprise entre 1 GigaHertz et 300 GigaHertz. Le nombre de sources de micro-ondes, comprises entre une et plusieurs dizaines, dépendra de la puissance souhaitée et de la consommation électrique envisagée pour l'installation. Dans certains modes de réalisations, ces sources de micro-ondes seront constituées d'un solénoïde entourant le tuyau à vis sans fin relié à un générateur de courant électrique de hautes fréquences. Sous l'action du courant alternatif, le solénoïde génère des radio-fréquences au sein du tuyau à vis sans fin. Dans un mode de réalisation préférentiel, la source de micro-ondes est un magnétron Figl.6. La partie de la vis sans fin faisant face à l'antenne du magnétron ou au guide d'ondes, est éventuellement constituée en une matière insensible ou transparente aux micro-ondes et électriquement neutre typiquement en céramique. La largeur du tuyau sera préférentiellement égale à un nombre entier de longueur d'onde � X � des micro-ondes utilisées. Cette largeur pourra être modulée en fonction du déphasage � � dû aux réflexions sur les parois. La région du tuyau où sont introduites les ondes produites par l'antenne du magnétron est éventuellement recouverte sur la face intérieure, d'une matière pouvant réfléchir les micro-ondes, typiquement une feuille d'aluminium déposée sur un revêtement céramique (tout autre matériau réfléchissant les micro-ondes peut convenir). La zone recouverte du réflecteur s'étend de part et d'autre de la région où sont introduites les micro-ondes préférentiellement d'une longueur égale à k/4 afin de favoriser les interférences constructives. Dans un mode de réalisation préférentiel, le matériau constituant le tuyau à vis sans fin réfléchira les micro-ondes. Les micro-ondes entraînent l'échauffement très rapide des molécules des granules de biomasse ou de charbon, par l'agitation des molécules d'eau contenue dans les granules, ou de toutes autres molécules avec un moment dipolaire. La chaleur produite par les micro-ondes additionnée à la chaleur de convergence du rayonnement solaire, entraîne la torréfaction et la pyrolyse de la biomasse ou du charbon. Lors de cette pyrolyse, il se produit un dégagement de matières volatiles contenant du goudron, ainsi que divers autres gaz inflammables. Ces différents gaz sont récupérés par des cheminés de dégazage Fig2.8 pour être injectés dans un réacteur de gazéification. Avant leur injection dans le gazéificateur, ces gaz peuvent être surchauffés (entre 200 et 2000 °C) par apport de micro-ondes par un magnétron ou une autre source de micro-ondes. 1.2 Dans un mode de réalisation particulier, le réacteur four solaire/micro-ondes (F_smo) peut servir à apporter l'énergie nécessaire à d'autres types de réactions industrielles telles que la fermentation alcoolique à partir d'eau sucrée de jus de canne à sucre, ou des broyats de canne à sucre, mais aussi des réactions de digestion enzymatique nécessaire pour la fabrication du sucre et de l'alcool à partir de betteraves, du maïs, de la banane ... Le système est alors réglé pour atteindre des températures plus faibles (30 à 40°C) permettant les réactions enzymatiques au cours de la transition des substrats dans le tuyau du réacteur sous l'action de la vis sans fin. Le réchauffement du substrat se fait au départ sous l'action des micro-ondes et de la convergence de la lumière à la surface du tuyau de réaction. Les enzymes nécessaires à la fermentation, digestion et aux isomérisations sont introduites selon l'ordre des réactions souhaité, après la source de micro-ondes, par des cheminées d'ajout de ferments. D'une manière générale, le réacteur F_smo peut être utilisé dans toutes les réactions chimiques ou physico-chimiques de synthèse, de lyse, de changement de phase, d'un ou de plusieurs produits ou substrats nécessitant un apport calorifique pour déclencher et/ou entretenir les réactions, notamment les réactions de saponification ou d'estérification. 2.1 Après pyrolyse, le char ou le charbon est déversé dans un gazéificateur. Tous les types 20 de gazéificateurs peuvent convenir. Le mode de réalisation préférentiel utilisera un gazéificateur mixte à Lit Fixe/Lit fluide à Cyclone (LFLC). Dans un mode de réalisation particulier, le LFLC est constitué d'un coeur constitué d'un tuyau avec un diamètre moyen compris entre 10 centimètres et 5 mètres Fig2.9. Le coeur 25 peut être en acier inoxydable réfractaire, titane, zirconium, nickel ou tout autre matériau supportant des températures supérieures à 800°C . Le char ou le charbon est déversé par la vis sans fin Fig2.2 dans une chambre de combustion Fig2 .10 surmontant le coeur du réacteur. La chambre de combustion permet de brûler les gaz provenant de la phase de pyrolyse additionnés éventuellement de gaz de combustion complémentaires tels que le 30 méthane. Les gaz sont par exemple brûlés par deux brûleurs Fig2.11 placés de manières tangentielle à la chambre de combustion, afin que les flammes Fig2.13 entraînent le tournoiement des gaz Fig2.12 de combustion (essentiellement CO2, H2O). Le mélange gazeux brûlé dans la chambre de combustion (gaz de pyrolyse, air, gaz additionnel) peut éventuellement se faire directement dans la chambre de combustion grâce à trois tuyaux 35 indépendants Fig2.14-15-16 alimentant un brûleur à gicleurs. Chaque tuyau diffuse un des trois gaz à la pression et à la vitesse désirées, la mise à feu du brûleur est déclenchée par une source d'étincelles (ou d'arcs électriques) disposée à proximité de celui-ci. Le rendement de la combustion est contrôlé par le débit de gaz de chaque tuyau. Toutefois, tous les types de mélangeurs ou de carburateurs, éventuellement associés à des débitmètres 40 de gaz, peuvent être utilisés pour alimenter les brûleurs. Différents types de brûleurs peuvent également être adaptés. La mise sous pression des gaz injectés peut être obtenue grâce à des turbocompresseurs associant une turbine et une pompe ; la pompe comprime les gaz sous l'action de la turbine animée par de la vapeur d'eau ou par la détente d'un autre gaz ou par tout autre procédé de mise sous pression de gaz. 45 Le volume du coeur du réacteur est segmenté par des jupes successives Fig2.17,Fig3.18-19. Chaque jupe est constituée d'un cône percé dirigé vers le bas rétrécissant la lumière du réacteur à partir de la paroi du coeur. Ces jupes jouent deux rôles. Elles limitent le tassement de la colonne de granules, et elles créent des zones de vortex pour favoriser, soit la réaction : 50 C+H2O H CO +H2 rl, soit la réaction : CO2 + C H 2CO r2 La circulation circulaire des gaz, entraîne les granules torréfiés, permet une séquestration plus longue des granules dans les différents cyclones créés dans le LFLC par la succession de jupes. Une première jupe est placée après la chambre de combustion 17. A quelques centimètres en dessous de l'ouverture centrale de la jupe, une structure en cône 20 est disposée affin d'obstruer partiellement 21 l'ouverture de l'entonnoir que forme la jupe. Une série de conduits 22 sont créés entre le bord de la jupe 23 et la structure en cône 20 par un jeu d'ailettes 24, de façon à ce qu'il soit obligatoire de passer par l'un de ces conduits pour passer l'orifice de la jupe. La taille de ce conduit sera suffisante pour permettre le passage des granules torréfiés. Les conduits sont disposés de manière régulière selon une rotation d'un angle constant autour du sommet du cône obstruant la jupe. Les conduits seront éventuellement courbes ou obliques et orientés de telle manière qu'en les empruntant, les granules et les gaz soient projetés tangentiellement à la paroi du réacteur dans un mouvement de rotation allant dans le même sens que la rotation imprimée au gaz de combustion par des brûleurs. La face inférieure du cône 25 est garnie de rigoles (ou d'ailettes) 26 avec une orientation similaire à celle des conduits. Dans la chambre de combustion, les gaz de combustion, à une température supérieure à 800°C et animés d'un mouvement de rotation, vont attaquer les granules torréfiés qui se déversent de la vis sans fin. Une partie des granules sera oxydée selon les réactions rl et r2, et va être entraînée par les gaz dans un mouvement circulaire au travers des conduits de l'orifice de la jupe. En dessous de la première jupe, à une distance comprise 10 et 500 centimètres (préférentiellement 50 centimètres), une seconde jupe Fig3.18 est disposée avec le même dispositif de cônes et de conduits que celui décrit ci-dessus, obstrue partiellement l'ouverture de la jupe. Il est alors injecté dans la partie haute de l'espace délimité par les deux jupes, tangentiellement à la paroi du réacteur Fig3.27, du CO2 ou un mélange H2O/CO2 sous pression à une température supérieure à 800 °C, typiquement à 1500 °C, dans le sens de rotation impulsé par les brûleurs. L'espace délimité par les deux jupes représente un cyclone à double entrée axiale et tangentielle Fig3.28. Dans un mode de réalisation préférentiel, le CO2 sera 5 fois plus abondant que le H2O dans le mélange de gaz injecté tangentiellement. Dans certains modes de réalisation, en dessous de la zone d'introduction tangentielle du mélange de gaz, au moins un magnétron 6,7 (ou une autre source de radiofréquences) impulse des micro-ondes dans le réacteur entre les deux jupes. Les micro-ondes permettent de surchauffer le mélange de gaz injecté activant la réaction r2 et rl et augmentent la vitesse du vortex de gaz et de granules. Lorsque les granules arrivent au niveau de la deuxième jupe, ils sont entraînés avec une partie des gaz par les conduits de l'orifice de la jupe, le reste des gaz débarrassé de la majeure partie des particules, remonte selon le centre du coeur du réacteur, en un flux montant, jusqu'à la face inférieure du cône supérieur obstruant partiellement l'orifice da la première jupe. Un cylindre est éventuellement disposé au centre du réacteur Fig3.29, dans le premier quart de l'espace défini par les deux jupes, afin de guider les flux de gaz remontant vers la face inférieure du cône de la jupe supérieure. Les rigoles gravées sur la face inférieure du cône impriment un mouvement de rotation au flux remontant et les redirigent vers les gaz tournants descendants du vortex avec le même sens de rotation. Dans un certain mode de réalisation, en-dessous de la deuxième jupe, une troisième jupe 50 partiellement obstruée par un cône est disposée pour former une nouvelle unité cyclone / micro-ondes. Il est alors injecté dans la partie haute de l'espace délimité par la deuxième et 7 troisième jupe de la vapeur d'eau sous pression à une température supérieure à 800 °C, typiquement à 1500 °C, tangentiellement à la paroi du réacteur, dans le sens de rotation impulsé par les brûleurs et le cyclone précédents. En-dessous de la région d'injection de la vapeur d'eau, au moins un magnétron (ou une autre source de radiofréquences) impulse des micro-ondes dans le cyclone, permettant de surchauffer le H2O activant fortement la réaction rl (5 fois plus rapide que la réaction r2 à la même température). Les jupes peuvent éventuellement être reliées à une ou plusieurs sources à ultrasons permettant ainsi d'injecter des ultrasons dans le réacteur afin de briser les enveloppes de gaz appauvri en H2O et en CO2 qui se forment autour des granules et qui ralentissent les réactions de gazéification. Les ultrasons permettent également de fragmenter les granules durant la gazéification et de les rendre plus accessibles. Les jupes peuvent éventuellement être reliées à une source de vibration pour faciliter le passage des granules par les conduits. Les unités cyclone / micro-ondes, définies par deux jupes, peuvent être répétées un grand nombre de fois dans le LFLC avec des injections de CO2, de CO2/H2O ou de H20 dans n'importe quel ordre. Cette structure forme un réseau de cyclones emboîtés. Un gaz complémentaire tel que le méthane peut être injecté tangentiellement dans les 20 cyclones. Le méthane sera oxydé par l'eau et le CO2 en CO avec production de H2 selon les réactions : CO2 +CH4 -> 2CO +2H2 AHR(600 K)= 205 KJ.mole 1 r3 H2O +CH4 -> CO +3H2 AHR(600 K)= 205 KJ.mole 1 r4 Le dégagement de H2 dans le réacteur ralentit la réaction rl ce qui favorise la réaction r2 donc la consommation de CO2 et améliore la balance de pollution du système. La région du coeur du réacteur de gazéification recevant les micro-ondes pourra 30 éventuellement être recouverte d'un matériau réfléchissant les micro-ondes, typiquement de l'aluminium sur un support en céramique. Préférentiellement le coeur du réacteur est réalisé dans un matériau réfléchissant les micro-ondes et il pourra avoir un diamètre égal à un nombre entier de longueur d'onde � � des micro-ondes utilisées. Cette largeur pourra être modulée en fonction du déphasage � 4) � dû aux réflexions sur les parois. 