Brevet FR3163432A1 — publié le 20251219

L’invention comporte un ensemble de réacteurs verticaux (1) disposés en batterie et partageant le bloc de récupération thermique et le système de filtration de particules (3) afin de minimiser la hauteur du système de combustion. Figure 1 « Ensemble de réacteurs verticaux de combustion de fer pour application à la production d’énergie décarbonée » DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention concerne un système de production d’énergie thermique par combustion de métaux pour application à la production d’énergie décarbonée en stationnaire ou pour de la mobilité. Elle vise également un procédé de production d’énergie thermique mis en œuvre dans ce système. ETAT DE LA TECHNIQUE La plupart des systèmes de chauffage actuels (chaudières à gaz naturel, propane, butane ou fioul) utilisent des carburants qui émettent du CO2. De plus, l’augmentation du coût actuel de l’énergie et du risque de pénuries liés aux dépendances énergétiques de nombreux pays dans le monde sont un motif pour la recherche d’une énergie alternative verte pour le chauffage résidentiel et professionnel. L’utilisation du bois pour le chauffage présente également un risque de déforestation important si une gestion responsable et durable des forêts n’est pas adoptée. Dans ce contexte, la combustion de particules métalliques, comme détaillé dans l’article « Direct combustion of recyclable metal fuels for zero-carbon heat and power », Applied Energy, 2015 par J-F Bergthorson est une solution évoquée pour produire une combustion sans émission de CO2, pour tous types d’application de production d’énergie. Les carburants métalliques (magnésium, aluminium, fer) présentent l’avantage de ne générer, lors de leur combustion, que des oxydes métalliques solides facilement récupérables dans un système de combustion. Ces derniers peuvent être ensuite recyclés grâce à une énergie renouvelable par un procédé d’électrolyse à anode inerte ou de réduction thermochimique zéro CO2 par voie solaire. La combustion de particules métalliques est connue historiquement dans des applications de propulsion aérospatiale ou encore des documents US8100095B2 pour des applications automobiles à combustion interne ou externe. Une problématique majeure de la combustion du fer est la durée nécessaire pour brûler l’ensemble des particules. Des sociétés développent des systèmes de combustion de fer verticaux dont les longueurs dépassent la dizaine de mètre de haut pour seulement quelques MW. Or un réacteur de ce type n’est compatible qu’avec très peu d’installations industrielles, ou de véhicules, en raison de sa grande hauteur. Il est donc important de modifier le design de ce système de sorte à le rendre compatible avec une grande majorité des installations industrielles. L’avantage d’avoir plusieurs petits réacteurs de puissance équivalente à un grand réacteur unique, est de réduire la longueur nécessaire sur chaque réacteur pour que les particules aient le temps de brûler. Puisque sur des puissances plus faibles, à diamètre équivalent au réacteur unique, la vitesse d’écoulement étant plus faible (besoin en air réduit avec la diminution de la puissance), les particules ont besoin de moins de distance pour brûler. L’autre intérêt de multiplier les réacteurs au lieu d’agrandir le diamètre du réacteur unique (pour diminuer la vitesse de l’écoulement et raccourcir le réacteur) est que la surface d’échange thermique sera plus grande ce qui maximisera la compacité de l’échangeur thermique. Intégrer des échangeurs dans la chambre de combustion élargie (pour reprendre l’option avec un réacteur unique élargi) n’est pas envisageable en raison du fort encrassement lié à l’écoulement fortement chargé en particules. Le but principal de l’invention est de proposer un assemblage de réacteurs de combustion de fer verticaux, réduisant ainsi la hauteur du système en comparaison d’un réacteur unique à puissance égale, permettant l’intégration des systèmes de combustion de fer dans une grande variété d’applications industrielles. L’invention comporte un ensemble de réacteurs verticaux disposés en batterie et partageant le bloc de récupération thermique et le système de filtration de particules afin de minimiser la hauteur du système de combustion. DESCRIPTION DES FIGURES D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles FIG. 1 est une représentation schématique du système de combustion composé d’un ensemble de réacteurs verticaux. FIG. 2 est une représentation schématique du système de combustion composé d’un ensemble de réacteurs verticaux entouré d’un carter hexagonal. DESCRIPTION DETAILLEE S1 est un ensemble de réacteurs verticaux 1 composés de brûleurs à particules de fer suivis de leur chambre de combustion et entourés (ou à l’intérieur de la chambre) au sein de 2 d’un circuit contenant un fluide caloporteur. L’ensemble de ces réacteurs débouchent sur un système de filtration 3 par sédimentation ou de type cyclone. Un bloc 4 peut compléter la filtration de 3 par l’ajout d’un cyclone et de filtres à manche ou HEPA. Disposer un filtre à la sortie de chaque réacteur serait possible mais le partage d’un filtre dans lequel déboucherait l’ensemble des réacteurs semble plus simple à réaliser. Le système d’échangeur 2 peut comporter plusieurs types de fluides caloporteurs suivant le besoin de l’application visée. Ce système pouvant être utilisé pour des applications stationnaires (chaufferie, générateur de vapeur, centrale électrique) ou de mobilité (bateau, dirigeable etc.) S2 est un ensemble de réacteurs verticaux, dont le carter externe a une forme hexagonal pour faciliter l’ajout en périphérie d’autres ensembles de réacteurs afin de former une centrale thermique en nid d’abeille. L’intérêt de cette configuration serait de pouvoir faire évoluer la capacité d’une centrale au fil du besoin de l’application.