35 2.2 Dans un autre mode de réalisation, le coeur du réacteur sera constitué de deux tuyaux emboîté pour former un LFLC double coeur (LFLC_dc). Le tuyau interne du coeur comprendra les unités cyclone/micro-ondes décrites précédemment en � 2.1 �. Les cyclones sont modifiés de telle sorte que le cône obstruant partiellement l'ouverture des 40 jupes et le tuyau de remontée de flux au centre du cyclone, soient fusionnés pour former une structure creuse en T Fig4.30, permettant de rejeter les flux remontant du cyclone à l'extérieur du cyclone dans le tuyau externe du coeur. Le pied du T est constitué du tuyau de remontée des flux Fig4.31. La jonction entre le pied du T et la barre horizontale, est constituée par le cône. La barre horizontal du T représente les tuyères de sortie Fig4.32 des 45 gaz, reliant par un tuyau creux le cône à l'espace situé entre le tuyau interne Fig4.33 et le tuyau externe Fig4.34 du coeur du réacteur. Nous appellerons la structure creuse horizontale identifiée comme étant la barre du T � tuyère horizontale � Fig4.32. La tuyère horizontale permet donc le passage des flux remontant du cyclone par le tuyau central, vers l'espace entre les deux tuyaux emboîtés que nous appellerons l'espace inter-tuyaux 50 Fig4.35. La structure en T peut être complexifiée en dupliquant les tuyères horizontales par rotation dans un même plan, perpendiculairement au tuyau de remontée des flux du 25 cyclone . La portion des tuyères horizontales situées entre le cône et le bord des jupes est profilée en forme d'ailette, l'ensemble des ailettes étant orientées dans le même sens de façon à créer un système de conduits obliques pour l'entrée des gaz et des particules dans le cyclone situé en-dessous Fig4.36. L'orientation des ailettes sera définie pour imprimer un mouvement de rotation de même sens que le mouvement de rotation induit par les brûleurs dans la chambre de combustion (il sera choisi de préférence le sens induit par la force de Coriolis). Des ailettes intercalaires peuvent être ajoutées à la structure � d'ailettes de tuyères� afin d'optimiser la taille des conduits sans avoir à augmenter le nombre de tuyères. Les tuyères horizontales seront courbées dans le sens de rotation général des gaz dans les réacteurs, ou disposées en oblique, pour permettre une entrée des gaz plus ou moins tangentielle à la paroi du tuyau externe du coeur du LFLC_dc. La sortie des tuyères sera légèrement dirigée vers le bas et arrivera à proximité de la paroi du tuyau externe. En raison de l'orientation des tuyères horizontales, l'entrée des gaz dans l'espace inter-tuyaux induira, dans cet espace, un mouvement de rotation des gaz dirigé vers le bas, formant un vortex descendant tournant dans le même sens que le mouvement induit dans la chambre de combustion. Dans la partie inférieure du coeur du LFLC_dc, le tuyau externe sera plus long que le tuyau interne d'une longueur comprise entre 10 centimètres et 5 mètres, préférentiellement d'une longueur de 100 centimètres. Le tuyau externe formera à son extrémité un cône ouvert. Le cône sera par exemple formé sur une distance de 50 centimètres pour une extrémité de 100 centimètres. Ces distances ne sont qu'indicatives, de multiples conformations étant possibles. L'ouverture du cône aura un diamètre compris entre le diamètre du tuyau interne + 30% et le diamètre des orifices des jupes des cyclones du tuyau interne. Le tuyau externe du coeur du LFLC_dc forme donc un cyclone dans lequel est inclus le tuyau interne au niveau du flux ascendant du tuyau externe. L'extrémité inférieure du tuyau interne du coeur se terminera par une jupe présentant une courbure en obus Fig4.37 et un orifice avec un obturateur partiel présentant une géométrie particulière. L'obturateur sera constitué de deux cônes de tailles différentes ou de même taille Fig4.38 en vis-à-vis et accolés par leur base (bi-cône). Si les tailles diffèrent, le cône le plus petit obstruera partiellement l'orifice de la jupe alors que le cône le plus grand servira de coiffe protectrice dans le prolongement de la courbure en obus de la jupe. La structure bi-cône sera par exemple fixée par le bout. pointu du petit cône sur un support disposé au travers de l'orifice de la jupe. La totalité ou une partie du bi-cône pourra éventuellement tourner autour de l'axe défini par la droite passant par les deux sommets. Préférentiellement seul le cône le plus grand (celui qui est dans le prolongement de la courbe en obus) tournera autour de l'axe. La face cônique du cône dans le prolongement de la courbure en obus sera éventuellement munie de motifs (ailettes et/ou rigoles) l'obligeant à tourner sous l'action du flux remontant du tuyau externe. Le flux central du cyclone du tuyau externe du coeur sera séparé et accéléré par le cône. La dépression créée par la séparation et l'accélération aspirera les granules torréfiés qui sortent du dernier cyclone du tuyau interne du coeur, et les entraînera plus ou moins loin. La partie mobile de la structure en bi-cône tournera sous l'action du flux permettant une expulsion plus efficace des granules. La présence du bi-cône empêchera le refoulement des particules dans le dernier cyclone du tuyau interne. La gazéification des granules s'achèvera dans le tuyau externe du coeur de réacteur, soit en phase dynamique dans les différents flux du cyclone du tuyau externe, soit en phase statique dans le lit fixe après accumulation au fond du tuyau externe. L'ensemble des éléments traversant l'espace inter-tuyaux : • tuyaux alimentant les cyclones du tuyau interne du coeur du réacteur en CO2, H2O et autres gaz, • guides d'ondes impulsant les micro-ondes à l'intérieur des cyclones (dans le cas d'utilisation de magnétrons comme source de micro-ondes ), 5 • sorties des tuyères de sortie des cyclones du tuyau interne, seront profilés de manière aérodynamique pour ne pas gêner l'écoulement des gaz. Dans un mode de réalisation particulier les éléments dans l'espace inter-tuyaux sont recouverts de structures profilées fixes, orientées pour ne pas perturber l'orientation des flux. Ces 10 profils ou structures profilées sont parallèles au flux des différentes régions du cyclone constitué par le tuyau externe du coeur du réacteur. Dans un mode de réalisation préférentiel, les structures profilées seront de petits segments mobiles autour des différents conduits qui s'orienteront seuls au mieux des flux des différentes régions du cyclone du tuyau externe du coeur du réacteur. Les structures profilées seront par exemple de petites 15 structures rectangulaires ou trapézoïdales dont la longueur pourra varier de 0.5 centimètres à 1 mètre avec une section en forme d'aile d'avion ou de goutte d'eau tombante. Chaque structure profilée comportera un axe creux pivot parallèle à la longueur du rectangle ou du trapèze, permettant de la disposer sur les différents conduits traversant l'espace inter-tuyaux. Le pivot sera préférentiellement désaxé par rapport au centre de gravité pour 20 permettre une orientation rapide et stable dans les différents flux. D'une manière générale, toutes les formes profilées aérodynamiques facilitant les écoulements des gaz ou des fluides pourront être utilisées pour former les structures profilées. L'ensemble des éléments passant dans l'espace inter-tuyaux pourra être profilé par des éléments mobiles aérodynamiques. 25 Les tuyères horizontales de sortie des gaz des cyclones du tuyau interne, pénètrent dans l'espace inter-tuyaux munies de structures profilées mobiles ou fixes. Les tuyères débouchent à proximité de la paroi du tube externe du coeur du réacteur tangentiellement avec une éventuelle orientation vers le bas. La distance entre les sorties des tuyères et la paroi du tuyau externe est comprise 0 et 95% de la distance entre les deux tuyaux formant 30 le coeur du réacteur . Surmontant la sortie de la tuyère, une structure profilée est fixée à la paroi du tuyau externe du coeur du réacteur de telle sorte que le bord d'attaque de la structure soit dirigé vers le haut afin d'orienter le flux sortant de la tuyère vers le bas avec l'angle souhaité . Les flux de gaz sortant des tuyères horizontales sont donc organisés en vortex en courants tournants descendants. Le vortex attaque le lit de granules provenant du 35 tuyau central et déposé au fond du tuyau externe. A ce niveau une forte gazéification est réalisée par l'attaque des gaz qui pénètreront profondément dans le lit pour remonter en un flux central entraînant les granules les plus légers. Toutefois, lorsque le lit de granules est trop important, le vortex ne peut traverser la totalité 40 du lit. Pour lui permettre d'attaquer les granules les plus anciennement déposés, un grillage, dont les pores sont calibrés, est éventuellement disposé sur toute la partie de la paroi du tuyau externe délimitée par la région située entre le dernier cyclone du tuyau interne et le fond du tuyau externe Fig5.39. L'ensemble du tuyau interne peut être grillagé, en contrepartie d'une perte d'une partie de l'énergie cinétique du vortex, inversement la 45 surface grillagée peut être diminuée pour diminuer la perte d'énergie cinétique du vortex. Pour diminuer la perte d'énergie cinétique du vortex, le grillage peut être réalisé dans une feuille de matière lisse percée de trous réguliers, ou être réalisé tel que sa trame la plus interne au coeur du réacteur (c'est-à-dire la première en contact avec le vortex) soit orientée dans le sens de rotation du vortex (� parallèle à la structure profilée fixée sur le tuyau 50 externe qui sert à orienter la rotation du vortex). Au niveau de l'orifice du cône du tuyau externe, le grillage est organisé en cône remontant vers le tuyau interne Fig5.40. La trame du grillage du cône la plus interne au coeur du réacteur (première en contact avec le vortex) sera parallèle à la direction principale (longueur) du tuyau externe ou inversée par rapport au grillage de la paroi du tuyau externe du coeur du réacteur. Le cône de grillage sera fermé à son extrémité, soit par le grillage lui-même, soit par une pièce en bi-cône Fig5.41 (cônes de même taille), sphérique, ovoïde, ou de n'importe quelle forme favorisant l'écoulement des fluides. En arrivant au niveau du lit de granules torréfiés, le vortex pénétrera sous le lit par le grillage avec les particules les plus fines (de taille inférieure aux pores du grillage) et gazéifiera les particules du dessous du lit, puis le vortex se formera en colonne de flux montant autour et à l'intérieur du cône de grillage pour remonter au milieu du tuyau externe du coeur du réacteur. Une partie du gaz et des particules s'échappera par l'orifice du cône du tuyau externe du coeur, et sera récupérée pour des traitements postérieurs. Dans certains modes de réalisation, une partie du tuyau externe, délimitée par la région située entre le dernier cyclone du tuyau interne et le fond du tuyau externe, sera rainurée par des sillons d'une largeur comprise entre 50 microns et 5 millimètres et une profondeur comprise entre 100 microns et 2 centimètres, dans un mode préférentiel les rainures auront 500 microns de large avec une profondeur de 2 millimètres. Dans la partie cylindrique du tuyau externe, les rainures seront parallèles au sens de rotation du vortex (� parallèles à la structure profilée fixée sur le tuyau externe pour orienter la rotation du vortex). Dans la partie conique du tuyau parallèle externe, les rainures seront, soit dans deux sens (parallèles au sens de rotation du vortex et perpendiculaires à ce sens), soit absentes. De même que pour la grille, les rainures peuvent diminuer l'énergie cinétique du vortex (bien que l'énergie locale dans les rainures soit augmentée par l'effet Venturi). L'ensemble du tuyau interne peut être rainuré, mais pour limiter les pertes d'énergie, il est préférable de limiter la surface rainurée. Dans certains modes de réalisation, la présence des rainures est combinée avec le grillage. Comme pour le grillage, les rainures permettent le passage du vortex sous le lit de particules, toutefois, les particules entraînées sont en moyenne plus fines. 2.3 Dans certains modes de réalisation, un rotor constitué d'un panier pourra accueillir les granules qui sortent du dernier cyclone composant le tuyau interne du gazéificateur. Dans un mode de réalisation préférentiel, un panier annulaire Fig5.42, creux en son centre (lumière) (Fig5.43) est disposé sur un axe (Fig5.44) rejoignant le centre de la lumière au cône du dernier cyclone du tuyau interne et le fond du LFLC_dc. L'axe est par exemple fixé par une croix ou une barre, disposé(e) au travers de la lumière de la jupe fermant le dernier cyclone du tuyau interne du réacteur. Le panier est fixé à l'axe par une ou plusieurs hélices disposées (Fig5.45) entre les parois de la lumière du panier, ce qui lui permet ainsi de tourner autour de l'axe. Préférentiellement, le galbe de ou des hélices sera dessiné pour que le flux remontant dans le tuyau externe du LFLC_dc, fasse tourner le panier dans le sens de rotation du vortex de gaz dans le tuyau externe. La lumière du panier sera éventuellement recouverte d'une coiffe grillagée en forme de bi-cône permettant de diriger les granules qui sortent du cyclone de l'étage supérieur dans le panier sans gêner le flux remontant. La jupe de sortie du dernier cyclone, du tuyau interne LFLC_dc, sera éventuellement munie d'un système d'ailettes, formant des conduits vers l'espace inter-tuyaux au-dessus du panier. Ces conduits sont organisés autour d'un court cylindre grillagé Fig5.46. Le cylindre grillagé, formé de tiges métalliques verticales disposées à quelques millimètres les unes des autres Fig5.47 permet d'une part, la formation du flux remontant dans le cyclone, et d'autre part de filtrer les granules transportés par le vortex du cyclone et de les diriger à travers les conduits F5.48-49 vers le panier annulaire. Ce système de cylindre à grillage vertical pourra être adapté à toutes les sorties de cyclone. Sous l'action des micro-ondes, des courants induits dans les tiges provoqueront des arcs électriques catalysant dans leur voisinage la synthèse de CO et de H2. Dans certains modes de réalisation, une tige métallique sur deux sera isolée électriquement du support, les autres étant portées à la masse. Le cylindre grillagé peut se continuer par le cylindre de remontée des flux du cyclone inférieur Fig5.50a. Dans certains modes de réalisation, le cylindre de remontée des flux peut être remplacé par un court cône Fig5.50a. Le bord externe du panier annulaire pourra être doté d'ailettes possédant la même pente que les structures profilées disposées sur la paroi du tuyau externe pour orienter le vortex. Les ailettes sur la paroi externe du panier du panier et les hélices de la lumière permettront au panier de tourner à une vitesse voisine de celle du vortex. La force centrifuge qui en résulte évite le tassement du lit de char ou de charbon au fond du réacteur. Dans certains modes de réalisation, les ailettes sur la paroi externe seront complétées ou remplacées par des ailettes de même courbure disposées sur le bord externe du panier et dirigées vers l'intérieur du panier Fig5.51. Ces ailettes serviront d'une part à faire tourner le panier sous l'action du vortex du tuyau interne, et d'autre part à rediriger une partie du flux du vortex vers l'intérieur du panier pour une gazéification plus efficace. Les parois du panier seront par exemple réalisées dans un grillage avec des pores calibrés ou dans une feuille de métal ou tout autre matériau percé de nombreux trous calibrés. Les parois externes du panier seront droites, ou courbés vers l'extérieur ou vers l'intérieur selon les vitesses de rotation atteintes par le rotor et la puissance de la redirection des gaz vers l'intérieur du panier dans les différents modes de réalisation. 2.4 Dans un mode de réalisation particulier du réacteur LFLC_dc décrit en � 2.2 �, à l'exception de la structure en T Fig6.30 située au niveau de la jupe fig6.17 fermant la chambre de combustion, l'ensemble des structures en T sont remplacées par un tuyau creux collé à l'orifice des jupes dans le cyclone intérieur à la jupe Fig6.46. Éventuellement le tuyau se prolonge dans le cyclone supérieur par un cylindre formé de tiges verticales disposées à quelques millimètres les unes des autres Fig5.47. Un système d'ailettes forme des conduits conduisant vers le cyclone inférieur Fig5.48-49. Ces conduits sont organisés autour du tuyau et du cylindre de tiges verticales. De ce fait, les flux remontant des différents cyclones, du tuyau interne du coeur, deviennent communs et sont évacués vers l'espace inter-tuyaux par la structure en T de la jupe fermant la chambre de combustion. Dans cette dernière configuration, en supprimant le bi-cône obstruant partiellement la dernière jupe du tuyau interne du coeur du réacteur, ou en le remplaçant par un cylindre ou un cône creux (une structure en cylindre grillagé Fig5.46), tout ou partie du flux remontant du cyclone formé par le tuyau externe du coeur, devient commun avec le flux remontant des cyclones du tuyau interne du coeur. Dans ces configurations, une partie des particules sortant des différents cyclones du tuyau interne sera refoulée dans les cyclones, ceci permettant une gazéification plus longue à leurs niveaux. Le flux montant du tuyau externe, qui ne passe pas par le tuyau interne, remontera le long du tuyau interne du coeur du réacteur. Toutes les situations intermédiaires de suppression d'une partie des structures en T sont possibles pour rendre commun le flux remontant de cyclones contigus. Dans ce type de configuration, l'alimentation tangentielle de certains cyclones du tuyau interne en gaz peut se faire à partir des gaz qui circulent dans le tuyau externe du réacteur. Par exemple les cyclones, dont la structure en T est remplacée par un court cylindre, peuvent posséder au moins un tuyau d'alimentation tangentiel en gaz qui s'ouvre au niveau de la paroi du tuyau externe du réacteur, en faisant face au sens de rotation des gaz, pour qu'ils s'engouffrent dans ledit tuyau d'alimentation. Le tuyau d'alimentation en gaz revient vers le cyclone du tuyau interne selon une direction tangentielle au tuyau interne pour permettre une injection des gaz rasant la paroi du cyclone, afin d'imprimer aux gaz une rotation à l'intérieur du cyclone dans le même sens que le vortex du tuyau externe. D'une manière générale, les cyclones employés dans le gazéificateur sont à chargement tangentiel pour les gaz et longitudinal pour les granules et les gaz provenant de l'étage supérieur. Le tuyau interne du réacteur est donc composé d'une série de cyclones superposés et connectés permettant de transmettre les granules qui subissent une gazéification dans les cyclones successifs. 2.5 Dans un mode de réalisation particulier, au moins un des cyclones du tuyau interne du coeur du réacteur sera muni d'une électrode hélicoïdale en ressort accolé à une électrode couronne permettant l'établissement d'arcs électriques glissant le long de 1 'électrode hélicoïdale (Fig6.52). Dans un mode de réalisation particulier, le cyclone comportant l'électrode sera le dernier cyclone du tuyau interne du coeur du réacteur et la jupe le terminant aura une forme de cône ou d'obus. Les parois de ce cyclone seront en matériau électriquement isolant. Les conduits d'entrée des particules et des gaz et le cône inversé ou le cylindre situé en haut du cyclone seront en métal ou en matériau conducteur électrique. Le haut du cyclone formera une électrode qui est mise à la masse et/ou reliée à un potentiel négatif. L'électrode en ressort sera disposée à proximité de la paroi du réacteur. La base du ressort se termine par une structure en couronne pour refermer la dernière spire sur elle-même Fig6.53. L `autre extrémité du ressort s'incurve pour repasser au milieu de la spirale du ressort, de manière à former un axe central Fig6.54. Le ressort est callé dans la partie cônique du cyclone par son extrémité comportant la structure en couronne. Au repos, le ressort se trouve à une distance comprise entre 0.5 millimètres et 2 centimètres de l'électrode du haut du cyclone. La tige axiale du ressort se prolonge et sort du cyclone par la lumière de la jupe inférieure. Cette tige centrale sera reliée à l'extérieur du réacteur à un système manuel ou automatique permettant d'actionner le ressort en le comprimant pour les raccourcir ou en l'étirant pour l'allongeant. Par exemple, la tige sera reliée à une autre tige perpendiculaire faite en un matériau électriquement isolant. La tige perpendiculaire sort du réacteur et est par exemple reliée à un servomoteur ou un vérin électrique permettant de comprimer ou d'étirer le ressort. D'autre part, le ressort est relié à un générateur de courant alternatif, discontinu, ou continu à haut voltage pouvant délivrer 100 Volts à 1000 kiloVolts. Le ressort sera plus ou moins étiré ou comprimé selon la tension électrique appliquée, mais aussi la vitesse et la température des gaz circulant dans le cyclone. Cette compression ou étirement fait varier la distance entre le ressort et l'électrode au sommet du cyclone et la distance entre les tours de spirale du ressort, ce qui permet de régler la nature de l'arc glissant obtenu aux paramètres physico-chimiques et d'écoulement des gaz et des particules dans le cyclone. Sous l'action du potentiel électrique, des arcs se forment entre l'électrode de masse et le ressort. Ces arcs électriques sont ensuite poussés vers l'électrode couronne par le flux tournant dans le cyclone. Ces arcs interagissent avec les particules et les gaz traversant le cyclone, créant des molécules réactives (radicaux libres et molécules chargées) qui vont interagir entre elles et sur les granules pour former du CO, du H2 tout en limitant la production de méthane. Lors de la formation des arcs électriques, la variation de la circulation électrique dans le ressort entraîne des variations du champ magnétique induit par le solénoïde du ressort. Ces variations du champ magnétique vont augmenter l'énergie cinétique des molécules polaires et chargées, les rendant plus réactives. Dans certains modes de réalisation, du méthane et de la vapeur d'eau seront injectés dans cet étage de cyclones Glid_Arc pour favoriser les réactions r3 et r4. Dans certains modes de réalisation, des micro-ondes sont injectées à l'intérieur du cyclone. Sous l'action des micro-ondes, d'une part l'énergie cinétique des molécules chargées sous l'effet des arcs (en plus des molécules dipolaires ) augmente la température du gaz, le rendant encore plus réactif, et d'autre part des courants induits dans le ressort déclencheront des arcs électriques entre l'électrode en spirale et l'électrode en haut du cyclone. Sous l'action des micro-ondes, le cyclone à électrode hélicoïdale peut fonctionner en mode GligArc sans qu'elle soit mise sous tension électrique. 2.6 Dans certains modes de réalisation, au moins trois cyclones comportant chacun une électrode hélicoïdale Fig6.55, sont disposés en rosette Fig6.57 autour de la lumière de la jupe du dernier cyclone terminant le tuyau interne du LFLC_dc Fig6.58. Les électrodes hélicoïdales de ces cyclones seront construites sur le même principe que l'électrode décrite en (2.5), toutefois l'échelle de réalisation sera réduite. En effet, les tuyaux constituant les cyclones auront un diamètre compris ente 20 et 400 millimètres se terminant par un cône ouvert. Les axes des électrodes sont, soit reliés individuellement à l'extérieur du réacteur de la façon décrite en 2.5, soit tous les axes des électrodes sont reliés à une structure en étoile Fig6.56, permettant de les actionner en même temps. Dans certains modes de réalisation, la structure en étoile sera creuse en son centre, laissant passer l'axe de rotation du panier décrit en 2.3. Un axe creux partant de l'étoile est relié à un axe perpendiculaire électriquement isolant. Cet axe permet de comprimer ou d'étendre en même temps tous les ressorts des cyclones. La lumière de la rosette définie par les cyclones GlidArc constitue le passage du flux remontant commun au cyclone que représente le tuyau externe et aux cyclones superposés du tuyau interne. En partie haute de chaque cyclone à arc glissant, un tuyau d'alimentation en gaz est implanté de manière tangentielle à la paroi du cyclone, le tuyau s'ouvre dans l'espace inter-tuyaux en faisant face au vortex du tuyau externe à proximité de sa paroi Fig6.64. La disposition du tuyau d'alimentation permet à une partie des gaz du vortex du tuyau externe de s'engouffrer dans les cyclones de la rosette, créant un vortex dans chacun d'eux. La partie haute de chaque cyclone sera fermée par des couvercles Fig6.58 percés en son centre par le passage d'un cylindre creux formant un tuyau dans la partie haute du cyclone Fig6.59. Ce cylindre permet de récupérer le flux remontant au centre du cyclone à arc GlidArc, pour le conduire dans l'espace inter-tuyaux. La partie du cylindre se trouvant dans l'espace inter-tuyaux, est courbée et se dirige vers la paroi du tuyau extérieur du LFLC_c, de telle façon que l'orifice d'ouverture soit à proximité de la paroi du tuyau externe. Dans un mode de réalisation, le tuyau de remontée des flux des cyclones GlidArc est courbé pour délivrer les gaz dans le sens de rotation du vortex de gaz du tuyau externe du réacteur. Dans un mode de réalisation préférentiel, le tuyau de remontée des flux des cyclones GlidArc est courbé pour délivrer les gaz perpendiculairement au sens de rotation du vortex de gaz dans le tuyau externe du réacteur. Dans cette configuration, les gaz du flux remontant sont aspirés par la dépression créée par le vortex selon la loi de Bernoulli. La partie du couvercle des cyclones GlidArc située du côté de la jupe du dernier cyclone du tuyau interne, est percée de fentes Fig6.60 encadrées par des ailettes obliques Fig6.61 permettant l'entrée des gaz dans le cyclone GlidArc en leur imprimant une rotation de même sens de rotation que celui du vortex du cyclone. Les fentes auront une taille suffisante pour laisser passer les granules provenant de l'étage supérieur. Ces fentes seront connectées par une canalisation Fig6.63 aux conduits de sortie des gaz et des granules du cyclone de l'étage supérieur, ces conduits étant organisés autour d'un court cylindre de colonnes verticales disposées sortant de l'orifice de la jupe du cyclone supérieur. Le couvercle des cyclones GlydArc est réalisé en matériau conducteur de courant, de manière à former une ou deux électrodes mises à la masse et/ou à un potentiel négatif. 2.7 Les granules utilisés pour la gazéification peuvent contenir des particules d'aluminium ou d'oxyde d'aluminium, de magnésium ou d'oxyde de magnésium, ou tout autre métal pouvant jouer le rôle d'un réducteur. Sous l'action des micro-ondes, des courants induits dans les particules conductrices génèrent des arcs électriques entre particules, créant ainsi sur leur passage, des radicaux libres et des éléments chargés. Les radicaux libres et les ions formés réagissent entre eux et avec le carbone présent dans le réacteur pour produire du CO et du H2. D'autre part, des atomes d'aluminium réduits par les arcs électriques et/ou les atomes de magnésium, décomposent les molécules d'eau pour libérer du H2, ou décomposent les molécules de CO2 pour libérer du C. Des cascades de réactions plus ou moins complexes aboutissent à la formation de CO et de 112. Les oxydes d'aluminium et de magnésium produits sont régénérés en cours de réaction en aluminium et en magnésium par l'action des arcs électriques et des rayonnements UV des plasmas induits par les arcs électriques et les micro-ondes dans le réacteur. Dans un autre mode de réalisation, il sera ajouté aux granules de charge du gazéificateur des particules de SiO2 (silicium) ou un mélange de particules de Si (Silice) et de SiO2 finement broyées de taille homogène ou inhomogène comprise entre 1 nanomètre et 2 millimètres. Ces particules à base de silice vont produire sous l'action de la chaleur, du monoxyde de carbone et du carbure de silicium SiC, composé inerte capable de piéger durablement du 25 carbone, améliorant la balance de pollution de la gazéification. Selon la réaction : SiO2 +3C -> SiC +2CO r5 Si+COZ >SiC +02 r6 Si+02-> SiO2 r7 30 Si+2H2O->SiO2+2H2 r8 Si + SiO2 2SiO r9 Si +CH4 SiC +2112 minoritaire r10 Si +C -> SiC minoritaire rl l SiO2 + 3CH4 -> SiC + 2CO +6H2 r12 35 Ou une combinaison quelconque des réactions r 5 à 1.19 ... Ces particules, à base de silicium ou de silice, peuvent être ajoutées sous forme de fines 40 particules (inférieures à 500 microns) dans les gaz injectés dans la gazéification. Le SiC obtenu après la gazéification pourra servir de catalyseur pour les synthèses de Fischer Tropsch. 45 Le SiO2, le SiO et le SiC résultant de ces réactions sont inertes à température ambiante et représentent sous la forme SiC un moyen de piéger le carbone provenant du CO2 et de le stocker. 2.8 Au sommet du tuyau externe du LFLC_dc, un tuyau est emboîté entre le tuyau interne 50 et le tuyau externe du réacteur Fig4.65, il s'agit d'un tuyau pour guider en fin de parcours le flux remontant, le long du tuyau interne du coeur (guide de flux) . Le guide de flux est disposé un peu en retrait par rapport aux deux tuyaux interne Fig4.33 et externe Fig4.34 du coeur. Des ailettes Fig4.66 sont disposées entre le tuyau externe et le guide de flux, avec une inclinaison similaire à celle de la structure profilée disposée sur la paroi du tuyau interne, au- dessus des tuyères de sortie des cyclones. La chambre de combustion débouchant dans le tuyau interne est placée au-dessus du coeur du réacteur , le fond de cette chambre Fig.4.67 est fixé en haut du tuyau externe et du tuyau interne du réacteur. Le fond du réacteur forme avec le tuyau interne une loge circulaire, séparée par un rideau d'ailettes inclinées d'une seconde loge formée avec le tuyau externe. En remontant entre le tuyau interne et le guide de flux, les gaz du flux remontant se réchauffent dans la chambre formée avec le tuyau interne et le fond de la chambre de combustion. Les gaz échauffées passent à travers le rideau d'ailettes où leur est imprimé un mouvement tournant descendant, du même sens de rotation que le sens impulsé aux gaz dans la chambre de combustion. Les gaz entre alors dans la région formée par le tuyau externe et le guide de flux pour former un vortex tournant descendant le long de la paroi du tuyau externe du réservoir. 2.9 Dans un mode de réalisation particulier, des micro-ondes seront impulsées dans le tuyau externe du coeur du réacteur. Ces micro-ondes pourront par exemple être injectées en-dessous du tuyau interne, dans la région cylindrique du tuyau externe, à partir d'au moins une source à micro-ondes, de préférence un magnétron. 2.10 Dans certains modes de réalisation, des mélanges de gaz constitués de toutes les proportions possibles ( CO2, H2O, CH4) sont injectés tangentiellement à la paroi du tuyau externe dans l'espace inter-tuyaux. 2.11 Dans un mode de réalisation particulier, les rayonnements solaires seront convergés ou réfléchis en une image à la surface du coeur de réacteur. L'image réfléchie aura une taille inférieure ou égale au diamètre du coeur du réacteur afin que toute l'énergie réfléchie soit absorbée par le réacteur, la région recevant le rayonnement sera de couleur noire et le revêtement contiendra éventuellement des particules quantiques pour éviter toute réflexion des rayonnements UV. La convergence ou la réflexion pourra par exemple être réalisée à l'aide de miroirs plans, sphériques, ovoïdes, ou par de multiples miroirs plans ou sphériques montés sur une structure plane, ovoïde ou sphérique. Une lentille convergente simple, ou une lentille de Fresnel pourra éventuellement être utilisée pour faire converger les rayons lumineux. De manière générale, la réflexion ou la convergence du rayonnement solaire sur le réacteur pourra utiliser n'importe quel type de fours solaires, ou moyen de réflexion de la lumière pour réfléchir la lumière solaire à la surface du réacteur. Les régions recevant le rayonnement solaire seront réalisées en métaux ou alliage de métaux, ou recouvertes de métaux ou d'alliage de métaux pouvant supporter des températures élevées de plus de 1000°C, de préférence des températures supérieures à 2000°C. 2.12 Dans un autre mode de réalisation, le tuyau externe du LFLC_dc, sera muni d'au moins un hublot en quartz ou tout autre matériau transparent résistant à des températures de 1500°C. Les rayonnements solaires seront convergés ou réfléchis en une image à l'intérieur du coeur de réacteur (à travers le hublot) par un des procédés décrit en � 2.11 �. Les images auront une taille inférieure ou égale au diamètre du hublot afin que toute l'énergie solaire pénètre à l'intérieur du réacteur. Dans certains modes de réalisation, l'injection de lumière solaire pourra se faire, que ce soit pour les réacteurs à coeur simple tube ou les réacteur à coeur double tube, directement dans la chambre de combustion. Dans d'autres modes de réalisation, l'injection du rayonnement solaire est réalisée dans la chambre de combustion en utilisant directement une lentille de Fresnel à large diamètre (comprise en 50 centimètres et 10 mètres). La lentille fera converger les rayonnements solaires au centre de la chambre de combustion. 2.12 Après le passage dans le dernier cyclone, les granules se déposent au fond du réacteur ou du panier pour achever leur gazéification. Le fond du réacteur correspond à la dernière partie du tuyau formant le coeur de type LFLC ou du tuyau externe des réacteurs de type LFLC_dc. L'ouverture du fond du réacteur sera obstruée par une grille Fig7.68 dont les trous seront assez grands pour laisser passer les cendres et les particules de charbon de très petite dimension (de l'ordre de quelques millimètres). La taille des pores sera comprise entre 500 micromètres et 0.5 millimètres. La grille sera mobile, elle pourra descendre ou remonter et tourner, soit par un système de vis actionnée manuellement ou motorisée, soit par un système de vérin hydraulique ou pneumatique, soit par un système de vis et de ressort, ou tout autre système permettant d'assurer une combinaison des trois mouvements. Dans certains modes de réalisations, le système permettant de déplacer la grille lui communiquera en même temps des mouvements rapides de vibration de bas en haut pour éliminer les cendres et éviter le tassement du lit de granules. La grille de fond pourra également être reliée à une source à ultrasons pour désincruster les cendres et favoriser la gazéification pour les raisons précitées. D'une manière générale, la totalité du réacteur peut être relié à des sources à ultrasons continues ou alternatives (par pulses) pour faciliter le passage des flux dans les rainures, les grillages ou le lit de granules et favoriser la gazéification. Après la grille une structure hémi-cônique Fig7.69, permet de diriger les cendres dans un réservoir à cendres Fig7.70. Le réservoir et la structure hémi-cônique sont séparés par un système d'isolement, par exemple une vanne pneumatique ou tout autre système permettant d'isoler le réservoir de cendres de la structure cônique. Un tuyau relie la structure hémi-cônique à l'entrée d'un cyclone de séparation gaz/particules Fig7.71. Une pompe ou turbopompe éventuellement être intercalée entre la structure hémi-cônique et le cyclone de séparation, elle permet de réguler la sortie du gaz du réacteur. Dans certains modes de réalisation, le cyclone de séparation sera un cyclone à charge tangentielle et décharge axialle, tout autre type de cyclone peut convenir, de même que des systèmes basés sur des centrifugations ou des filtres. La sortie des cendres du cyclone de séparation débouche dans un second réservoir à cendres. Les deux réservoirs sont reliés par une vis sans fin permettant d'évacuer et de récupérer les cendres. Dans un certain mode de réalisations, la sortie des cendres du cyclone de séparation débouche dans le même réservoir à cendre que le gazéificateur Fi g7.70 Dans le cas d'utilisation de biomasse pour fabriquer du char, les cendres obtenues sont riches en potasse qui sera utilisée pour saponifier des huiles végétales, dans le but de fabriquer des esters et du glycérol (principe de fabrication de savon). Ces réactions peuvent êtres faites dans le réacteur four solaire I micro-ondes (F_smo) décrit en 2.1. La réaction d'estérification se décompose par exemple en 4 étapes. 1) Saponification des graisses et huiles. 2) Séparation des Acides gras saponifiés et du glycérol. 3) Activation des acides gras saponifiés, par exemple par une réaction avec un halogénure de phosphore (X3P) (X=I,Br,Cl,F ...), pour former du RCOOPX2 ou RCOX (phospho diester ou halogénure d'alcaloïde). 4) Réaction entre l'alcool et l'ester activé pour former un ester d'alcool. La réaction d'activation peut éventuellement être obtenue avec un acide fort tel que HX en formant des halogénures d'alcool. 3.1 Les gaz (CO2, H2O, CH4, 02) alimentant le réacteur de gazéification peuvent être comprimés et chauffés par différents procédés utilisant des pompes et des fours conventionnels. Toutefois, dans un procédé particulier, l'ensemble des gaz alimentant le réacteur à gazéification sont chauffés et mis sous pression par des turbopompes four solaire /micro-ondes. Une turbopompe solaire/micro-ondes (Tb_smo) est constituée d'un tuyau (Fig8.72) dont le diamètre est compris entre 1 centimètre et 5 mètres et d'une longueur comprise entre 10 centimètres et 5 mètres. Les dimensions des Tb_smo dépendront de la nature et de l'utilisation des gaz comprimés et chauffés. Préférentiellement les Tb_smo auront un diamètre de l'ordre de 20 centimètres et une longueur de l'ordre 1,5 mètre, pour comprimer et chauffer les gaz destinés aux cyclones. Ils auront un diamètre de l'ordre de 10 centimètres et une longueur de l'ordre de 70 centimètres pour chauffer et comprimer les gaz destinés aux brûleurs de la chambre de combustion. Au centre du tuyau est disposé au moins un axe. Cet axe est garni sur 2 régions de rotors, situées sur le premier tiers Fig8.73, et le troisième tiers de l'axe Fig8.74. Chaque région de rotors est par exemple constituée de 3 rotors constitués de 60 ailettes ou aubes disposées tous les 6° selon une rotation autour de l'axe . Les ailettes sont plus ou moins inclinées, toutefois, l'inclinaison des aubes des rotors du dernier tiers de l'axe correspondant à l'étage des turbines peut être plus importante que celle des aubes du premier tiers correspondant à l'étage du compresseur. Le nombre de rangées de rotors n'est qu'indicatif, il peut être diminué ou augmenté selon la puissance ou la taille de la pompe. La taille et l'inclinaison des aubes dépendront de la pression que subira la turbine. Le nombre d'ailettes par rotor est seulement indicatif, il variera selon la taille et la puissance du Tb_smo. L'axe de rotor à éventuellement une forme ovoïdale Fig8.75 permettant de diminuer progressivement le volume à l'intérieur du réacteur au niveau de la première région de rotors. Dans cette même région, un renflement de la paroi du tuyau ou un ceintrage de celui-ci diminue progressivement la section du tuyau sur toute la partie de la première région de rotors. Dans la partie située derrière la première région de rotor, au niveau du deuxième tiers de l'axe, une chambre à micro-ondes annulaire Fig8.76 enserre l'axe de rotation des rotors. Dans certains modes de réalisation, la chambre annulaire est solidaire de l'axe et tourne avec lui. La paroi de la chambre annulaire qui enserre l'axe est plus longue que celle opposée à l'axe. La paroi de la chambre annulaire opposée à l'axe, forme avec la paroi du tuyau du Tb_smo un passage par lequel les gaz peuvent pénétrer dans la zone postérieure à la chambre annulaire. Les parois de la chambre annulaire sont réalisées dans une matière permettant la réflexion des micro-ondes et capable de supporter des températures élevées, de l'ordre de 2000°C, typiquement des alliages de titane d'aluminium, de nickel, d'acier inoxydable ... Des micro-ondes sont injectées dans la chambre annulaire de manière à les faire réfléchir sur la paroi enserrant l'axe de rotation avec un angle adéquat pour les faire ricocher vers l'intérieur de la chambre annulaire. Les micro-ondes sont injectées juste après la paroi de la chambre annulaire opposée à l'axe. Les micro-ondes seront produites au moins par un magnétron. De manière préférentielle, quatre magnétrons Fif8.6 injecteront en croix des micro-ondes dans la chambre annulaire à micro-ondes. Les ondes sont injectées dans la chambre annulaire par l'intermédiaire de guides d'ondes Fig8.7, de manière générale toute source de radiofréquences énergétiques pouvant être dirigée par le biais de guides d'ondes par exemple sont utilisables. Sous l'action des micro-ondes, les gaz contenus dans la chambre annulaire subissent un échauffement important qui les dilate et les expulse au travers des rotors du dernier tiers de l'axe. Sous l'action du passage des gaz dans le rotor du dernier tiers, l'axe se met à tourner, les aubes du rotor du premier tiers de l'axe impulsent des gaz vers la chambre annulaire en les comprimant du fait du rétrécissement de la section. Les gaz comprimés et chauffés par les micro-ondes dans la chambre annulaire entretiennent le mouvement par leur expulsion au travers des aubes des rotors du dernier tiers de l'axe. Dans la configuration où les miroirs et les lentilles sont régulièrement répartis le long du tuyau du Tb_smo, l'énergie solaire thermique n'intervient dans la compression des gaz que par la dilatation uniforme causée par l'accumulation de chaleur (PV=NRT). Toutefois, pour que la chaleur thermique solaire soit transformée également en énergie cinétique de compression, la surface de miroirs et la taille des lentilles peuvent être localement augmentées au niveau de la région des rotors du troisième tiers de l'axe. L'énergie solaire supplémentaire apportée à ce niveau échauffera encore plus les gaz, accélérant la vitesse de l'axe donc la compression. Dans certains mode de réalisation, les rotors du premier tiers de l'axe peuvent être 20 remplacés par un compresseur centrifuge. Dans cette configuration, le diamètre du tuyau du Tb_smo sera augmenté au niveau de l'étage de compression pour pouvoir l'accueillir. Le Tb_mso peut servir de base pour concevoir de nouvelles générations de turboréacteurs utilisés pour la propulsion de véhicules (aériens, terrestres, marins ...). Il est possible 25 d'augmenter la puissance d'un réacteur par l'ajout, entre l'étage, ou les étages de compression et les étages de turbine d'un réacteur, d'une chambre annulaire à micro-ondes contenant des guides d'ondes injectant des micro-ondes provenant de magnétrons conduisant ainsi une détente encore plus importante des gaz. Cette détente pourrait être augmentée par l'ajout d'eau qui serait vaporisée par les micro-ondes et participerait à la 30 propulsion. Ce procédé permettrait de limiter les conséquences d'une présence d'eau dans le carburant, l'eau présente dans les carburants serait vaporisée par les micro-ondes et servirait à la propulsion. La consommation électrique des magnétrons peutêtre compensée en introduisant perpendiculairement à l'axe de rotation un ou plusieurs aimants barres � teslas � (par 35 exemple un barreau de 2.5 Teslas avec une aimantation orientée longitudinalement). Les barreaux aimants pourraient être directement des aubes des rotors de l'étage de compression par exemple. Perpendiculairement au plan de rotation des aimants, une ou plusieurs bobines, faite de fils de cuivre ou de tout autre métal, de fils de supraconducteur (par exemple une tresse de nanotube de carbone, etc ), est disposée dans ou sur le tuyau du 40 Tb_smo ou du turboréacteur. La rotation de l'axe entraînera la production d'un champ magnétique tournant perpendiculairement au plan de la bobine, ceci permettant de produire une grande quantité de courant électrique. Le H2O possèdant des moments dipolaires élevés ( 1,85), l'échauffement et la 45 compression de ce gaz par le Tb_mos sera très efficace. En sortie des Tb_mos les gaz échauffés pourront être directement injectés dans les différents cyclones du réacteur de gazéification. En revanche, le méthane, le CO2 et l'air présentant en moyenne des moments dipolaires plus faibles, ils devront préférentiellement être mélangés à de la vapeur d'eau pour être chauffés et mis sous pression par un Tb_smo avant d'être injectés 50 dans les brûleurs de la chambre de combustion. Les gaz de pyrolyse naturellement riches en eau pourront être chauffés et mis sous pression efficacement par un Tb_smo avant d'être injectés dans la chambre de combustion. Une alternative pour éviter l'ajout d'eau au gaz consiste à le ioniser par des décharges électriques durant son contact avec les micro-ondes. Une partie de la vapeur d'eau utilisée dans les réacteurs à gazéification sera produite à partir d'eau liquide évaporée dans un four solaire/micro-ondes (F_smo). Le reste de la vapeur d'eau provient de l'eau contenue dans la biomasse ou produite lors des combustions dans la chambre de combustion. La pression des gaz injectés varie entre 1 et 2000 atmosphères. 4.1 Dans certains modes de réalisation, le réacteur de gazéification sera entièrement calorifugé, y compris le cyclone de séparation des gaz et des cendres après sortie du réacteur. Cette isolation thermique pourra être obtenue, par exemple en recouvrant toutes les parties en contact avec l'air ambiant d'un produit calorifuge (laine de roche, céramique ..) Dans une réalisation particulière, l'ensemble du réacteur sera enfermé dans une enceinte calorimétrique ou thermos qui maintiendra un vide poussé entre les parois du réacteur et l'enceinte de confinement. Le vide sera, soit statique par scellement de l'enceinte calorimétrique, soit dynamique, par pompage de l'air contenu dans l'enceinte calorimétrique. Ce pompage pourra par exemple se faire à l'aide d'un Tb_smo ou Tb_smo pouvant ioniser les gaz. 4.2 En sortie du réacteur de gazéification, après passage dans le cyclone de séparation des poussières et des gaz, le mélange gazeux composé majoritairement de CO et de H2 peut contenir plus ou moins de CO2 non réduit. Selon les réglages de la gazéification, la composition du gaz de sortie sera en pourcentage (n'incluant pas la vapeur d'eau) de 37 % CO, 27% H2, 7% CO2, 6% 02, 1.5% CH4. Ces proportions ne sont qu'indicatives et peuvent varier fortement selon le réglage de l'appareil. Toutefois ces valeurs indiquent que les proportions de CO et de H2 peuvent ne pas correspondre à celles nécessaires aux synthèses de Fischer-Tropsch. Pour rectifier les déséquilibres, il convient de séparer le CO2 des autres gaz. Toutes les méthodes de séparation du CO2 d'avec les autres gaz peuvent être utilisées, notamment les méthodes cryogéniques. Toutefois, ces procédés sont très consommateurs d'énergie. Dans un mode de réalisation particulier, il sera utilisé le fait que le CO2 a un coefficient de solubilisation dans l'eau (76.6 10-3 moles/litre à 0°C et 1.013 bar) très supérieur à celui du CO (1.5 10-3 moles/litre à 0°C et 1.013 bar), du CH4 (2.4 10-3 moles/litre à 0°C et 1.013 bar), du H2 (0.9 10-3 moles/litre à 0°C et 1.013 bar). En sortie du cyclone de séparation des gaz et des cendres, les gaz traversent un ou plusieurs échangeurs thermiques, dans lesquels ils cèdent leur chaleurs à : • De l'eau 45 • De la vapeur d'eau • Du CO2 • Au mélange de syngaz destiné à réagir dans un réacteur Fischer Tropsch • Aux produits destinés à être raffinés • D'une manière générale, à tout produit nécessitant de la chaleur au cours de son 50 cycle de transformation. Après avoir été ramené à température ambiante, le mélange gazeux est mis à buller dans un réservoir de séparation contenant de l'eau. Le volume d'eau du réservoir pourra être compris à titre indicatif entre 10 et 1000 litres. Le volume du réservoir peut dépasser les 1000 litres pour de très grands volumes de gaz à traiter. Le réservoir est hermétiquement clos, une valve en position haute (au-dessus de l'eau) permet la sortie des gaz non dissous. Le réservoir de séparation est éventuellement thermostaté à une température comprise entre 0 et 35°C. L'injection des gaz dans le réservoir se fait à une pression comprise entre 1 et 100 bar. La température du réservoir peut être en-dessous de 0°C si l'eau contient des antigels ou des produits salins permettant une meilleure dissolution (la température peut varier de -20°C à + 35°C). De l'eau est pompée du réservoir, avant d'y être réinjectée après dégazage. Le pompage a lieu à une grande distance du point de bullage des gaz, dans une zone où il ne subsiste aucune bulle en suspension. Le débit d'eau pompée peut être proportionnel au débit de bullage des gaz dans le réservoir. Il peut être réglé en fonction de la proportion de CO2 dans le mélange gazeux et de la vitesse de solubilisation du CO2 de manière à optimiser la dissolution du CO2 et à limiter celle des autres gaz. La proportion de CO2 dissous dans l'eau va dépendre des caractéristiques physico-chimiques de l'eau, notamment le pH et la concentration saline. Le pH sera de préférence basique pour augmenter le taux de dissolution du CO2. Ce pH pourra notamment être ajusté à partir des cendres provenant de la gazéification du char généralement riche en potasse. Le CO2 se dissout rapidement dans l'eau alors que les autres gaz passent en majorité dans la partie aérienne de la cuve. L'eau pompée en flux laminaire est dégazée par soumission aux ultrasons, ou à un vide poussé, ou à échauffement rapide. Une combinaison de ces trois traitements peuvent être appliquée simultanément ou séquentiellement. Préférentiellement, l'eau sera dégazée par l'action du vide et des ultrasons. Les gaz provenant du dégazage sont majoritairement constitués de CO2. Le CO2 pourra être réintroduit dans un cycle de gazéification en étant réintroduit dans le réacteur de gazéification après chauffage, ou subir une réduction en phase liquide/gaz à l'interface d'un plasma créé par un arc électrique entre deux électrodes creuses ou poreuses de carbone. Les électrodes de carbone utilisées pour ces réductions pourront contenir des additifs tels que l'aluminium, ou le magnésium, ou tout autre métal réducteur par exemple sous forme de poudre fortement agglomérées avec des particules de carbone. Ces métaux favorisent la production de CO et de H2 en réagissant avec l'eau, CO2 ou le carbone des électrodes. Les oxydes de métal générés par les réactions d'oxydoréduction sont régénérés sous l'action des courants électriques et de la lumière intense du plasma, notamment MgO est réduit en Mg et en oxygène (l'oxygène réagira avec le carbone) sous l'action du plasma. Les électrodes de carbone peuvent éventuellement contenir des additifs de Si et ou du SiO2 qui réagiront avec l'eau, le CO2 et le carbone pour produire du CO et du dihydrogène et du SiC. Les additifs peuvent également être présents dans l'eau de réacteurs à plasma. La répartition des poudres d'additif dans les électrodes sera homogène ou inhomogène, par exemple en couches successives séparées par des couches ne contenant que du carbone. Le carbone des électrodes proviendra par exemple des cendres récupérées par la vis sans fin qui passe dans les réservoirs à cendre du réacteur à gazéification et du cyclone de séparation des gaz et des cendres. Après refroidissement, un ou plusieurs échangeurs thermiques récupèrent au niveau de la vis sans fin pour chauffer des produits nécessitant de la chaleur au cours de leur cycle de transformation, les cendres froides sont lavées dans un cyclone hydraulique. Elles sont alors broyées en particules très fines, homogènes ou inhomogènes, avec une taille comprise entre 1 micromètre et 1 millimètre. Les particules sont éventuellement mélangées à différents composés (particules de métaux, phosphore, Si, SiO2, etc) favorisant la réduction du CO2 et l'oxydation du carbone. Une pâte est réalisée à partir des particules, elle sera moulée ou filée et compressée en électrode, après l'ajout éventuel d'un agent de cohésion comme une colle ou une résine résistante à l'eau faite à base d'un composé carboné par exemple ou un ciment quelconque. Après leur réduction dans le plasma de l'arc électrique, les gaz récupérés subiront une nouvelle étape de séparation. L'eau de lavage des cendres très basiques à cause de la potasse qu'elles contiennent, sera utilisée pour augmenter le pH du réservoir d'eau de séparation des gaz, ou comme saumure de saponification des graisses et des huiles dans un F_smo destiné à cet effet chapitre 2.1 et 2.8. 4.4 Les gaz récupérés de la partie aérienne de la cuve de séparation forme un syngaz majoritairement composé de CO et H2. Les gaz sont récupérés au travers de valves calibrées pour s'ouvrir à une pression redéfinie. Il reste toutefois de faibles pourcentages de CO2, CH4, et 02 de l'ordre de 1 à 3% pour chaque composé. Pour que la réaction (FT) (FT genérale): n CO +2n H2-> -(C 112)- + n H2O AH298= -165 KJ.mole formation d'alcanes : n CO +2(n+l) H2-> C H211+2 + n H2O 2n CO +(n+l) F12--> C H2n+2 + n CO2 formation d'alcènes : n CO +2n H2-> C 112n + n H2O 2n CO +n+ H2-> C H2n + n CO2 formation d'alcools : n CO +2n H2-> C H2n+1OH+ (n-1) H2O 30 2(n-1) CO +(n+l) H2-> C H2n+1OH+ (n-1) CO2 ait un bon rendement, il est nécessaire que la stoechiométrie de l'équation soit respectée dans le mélange syngaz utilisé. En effet, le rapport CO/H2 oriente les réactions 35 majoritaires dans la synthèse FT. De plus, en raison de diffusions différentes entre CO et 112 dans les différents réacteurs existants, la composition du syngaz doit souvent être ajustée selon le réacteur FI' utilisé. Enfin, il est important de diminuer au maximum les gaz secondaires CH4 et CO2 produits lors de la gazéification. Dans un premier temps, l'eau contenue dans le syngaz sera éliminée par condensation de la 40 vapeur d'eau, par exemple dans une tour réfrigérante ou tout moyen permettant d'amener le syngaz à une température voisine de 0°C. La compression du gaz de réfrigération pourra éventuellement être réalisée par un Tb_smo. L'eau liquide produite entraînera une partie du CO2 présent dans le syngas. Le CO2 de l'eau de condensation sera récupéré par dégazage et réintroduit dans le circuit de synthèse. 45 Le syngaz sec sera humidifié par de la vapeur d'eau à un pourcentage défini par le rapport CO/112 final désiré. Puis le syngaz humidifié sera de nouveau chauffé à une température comprise entre 200 et 1200°C, par exemple dans un Tb_smo ou un simple four solaire/micro-ondes creux (sans 50 turbine ni vis sans fin) ou tout autre moyen.25 Ceci permet de produire du 112 à partir du CO contre une production indésirable de CO2, selon la réaction : CO + H2O -> H2 +CO2 AHR(600 K)= -39 KJ.mole Le CO2 produit peut-être éliminé selon un des procédés décrits précédemment, mais ceux-ci peuvent risquer de déséquilibrer la formule du syngaz. Il sera préféré une méthode de réduction du CO2 électrochimique faisant intervenir des plasmas. 5.1 Dans un mode de réalisation particulier le réacteur électrochimique sera réalisé sur la base d'une turbopompe solaire/micro-ondes où les partie � solaire � (miroirs et lentilles) été supprimée ou réduite à la seule partie situé au niveau de la deuxième région de rotors et de la chambre annulaire pour obtenir un Réacteur solaire /micro onde ou une Réacteur micro-ondes (R_smo). Le tuyau formant le R_smo aura de préférence un diamètre compris entre 10 et 20 centimètres et sera par exemple réalisé dans un matériau électriquement isolant, tel que le du pyrex , du quartz ... Des matériaux conducteurs peuvent convenir à condition de contrôler le parcours des courant induit. Dans le cas d'utilisation de matériaux transparent aux micro-ondes le R_smo sera enchâssé dans une structure réfléchissant les micro-ondes par exemple un tube en aluminium ou tout autre matériaux réfléchissant les micro-ondes aux moins pour la région du R_smo soumis au micro ondes (qui correspond a la région postérieur à la première région de rotors). Au moins un rotor de la première région de rotors sera constitué d'aubes soit en matériaux électriquement isolants soit isolés de l'axe des rotors. Les dit rotor aurons au moins une aube électriquement conductrice en contact avec l'axe des rotors, qui sera lui même électriquement conducteur et connecté à la masse. Sur la paroi du R_smo, dans le plan de rotation du rotor est disposée au moins une électrode soumise à un courant compris entre 100Volte et 1000 kilo Volte. Dans un mode de réalisation particulier un rotor sera constitué de quatre aubes électriquement conductrices en contact avec l'axe des rotors, le reste des aubes étant électriquement isolé de l'axe du rotor ou en matériaux isolant (par exemple céramique isolante) Fig9.77. Les aubes conductrices sont disposées en croix par rapport à leur axe. La longueur des aubes est définie pour que celles-ci soient disposées à une distance comprise entre 1 micron et 5 mm de la paroi du tube du R_smo. Dans le plan de rotation du rotor sont disposées 4 électrodes à 90°c les unes des autres (de taille comprises par exemple e entre 50 microns et 1 centimètre). Dans certaine mode de réalisation les électrodes pourrons être des segment hélices Fig9.78. L'extrémité les aubes conductrices sont préférentiellement saillantes pour favoriser la formation d'un arc électrique entre l'électrode et l'aube. Chaque électrode est portée à la phase d'un générateur à haut voltage électrique alors que l'axe de rotation est connecté à la masse (un courant continu peut également être utilisé, l'axe des rotors et les électrodes seront branchés aux bornes du générateur). Durant la rotation du rotor, les aubes conductrices sont amenées à proximité des électrodes (entre 50 micron et 1 centimètre) un arc électrique ce forme entre les aubes et les électrodes. Puis les aubes s'éloignent des électrodes, l'arc s'étire alors entre les électrodes et les aubes conductrice, selon le chemin le plus cours en croisant ou barrant les aubes électriquement isolées ou neutres. Dans le cas de l'utilisation d `électrode hélicoïdal, les arcs électriques pourront glisser le long de l'électrode. Dans certaines modes de réalisations, plusieurs étages de rotors et d'électrodes peuvent êtres ajoutés au système en disposant en quinconce les électrodes conductrices de chaque rotor afin de couvrir la plus grande section possible du tuyau du R_smo. Le syngaz équilibré contenant le CO2 indésirable additionné d'une proportion souhaité de méthane (CH4) est alors introduit R_smo ou il est aspiré par la premier étage de compression du R_smo sous l'action des arc électriques et du méthane CH4, une grande partie du CO2 présent dans le syngas est réduit par la réaction : CO2 +CH4 -> 2CO +2H2 AHR(600 K)= 205 KJ.mole-' De même une grande partie du H2O encore présent dans le syngas est réduite par la réaction : H2O +CH4 -> CO +3H2 AHR(600 K)= 205 KJ.mole-' 5.2 La consommation électrique du R_smo peut être diminuée en introduisant dans la première région des rotors au moins un étage de rotors contenant au moins un aimant fixe et une bobine de fil conducteur ou supraconducteur au niveau de la paroi du tuyau du réacteur. Les aimants fixes peuvent être des aubes électriquement isolées des rotors contenant des aubes conductrices. Dans un mode de réalisation préférentiel, les aimants sont intégrés à des rotors différents des rotors contenant des aubes conductrices. Les deux types de rotors peuvent être, soit intercalés, soit ségrégués dans deux parties différentes de la première région de rotors. Le nombre d'aubes magnétiques peut être quelconque, il sera toutefois nécessaire d'adapter le nombre et la disposition des aubes conductrices à la géométrie et la disposition des aubes magnétiques et à la géométrie et à la disposition des bobines électriques. Dans un mode de réalisation particulier, le nombre d'aubes magnétiques sera égal à 2n aubes, avec n pair. Dans un mode de réalisation particulier où n=2, les aubes magnétiques sont disposées en croix Fig10.79. Dans cette orientation, les aubes sont symétriques telles que deux aubes symétriques présentent une polarité opposée � N/S � . Les aubes magnétiques auront donc entre elles une distance angulaire de 90°. Des solénoïdes Fig10.80, par exemple au nombre de quatre, pourront être disposés perpendiculairement au plan de rotation du rotor contenant les aubes magnétiques. En tournant, le rotor fait varier le champ magnétique dans les solénoïdes, générant ainsi un courant électrique alternatif à la même fréquence de rotation que celle du rotor. En reliant une borne du solénoïde à l'une des électrodes du tuyau du R_smo et l'autre au rotor électriquement conducteur qui tourne dans le plan des électrodes, la rotation du rotor � magnétique � engendre le courrant électrique, nécessaire à la production des arcs électriques entre le rotor conducteur électrique et les électrodes du tuyau. Dans un mode de réalisation particulier, les quatre solénoïdes seront reliés par une de leurs bornes à un seul rotor. Ledit rotor sera isolé électriquement de l'axe, mais les aubes conductrices du rotor seront reliées entre elles. La seconde borne de chaque solénoïde sera reliée à une des électrodes dans le plan de rotation du rotor conducteur. L'orientation des solénoïdes, par rapport au plan de rotation du rotor contenant les aubes magnétiques, sera définie pour que les courants électriques induits dans les solénoïdes aient toujours le même sens dans les solénoïdes par rapport au rotor conducteur électrique. Les courants électriques de tous les solénoïdes reliés à un même rotor iront en même temps, soit des bobines vers le rotor, soit du rotor vert les bobine. 5.3 Dans un mode de réalisation particulier, les aubes magnétiques du rotor seront au 50 nombre de 2n avec n impair. Les aubes magnétiques sont disposées régulièrement sur le rotor, selon un pas angulaire de 360/(2n). Les aubes magnétiques sont deux à deux symétriques selon l'axe de rotation, et deux aubes symétriques présentent une polarité opposée � NIS � . En parcourant la roue formée selon la répartition des aubes magnétiques sur le rotor, on obtient une alternance régulière de polarité magnétique Nord et Sud, qui respecte une symétrie axiale. Cette symétrie fait correspondre un pôle Nord à un pôle Sud par rapport à l'axe de rotation. Des aubes magnétiquement neutres peuvent être intercalée entre les aubes magnétiques pour obtenir le nombre d'aubes souhaitées dans le rotor. Ces aubes neutres pourront servir d'écran entre les champs magnétiques des aubes magnétiques. La rotation du rotor génère des variations de champs très rapides de l'ordre de 2n fois la vitesse de rotation du rotor. Ces champs magnétiques variant très rapidement en plus de produire un courant haute fréquence (2n fois la vitesse de rotation), peuvent échauffer très rapidement des molécules possédant un moment dipolaire tel que H2O, SiO... ou certains gaz comme l'hélium dans le même principe que l'ICP. Toutefois, dans une configuration des solénoïdes perpendiculaires au plan de rotation du rotor à aubes magnétiques, les champs magnétiques induits dans les solénoïdes s'opposeront au champ magnétique fixe. L'intensité des champs magnétiques variant perpendiculairement au plan de rotation des rotors, subie par les gaz traversant le R_smo, est très faible. 5.4 Dans un procédé particulier, les solénoïdes du R_smo auront une géométrie en Z. Le solénoïde sera constitué d'un fil qui fait un demi-cercle dans un plan supérieur puis descend dans un plan inférieur selon une projection perpendiculaire. Dans le plan inférieur, le fil réalise un autre demi-cercle complémentaire puis remonte dans le plan supérieur selon une projection orthogonale. Un tour de solénoïde est donc constitué de deux demi- cercles dans deux plans parallèles superposés reliés par deux verticales. En vue de dessus un tour de solénoïde apparaît comme un cercle. L'opération est répétée un grand nombre de fois pour obtenir un solénoïde. La forme du cercle peut être remplacée par n'importe quelle forme géométrique carrée, ovale, rectangle . Le solénoïde en Z est placé autour du tuyau du R_smo, de telle sorte que les deux demi- cercles soient perpendiculaires (au-dessus et en-dessous) au plan de rotation du rotor à aubes aimantées et que les deux montants reliant les demi-cercles soient parallèles au plan de rotation du rotor . Les deux montants peuvent être dans le plan de rotation du rotor ou décalés par rapport à celui-ci. En tournant dans son plan de rotation, le rotor à aubes aimantées va produire un champ variable au travers des deux demi-cercles perpendiculaires du solénoïde. Ce champ variable va induire un courant électrique et un contre-champ magnétique induit opposé aux champs fixes des aubes. Le courant qui parcourt le circuit du solénoïde en passant dans la partie verticale créera un champ magnétique induit perpendiculaire aux autres champs magnétiques et au plan des rotors. Ce champ ne sera pas compensé et s'appliquera aux gaz traversant le R_smo...DTD: En utilisant un rotor avec n impair et à polarité alternée, il est possible de faire varier le champ magnétique à une fréquence de plusieurs milliers de hertz (2n fois la vitesse du rotor). Cette variation rapide des champs magnétiques induit un champ magnétique parallèle à l'axe des rotors qui permet d'échauffer très fortement les gaz pour les faire réagir. A des fréquences élevées (supérieures à 2 MHz), le champ magnétique induit peut générer des plasmas thermiques dans des gaz polaires tel que NH3, H2O, SiO ... Toutefois, dans un champ variant couplé avec un système d'arcs électriques, des molécules neutres et non polaires telles que CO2 deviennent des dipôles qui peuvent être échauffées sous l'action de champs magnétiques variant ou de micro-ondes. Ce type de dispositif sera utilisé pour chauffer le CO2 sec.50 5.6 Dans un mode de réalisation particulier, le rotor sera constitué de 2n aubes magnétiques. Des aubes neutres peuvent être intercalées entre les aubes magnétiques pour obtenir le nombre d'aubes souhaitées sur le rotor. Les aubes magnétiques sont disposées régulièrement sur le rotor, selon un pas angulaire de 360/(2n). Les aubes magnétiques sont deux à deux symétriques selon l'axe de rotation. Les deux aubes symétriques présentent une même polarité aux extrémités � NIN � ou � SIS � Fig10.81. Les parties centrales des aubes peuvent être recouvertes d'un matériau faisant écran aux champs magnétiques. Une alternative consiste à réaliser des aubes en matériaux composites dont seules les extrémités sont aimantées. Autour du rotor ainsi formé, un nombre pair de solénoïdes est disposé selon une symétrie centrale autour de l'axe du rotor. Préférentiellement le nombre de solénoïdes sera de 4 (Fig.). Un autre solénoïde est disposé autour du tuyau de R_smo, dans un plan parallèle au plan de rotation du rotor magnétique, de préférence entre la première région de rotor et la chambre annulaire (Fig.). Une des bornes de chaque solénoïde perpendiculaire au rotor est connectée à une même borne du solénoïde parallèle au plan du rotor. La seconde borne du solénoïde parallèle est connectée au rotor conducteur électriquement. La seconde borne des solénoïdes perpendiculaires est connectée à une des électrodes de la paroi située dans le plan de rotation du rotor conducteur de courant. Dans certains modes de réalisation, le tuyau qui forme le R_mos est conducteur et remplace et joue directement le rôle d'électrode. Le circuit électrique est réalisé de manière à ce que tous les courants provenant des bobines perpendiculaires aillent vers la bobine parallèle en même temps et dans le même sens. En tournant, le rotor magnétique fait varier les champs magnétiques des bobines opposées de manière symétrique. Les champs magnétiques induits par les bobines perpendiculaires sont opposés deux à deux, ce qui limite les efforts de torsion sur la bobine. Le courant induit dans les quatre solénoïdes perpendiculaires passe dans la bobine parallèle et génère un champ magnétique variant à 2n fois la vitesse de rotation du rotor magnétique. Le fait que la bobine parallèle soit placée entre la première région de rotors et la chambre annulaire évite un trop grand échauffement des rotors. L'axe des rotors sera protégé par un déflecteur, évitant un trop grand échauffement. 5.7 Dans un mode de réalisation particulier le R_smo sera utilisé pour réduire le CO2 et oxyder le CH4 excédentaire produit durant la phase de gazéification et de synthèse FI', en CO et H2. Un mélange de CO2/CH4 ou éventuellement CO2 /CH4/H2O sera aspiré par la première région des rotors du R_smo. Le mélange pourra être enrichi par des particules de carbone (char, charbon) de 1 à 500 micromètres. Des particules de métaux, comme le manganèse, l'oxyde de manganèse, l'aluminium, le magnésium, l'indium, le titane, le fer, le cuivre... ou tout autre métal capable d'augmenter le taux de CO et 112 produit à partir du mélange de gaz, pourront être ajoutés au mélange. D'une manière générale, le substrat du réacteur est constitué de gaz chargés de particules d'une taille comprise entre 1 nanomètre et 1 millimètre dans une proportion variant de 0 à 50% du volume. Sous l'action des arcs électriques du premier étage, les molécules de gaz vont s'ioniser pour devenir des agents réactifs qui vont interagir entre eux et avec les particules de carbone selon les réactions précitées et r13 à r19. Les métaux injectés sous forme de particules seront oxydés par le différent agent réactif formé; ils pourront être réduits sous l'action des plasmas (lumière et courant) et des courants induits par les micro-ondes dans la chambre annulaire. En exemple, nous pouvons citer l'action du magnésium : Mg +H2O -> MgO + H2 r13 27 Mg + CO2 -> MgO + CO r14 2Mg + CO2 -> 2MgO + C r15 2MgO Mg +02 r16 2C+02-> CO Ou de l'aluminium : 3CO2 + AL + ù- AL2O3- + 3CO r18 3CO2 + 2AL + ù- 2AL2O3- + 2C r19 2AL2O3 ù(e-)> 4AL 302 Le carbone produit peut être oxydé en CO par le CO2 ou l'eau, ou par des radicaux oxygène produits dans le réacteur. 5.8 Les poudres d'aluminium sont très inflammables et les poudres de magnésium le sont encore plus, ce qui les rend très difficiles à manipuler. Pour pouvoir enrichir les gaz et les plasmas en métaux sans avoir à manipuler des poudres, 20 un petit bloc du métal ou de l'alliage de métaux souhaités, de manière générale de tout matériau souhaité, est introduit en amont ou en aval de la première région des rotors. Le bloc est placé, soit contre la paroi du tuyau du R_mos, soit sur le déflecteur thermique au niveau de l'axe des rotors. En vis-à-vis du bloc est disposé un hublot en quartz ou de tout matériau transparent pour les longueurs d'ondes utilisées. A travers le hublot, un faisceau 25 laser est focalisé sur le bloc avec une lentille ou un objectif de microscope. Le faisceau vient ablater la surface du bloc. La fréquence du laser sera comprise entre 1 à 106 Hertz avec des impulsions de l'ordre de 1 femtosecondes à 100 nanosecondes. L 'ablation laser du bloc de métallique pulvérisera à l'entrée du réacteur des gaz de matière expulsés du bloc qui traverseront le R_smo et pourront réagir avec les molécules de gaz tel que décrit 30 en � 5.7 � . Pour des puissances de laser suffisantes (à partir de 8 microjoules/micron carré) et des impulsions suffisamment courtes de moins de 10 nanosecondes, des plasmas optiques se formeront. Ces plasmas ioniseront encore plus les gaz et les atomes de matière expulsés, rendant l'ensemble des éléments très réactifs, par la création d'entités chargées et/ou de radicaux libres. Toutes les longueurs d'onde peuvent convenir pour les ablations, 35 il sera toutefois préféré des longueurs d'ondes dans les UV, par exemple à 266 nanomètres. L'énergie cinétique du gaz est maintenue élevée grâce aux variations rapides des champs magnétiques dans l'espace situé entre la première région de rotors et la chambre annulaire. Le gaz comprimé par l'action de la première région de rotor et de l'élévation de la température entre dans la chambre annulaire où les micro-ondes provenant des magnétrons 40 augmentent la température. 5.9 Dans un mode de réalisation particulier, les métaux et particules utilisés pour enrichir les gaz sont conducteurs de courant. Sous l'action des micro-ondes dans la chambre annulaire, des courants électriques sont induits dans les particules en suspension dans le 45 gaz. Ces courants induits provoqueront des arcs électriques entre particules ou avec les parois du réacteur R_smo, ce qui produit des plasmas d'origine électrique dans le gaz. Ces plasmas généreront les éléments activés qui en réagissant entre eux, avec le gaz, avec les particules de carbone ou de métal, produiront du CO et H2 par les réactions décrites plus haut. Les plasmas générés par les arcs électriques de courants induits sont de nature de 50 plasma hors équilibre. 3 H2O + 2AL + ù- AL2O3- + 3H2 r17 10 15 5.10 Dans un mode de réalisation particulier, la distance entre le fond de la chambre annulaire et le premier rotor de la deuxième région de rotor (région des turbines) sera égale à n* X +ci) avec n entier naturel, X. la longueur d'onde des micro-ondes et le déphasage induit par les réflexions sur la paroi ou le rotor. Ce premier rotor sera réalisé dans un matériau conduisant le courant électrique et réfléchissant les micro-ondes. Le diamètre du rotor sera par exemple égal à 0.5 a.. L'axe passant par les rotors sera réalisé dans un matériau composite, la plus grande partie sera réalisée dans un matériau isolant électrique. En revanche, la deuxième région de l'axe est réalisée, sur une longueur de a.14 à partir du premier rotor dirigée vers la chambre annulaire, dans un matériau conducteur électrique ou recouverte d'un conducteur électrique. Les guides d'ondes du ou des magnétrons dirigeront les micro-ondes dans la chambre annulaire, qui seront réfléchies en partie vers le premier rotor de la deuxième région des rotors. Dans certains modes de réalisation, les ondes, en sortie des guides d'ondes, sont dirigées vers le premier rotor. Le rotor et la partie conductrice de l'axe vont se comporter comme une antenne à micro-ondes. Ceci aura pour effet de produire des courants induits dans le rotor et dans la partie de l'axe conductrice de courant. Ces courants induits provoqueront des arcs électriques entre l'antenne et : • Les électrodes disposées à proximité du rotor antenne • Les particules contenues dans le gaz et le gaz lui-même • Les autres rotors éventuellement mis à la masse • Les parois du R_smo D'autre part, en raison de la distance entre la chambre annulaire et l'antenne, les micro- ondes pourront exciter suffisamment les particules de carbone et éventuellement de métal introduit dans le gaz, pour former un plasmoïde (ou un plasma). Il s'opérera alors une réduction du CO2 et une oxydation du carbone et du CH4 pour produire du CO et du H2. Lorsque le réacteur R_smo est en action, les gaz éventuellement enrichis en particules de carbone (et éventuellement d'autres éléments) sont aspirés par le premier étage de rotor. A ce niveau commence une activation des gaz sous l'effet des arcs électriques produits entre les aubes conductrices et les électrodes implantées dans la paroi du réacteur. Puis les gaz sont comprimés en amont de la chambre annulaire, et éventuellement chauffés par un champ magnétique variant parallèlement à l'axe des rotors et provenant de la rotation des aubes magnétiques et des solénoïdes. Les gaz passent alors dans la chambre annulaire où ils sont fortement échauffés sous l'action des micro-ondes pour former un plasma thermodynamique contenant des plasmas hors équilibre dus aux arcs électriques de courants induits. Les gaz échauffés et ionisés actionnent les rotors de la deuxième région des rotors qui entraîneront l'axe des rotors, ce qui entretient le fonctionnement du réacteur R_smo. 5.11 Dans un mode de réalisation, le R_mos est constitué d'un système de turbines et de compresseurs à deux étages. Un système de rotors formant un étage basse pression de compression, est relié par un axe de rotation, à un système de rotors formant un étage de turbines. Ces deux régions de rotors forment le système de rotors le plus externe du réacteur. Entre les étages de rotors externes, vient s'intercaler un étage de compression haute pression relié, par un axe creux, à un deuxième étage de turbines. Ces deux derniers étages forment le système de rotors le plus interne au réacteur. L'axe de rotation du système externe est emboîté dans l'axe du système interne. L'axe de rotation creux est évasé et replié, au centre du réacteur, pour former une chambre annulaire à micro-ondes solidaire de l'axe. L'axe interne ainsi que les rotors, sont réalisés dans un matériau conducteur électriquement et sont isolés du système de rotors le plus externe qui est connecté à la masse. Sous l'action des micro-ondes injectées dans la chambre annulaire, des courants électriques induits se produiront dans le système de rotors le plus interne. Ces courants génèrent des arcs électriques entre les deux systèmes de rotors et entre le système de rotors le plus interne et le tuyau du réacteur mis à la masse. Ces arcs électriques activeront les gaz et les particules traversant le réacteur de la manière décrite dans les chapitres précédents. Les divers modes de réalisation décrits pour le R_Smo peuvent être combinés dans de nombreuses variantes. Dans certains modes de réalisation, l'espace situé entre les deux rotors sera rempli d'huile ou d'un liquide permettant un couplage hyperboloïde entre les deux systèmes. Les axes seront par exemple munis d'ailettes (à l'intérieur de l'axe creux du système le plus interne et la surface du l'axe du système le plus externe) pour amplifier ce couplage . Dans certains modes de réalisation, l'étage de turbine du système le plus externe est supprimé. Le système de compression basse pression est couplé avec le reste du système de rotors (correspondant au système de rotor interne) par l'emboîtement des axes . Dans certains modes de réalisation, le compresseur du système le plus interne est constitué par un compresseur centrifuge dont le dos de la partie cannelé (cône muni d'ailettes ou de sillons : impulseur) est fusionné à la chambre annulaire . 5.12 D'une manière générale, un R_smo est utilisé comme réacteur complémentaire ou principal de gazéification du carbone pour l'oxyder en CO et produire du H2. Dans ces conditions, des étapes de filtrage, de bullage, de diffusion différentielle à travers des membranes, de séparation par cyclone, de séparation par cryogénie, ou tout autre procédé de séparation et de purification, sont réalisables afin de purifier le syngaz obtenu et d'éliminer les particules et les métaux contenus dans le syngas. 5.13-1 Dans un mode de réalisation particulier, la gazéification réalisée dans un R_smo ( éventuellement un Tb_smo) se fait à partir de vapeur de SiO. Du CO2 gaz est chauffé par exemple dans un réacteur R_smo à une température comprise entre 500°C et 2000°C. Le CO2 n'étant pas polaire, du H2O est éventuellement ajouté au CO2 pour obtenir un mélange de gaz de chauffage plus efficace. Le gaz ou le mélange de gaz est mis en contact avec un mélange de particules de Si (silice) et de SiO2 (silicium). Les particules de Si et de SiO2 seront de taille comprise entre 1 nanomètre à 5 millimètres. La taille des particules sera, soit homogène, soit inhomogène selon le mode de réalisation du procédé. Sous l'action de la chaleur et du gaz, il se produit les réactions suivantes dans des proportions variées : Si + SiO2 2SiO gaz CO2 + Si SiO gaz +CO CO2 + Si SiC + O2 minoritaire Si+ 02 ->SiO2 Le mélange de gaz obtenu est éventuellement surchauffé dans un deuxième R_smo, à une 45 température comprise entre 500°C et 2000°C. Le SiO ayant un moment dipolaire voisin de 1,54D, sera fortement échauffé par les micro-ondes. Puis le mélange gazeux est mis en contact avec des particules de carbone d'une taille homogène ou inhomogène comprise entre 1 nanomètre et 2 centimètres, selon le mode de mis en oeuvre du procédé. 50 Sous l'action du mélange de gaz, il se produit la réaction : C +SiO gaz SiC solide +CO gaz r20 Cette dernière réaction peut être réalisée dans un Tb_smo ou un R_smo couplés à un cyclone permettant d'isoler les particules du mélange de gaz CO2/CO obtenu. 5.13-2 Dans un procédé alternatif, le gaz de chauffage utilisé sera le méthane CH4 à la place du CO2. Le gaz sera chauffé par exemple dans un R_smo (éventuellement un Tb_smo) à une température comprise entre 500°C et 2000°C. Le CI-14 étant très peu polaire, il sera éventuellement mélangé à une faible proportion de H2O. Les réactions suivantes se produiront dans des proportions variées. CH4 -> Csolide +21-12 2CH4 -> C2H2 +H2 H2O +CH4 -> CO +3H2 Le mélange de gaz en sortie du R_smo est mis en contact avec un mélange de particules 20 de Si (silice) et de SiO2 (silicium) selon le procédé décrit en 5.13-1. Il se produit les réactions suivantes : Si + SiO2 2SiO gaz 2H20 + 2Si -> 2SiO2 +2H2 25 Si +CH4 SiC +2112 minoritaire Si +C -> SiC minoritaire SiO2 +3C -> SiC +2 CO SiO2 + 3CH4 -> SiC + 2CO +6H2 30 Puis le mélange gazeux est mis en contact avec des particules de carbone selon le procédé décrit en 5.13-1, il se produit alors la réaction r20. 5.13-3 Dans un procédé alternatif, le gaz de chauffage utilisé sera H2O, qui sera chauffé dans R_smo (éventuellement un Tb_smo) à une température comprise entre 500°C et 35 2000°C. Le mélange gazeux est alors mis en contact avec un mélange de particules de Si et de SiO2 selon le procédé décrit en 5.13-1. Sous l'action de la chaleur et du gaz, il se produit les réactions : 40 Si + SiO2 2SiO gaz 2H20 + 2Si -> 2SiO2 +2H2 Dans certaines conditions, le SiO2 sera produit au cours de la réaction à partir de la silice Si seule. Puis le mélange gazeux est mis en contact avec des particules de carbone selon le procédé décrit en 5.13-1, il se produit la réaction r20. Les syngas obtenus (H2, CO, C2H2, CO2) ou (CO, CO2) pourront être purifiés et 50 équilibrés par ajout de vapeur d'eau. 30 45 Le C2H2 a un coefficient de solubilisation dans l'eau (76.7 10-3 moles/litre a 0°C et 1.013 bar), voisin de celui du CO2, il pourra donc être séparé du reste des molécules selon le procédé décrit en 4.2. Le SiC produit durant les différentes réactions de gazéification sera utilisé comme catalyseur de la réaction FT. 6.1 A la sortie des R_smo les gaz sont refroidis dans des échangeurs thermiques, purifiés 10 pour éliminer les particules et le CO2 résiduel. Le syngaz est équilibré, porté à la température souhaitée par un Tb_smo ou un autre moyen avant d'être injecté dans un réacteur de FT. 6.1 En sortie du réacteur FT, le mélange d'hydrocarbures et d'alcools est chauffé dans un 15 F_smo. Dans un mode de réalisation particulier, pour obtenir une meilleure action des micro-ondes, une certaine quantité de vapeur d'eau est introduite dans le mélange d'hydrocarbures et d'alcools sortant du réacteur FT'. Le mélange peut également être chauffé par de la chaleur provenant des échangeurs thermiques. Le mélange 20 d'hydrocarbures et d'alcools en sortie de F_smo atteint une température comprise entre 200°C et 600°C (préférentiellement 370°C), suffisante pour une distillation dans une colonne de distillation. Dans certains modes de réalisation, des miroirs plans, sphériques, ou avec une organisation 25 Fresnel, réfléchiront le rayonnement solaire sur la colonne de distillation. Dans certains modes de réalisation, des lentilles optiques font converger le rayonnement solaire sur la surface du tuyau du F_smo ou dans le F_smo lui-même au travers d'un hublot transparent, pour chauffer le mélange d'hydrocarbures et d'alcools. 30 6.2 Le méthane obtenu en fin de distillation sera utilisable, comme combustible dans le gazéificateur, et dans les différents réacteurs et réactions décrits précédemment. Toutefois, une partie du méthane produit par la synthèse de FT pourra servir de carburant à des moteurs à combustion interne actionnant un alternateur afin de produire une partie du courant utilisé. Le CO2 produit par les moteurs sera injecté dans le circuit de CO2 du 35 système de production du syngaz. La chaleur produite par les moteurs sera également récupérée au profit du système de production. 6.3 Dans certains modes de réalisation, le CO2 sous pression sera produit par la combustion du méthane dans une turbine à gaz couplée à un générateur de courant. En 40 sortie de la turbine, après un éventuellement passage dans un Tb_smo pour être surchauffé, le CO2 ira alimenter les cyclones du gazéificateur, le réacteur à plasma, les R_mos ou tout autre réacteur du système de production. 6.4 Une patrie de l'énergie électrique sera apportée par des panneaux solaires. Les 45 panneaux solaires présenteront à leur surface des particules de quartz, particules quantiques (quantique ou Qdot ). Ces particules ont la capacité d'émettre une fluorescence dans l'infrarouge et dans le visible sous l'action des UV. Cette transformation de la lumière UV en spectre visible et IR la rend utilisable par des panneaux classiques. D'une manière générale, les Qdot pourront être intégrés au revêtement noir des tuyaux des 50 réacteurs pour augmenter leur capacité à absorber la lumière.5 Une autre partie de l'énergie électrique nécessaire pour faire fonctionner l'installation proviendra d'énergie éolienne. De manière générale, tout type de production de courant électrique peut convenir pour assurer les besoins en énergie électrique du procédé. Il sera toutefois préféré une production de courant électrique non polluante incluant le système de pile à combustible, pour ne pas alourdir la balance de pollution du système. LEGENDES DE L'ENSEMBLE DES FIGURES 5 1) Tuyau du four solaire/micro-ondes 2) Vis sans fin 10 3) Système de miroirs 4) Miroirs suivant en escalier une section d'ellipsoïde 5) Lentilles convergentes ou de Fresnel 6) Magnétron 7) Guide d'ondes 15 8) Cheminées de dégazage 9) Coeur du réacteur (LFLC) 10) Chambre de combustion Il) Brûleurs asymétriques, tangents à la paroi de la chambre de combustion 12) Gaz de combustion tournoyant sous l'action des flammes de combustion 20 13) Flammes de combustion 14) Arrivée d'air 15) Arrivée des gaz de pyrolyse des granules 16) Arrivée de gaz additionnels tels que CH4 17) Jupe formant un cône percé dirigé vers le bas : sortie axiale de la chambre de 25 combustion des granules et des gaz, et entrée axiale dans le premier cyclone 18) Jupe formant un cône percé dirigé vers le bas : sortie axiale des granules et des gaz du premier cyclone et entrée axiale dans le deuxième cyclone 19) Jupe formant un cône percé dirigé vers le bas : sortie axiale des granules du deuxième cyclone 30 20) Cône d'obturation des ouvertures en entonnoir des jupes. Le cône est muni d'ailettes pour créer des passages obliques vers le cyclone inférieur afin de faire tourner les gaz dans le sens de rotation du vortex du cyclone. 21) Obstruction partielle de l'ouverture en entonnoir des jupes. Une série de conduits disposés entre le bord de la jupe et la structure en cône forme les passages entre les deux 35 compartiments 22) Conduit oblique entre le bord de la jupe et le cône d'obturation partielle de l'ouverture en entonnoir de la jupe. 23) Bord de l'ouverture en entonnoir de la jupe. 24) Ailettes créant des passages obliques vers le cyclone inférieur. 40 25) Vues d'un cône d'obturation des ouvertures des jupes : section et vue du dessous 26) Ailettes de la face inférieure d'un cône d'obturation des ouvertures des jupes 27) Tuyau d'injection tangentielle des gaz dans les cyclones 28) Cyclone à double entrée axiale et tangentielle 29) Guide du flux des gaz remontants 45 30) Structure creuse en T 31) Pied de la structure creuse en T : tuyau de remontée des flux 32) Tuyère de sortie des gaz (tuyère horizontale): sortie du flux remontant dans l'espace inter-tuyaux 33) Tuyau interne du coeur du réacteur 50 34)) Tuyau externe du coeur du réacteur 35) Espace inter-tuyaux 36) Conduit oblique de l'entrée axiale dans le cyclone 37) Extrémité inférieure du tuyau interne du coeur : jupe présentant une courbure en obus 38) Obturateur partiel de l'extrémité inférieure du tuyau interne : bi-cône 39) Grillage avec pores calibrés 40) Grillage organisé en cône remontant vers le tuyau interne 41) Bi-cône fermant le cône grillagé 42) Panier annulaire creux en son centre (lumière) 43) Lumière du panier annulaire 44) Axe de rotation du panier annulaire 45) Hélice de fixation du panier à l'axe de rotation 46) Conduits organisés autour d'un court cylindre grillagé formé de tiges métalliques verticales 47) Tiges métalliques verticales permettant la formation du flux remontant dans le cyclone, la filtration des granules, la génération des arcs électriques de courants induits 48) Ailette structurante des conduits obliques 49) Conduit oblique imprimant un mouvement de rotation aux gaz chargés de particules 50) A : Cylindre de remontée des flux et B : cône percé de remontée des flux 51) Ailette disposée sur le bord externe du panier annulaire et dirigée vers l'intérieur du panier 52) Electrode hélicoïdale en ressort accolé à une électrode couronne 53) Base de l'électrode en ressort se terminant par une structure en couronne en refermant la dernière spire sur elle-même 54) Extrémité de l'électrode en ressort incurvé pour repasser au milieu de la spirale du ressort, de manière à former un axe central 55) Cyclone avec électrode hélicoïdale : GlidArc 56) Structure en étoile reliant les axes des cyclones GlidArc permettant ainsi d'actionner en même temps les ressorts 57) Cyclone GlidArc disposé en rosette autour de la lumière de la jupe du dernier cyclone terminant le tuyau interne du LFLC_dc. 58) Couvercle de fermeture des cyclones. A : vue de côté, B : vue de dessous. 59) Cylindre de sortie des flux remontant dans le cyclone GlidArc 60) Fente oblique d'alimentation axiale du cyclone GlidArc 61) Ailette oblique encadrant les fentes d'alimentation axiale des cyclones 63) Conduit d'alimentation axiale des cyclones GlidArc à partir des conduits de sortie du cyclone de l'étage supérieur 64) Tuyau d'alimentation tangentielle du cyclone GlidArc, le tuyau s'ouvre dans l'espace inter-tuyaux en faisant face au vortex du tuyau externe à proximité de sa paroi 40 65) Tuyau de guidage des flux remontants 66) Ailettes disposées entre le tuyau externe et le guide de flux 67) Fond de la chambre de combustion 68) Grille d'obstruction du fond du réacteur de gazéification 69) Structure hémi-cônique 45 70) Réservoir à cendres du gazéificateur 71) Cyclone de séparation gaz / particules 72) Parois du Tb_omo 73) Région de rotors, située sur le premier tiers de l'axe compresseur 74) Région de rotors, située sur le troisième tiers de l'axe 50 75) Axe de rotor ovoïdal 76) Chambre annulaire pour le confinement des micro-ondes 77) Rotor constitué de quatre aubes électriquement conductrices en contact avec l'axe, les aubes restantes sont électriquement isolées de l'axe 78) 4 électrodes à 90° les unes des autres, perpendiculaires au plan de rotation du rotor 5 79) Les aubes magnétiques sont disposées en croix, deux aubes symétriques présentent une polarité opposée � NIS � 80) 4 solénoïdes disposés perpendiculairement au plan de rotation du rotor contenant les aubes magnétiques 81) Rotor avec aubes magnétiques présentant une symétrie centrale, deux aubes 10 symétriques présentent la même polarité aux extrémités � N/N � ou � SIS � 82) Solénoïde disposé parallèlement au plan de rotation du rotor contenant les aubes magnétiques REVENDICATIONS 1) Procédé caractérisé en ce que l'énergie nécessaire à une réaction physico-chimique (chauffage, mise sous pression, synthèse de substrats, lyse de substrats, changement de phase de substrats, etc.), est apportée par des radiofréquences et l'énergie calorifique provenant du rayonnement solaire, 5,4. 10 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'énergie nécessaire à la production de carburant liquide et gazeux (hydrocarbure, monoxyde de carbone, hydrogène, alcool, ester d'alcool, hydrate de carbone ...), provient de micro-ondes et de l'énergie thermique produite à partir du rayonnement solaire,6 , 7. 15 3) Procédé selon les revendications 1, 2 caractérisé en ce que l'énergie thermique solaire est produite par la convergence du rayonnement solaire au moyen de miroirs 4 et/ou de lentilles 5 optiques vers un réacteur, 1, 72, réalisé dans un matériau qui absorbe le rayonnement solaire pour le transformer en chaleur, le réacteur disposant au moins d'un 20 dispositif impulsant (injectant) des micro-ondes, 6,7 entre 1GigaHertz et 300 GigaHertz à l'intérieur. 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif, 6,7 produisant les micro-ondes qui sont injectées est un magnétron. 5) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le réacteur dispose de systèmes pour faire circuler les substrats à l'intérieur tel que vis sans fin, compresseur, turbine, hélice. 30 6) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le réacteur comprend des dispositifs permettant la formation d'arcs électriques entre les différents éléments le composant, ces arcs électriques étant dus, soit à des courants induits provenant du fonctionnement du réacteur, soit dus à un générateur extérieur. Ces arcs électriques génèrent des plasmas hors équilibre qui ionisent les gaz traversant le réacteur, 35 créant des dipôles sensibles aux micro-ondes, et créant des entités réactives (radicaux libres et ions) qui réagissen t avec les gaz et les particules traversant le réacteur. 7) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le 40 réacteur comprend des moyens de produire des plasmas gazeux et des plasmas mixtes gaz/particules d'origine optique, hors équilibre et thermique. Ceci grâce à un dispositif optique mettant en action un faisceau laser, un dispositif électrique déclenchant des arcs électriques, et un dispositif thermique confinant et concentrant les micro-ondes dans une chambre annulaire capable de recevoir et concentrer les micro-ondes, les gaz et les 45 particules. 8) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le substrat du réacteur est constitué de gaz chargés de particules d'une taille comprise entre 1 nanomètre et 1 millimètre dans une proportion variant de 0 à 50% du volume. Il peut s'agir 50 premièrement de particules de carbone en cours de gazéification, deuxièmement de particules de métal favorisant la gazéification par des réactions d'oxydoréduction, 25favorisant la production d'éléments chargés et de radicaux libres sous l'action d'arcs électriques produits par des courants induits dans les particules, troisièmement de particules de silice et de silicium produisant du SiO capables de fixer une partie du carbone sous forme de SiC. 9) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le substrat et les plasmas en résultant circulant dans le réacteur, sont enrichis d'éléments provenant de l'expulsion de gaz éventuellement transformés en plasma d'origine optique et provenant de l'ablation d'un bloc de matière ; les éléments constitutifs du bloc améliorant et orientant les réactions du substrat. 10) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les réacteurs fonctionnant à l'énergie thermique du rayonnement solaire et à l'énergie des micro-ondes, alimentent un gazéificateur, permettant de transformer du charbon (d'origine végétale, fossile, synthétique) en dihydrogène H2 et monoxyde de carbone CO afin de réaliser un syngaz. 11) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le coeur d'un gazéificateur de charbon, est composé d'au moins deux cyclones superposés à double entrée, une entrée axiale et une entrée tangentielle, permettant une double alimentation des cyclones, d'une part axialement par du charbon accompagné d'un gaz, et d'autre part, tangentiellement par un gaz échauffé de manière différente. 12) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'au moins une source de micro-ondes impulse des micro-ondes dans le gazéificateur. 13) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le coeur du gazéificateur est composé d'au moins un cyclone emboîté dans un autre cyclone (gazéificateur double coeur). 35 14) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le cyclone externe du coeur du gazéificateur est alimenté en gaz et en charbon par le système de cyclones emboîtés. 15) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le 40 cyclone possède des systèmes permettant une attaque du lit de charbon par le dessous. 16) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le réacteur possède au moins un dispositif permettant la formation d'arcs électriques 45 améliorant le phénomène de gazéification du charbon. 17) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le réacteur possède un dispositif permettant de limiter le tassement du lit de charbon au fond du réacteur par un système utilisant les forces centrifuges. 50 18) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que le substrat du gazéificateur est constitué de particules hétérogènes comprenant des particules de carbone en cours de gazéification, et des particules additives favorisant la gazéification éventuellement agglomérées avec les particules de carbone. Les particules additives comprennent d'une part, des métaux réducteurs comme l'aluminium, le magnésium, le manganèse qui favorisent la gazéification par des réactions d'oxydoréduction, la production d'éléments chargés et de radicaux libres sous l'action d'arcs électriques produits par des courants induits dans les particules, et d'autre part, des particules de silice et de silicium produisant du SiO capables de fixer une partie du carbone sous forme de SiC.