INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Une représentation schématique d’un mode de réalisation particulier d’un dispositif 100 de craquage dudit matériau 1 hydrocarboné -notamment d’un déchet- selon l’invention est représenté en . Le dispositif 100 de craquage comprend à son extrémité amont, une unité 110 de préparation d’un débit d’une dispersion 3 hydrocarbonée dudit matériau 1 hydrocarboné dans une première huile, dite huile 2 de craquage, inerte vis-à-vis du craquage catalytique. L’unité 110 de préparation comprend par exemple une trémie 101 de stockage dudit matériau 1 hydrocarboné à l’état morcelé et d’approvisionnement du dispositif 100 de craquage avec dudit matériau 1 hydrocarboné. Selon certains modes de réalisation avantageux, dudit matériau 1 hydrocarboné est sous forme de fragments solides présentant une plus grande dimension inférieure à de l’ordre de 20 mm et au moins une dimension inférieure ou égale à 3 mm, notamment de l’ordre de 2 mm. De préférence, dudit matériau 1 hydrocarboné est sous forme de particules solides présentant une surface spécifique inférieure ou égale à 10 cm2 et une épaisseur inférieure ou égale à 3 mm, notamment de préférence inférieure à 2 mm. Bien entendu, rien n’empêche de prévoir des moyens de fragmentation dudit matériau 1 hydrocarboné. On réalise une telle fragmentation du matériau 1 hydrocarboné par tout procédé approprié, notamment par extrusion dudit matériau 1 hydrocarboné dans un extrudeur -par exemple, un extrudeur simple vis ou un extrudeur bi-vis- ou par lacération du matériau 1 hydrocarboné de façon à former un matériau 1 hydrocarboné morcelé.
Ledit matériau 1 hydrocarboné est choisi pour comprendre au moins un composé hydrocarboné, c’est-à-dire au moins un composé formé majoritairement d’atomes de carbone et d’atomes d’hydrogène. Il peut s’agir d’un matériau formé exclusivement de composés hydrocarbonés. Il peut aussi s’agir d’un matériau comprenant au moins un composé hydrocarboné et au moins un composé exempt de carbone et d’hydrogène. Un tel matériau hydrocarboné peut comprendre au moins un composé hydrocarboné présentant au moins un hétéroatome tel que, par exemple, l’oxygène (O), l’azote (N), le phosphore (P), le soufre (S), au moins un halogène (Cℓ, Br, F, I), etc. Ledit matériau 1 hydrocarboné peut être un matériau comprenant un composé hydrocarboné issu de la biomasse. Ledit matériau 1 hydrocarboné peut être un déchet, c’est-à-dire une partie non utilisée d’une matière, cette partie non utilisée nécessitant une élimination par incinération et/ou un retraitement approprié en vue de son stockage. Il peut s’agir par exemple d’un déchet industriel, d’un déchet agricole -telles que des parties non valorisées de plantes- ou de déchets ménagers obtenus après un tri mécanique destiné à écarter les matières inertes -telles que le verre- ou non transformables. Il peut s’agir d’un déchet solide contenant au moins un composé hydrocarboné, notamment au moins un composé organique, de la matière cellulosique et/ou des matériaux synthétiques polymériques. Un tel déchet peut être sensiblement exempt de matière putrescible. Cependant, s’agissant d’un déchet ménager, un tel déchet peut comprendre des matières putrescibles. Un tel déchet peut être formé par un traitement par compression d’ordures ménagères dans une presse adaptée pour pouvoir séparer les matières putrescibles et les matières combustibles de ces ordures ménagères. Une telle séparation peut être par exemple réalisée au moyen d’une presse à extruder, par exemple telle que décrite dans EP 0 563 173. En général, un tel déchet solide à l’état brut, morcelé peut présenter un taux d’humidité compris entre 10% à 30%. Par exemple, on soumet des ordures ménagères à une compression jusqu'à une pression supérieure à 750 bars dans des conditions propres à extraire l’eau et une fraction fermentescible sous forme de pulpe humide et à former le matériau -notamment le déchet- solide hydrocarboné.
La trémie 101 de stockage du matériau 1 solide à l’état morcelé et comprenant au moins un composé hydrocarboné et d’approvisionnement du dispositif 100 de craquage avec ce matériau 1 solide est munie d’au moins un organe 102 de contrôle du débit dudit matériau 1 hydrocarboné délivré par la trémie 101 dans un convoyeur 103 de transfert du matériau 1 solide morcelé dans un convoyeur 104 de séchage et de désoxygénation du matériau 1 solide. L’organe 102 de contrôle permet d’ajuster le débit de matériau 1 solide morcelé introduit dans le dispositif 100 de craquage de façon à pouvoir contrôler la réaction de craquage catalytique dans un réacteur 120 aval de craquage et éviter toute obstruction des conduits d’approvisionnement de ce réacteur 120 de craquage en réactifs de craquage catalytique. Le convoyeur 103 de transfert peut être de tout type et de toute longueur dès lors qu’il permet un acheminement sûr et régulier du matériau 1 solide morcelé et son introduction dans le convoyeur 104 de séchage. Le convoyeur 103 de transfert peut être un convoyeur à vis sans fin entrainée en rotation par un moteur 180 -notamment un moteur électrique- connu en lui-même.
Le convoyeur 104 de séchage/désoxygénation représenté en comprend dans sa partie 155 amont un convoyeur 105 tronconique d’axe sensiblement vertical et évasé vers le bas, permettant un guidage et un acheminement du matériau 1 solide morcelé, assistés par la gravité, le conduit 105 tronconique s’étendant et faisant jonction entre l’extrémité avale du convoyeur 103 de transfert et débouchant en partie 155 amont du convoyeur 104 de séchage/désoxygénation. Le convoyeur 105 tronconique est équipé d’une vis rotative entrainée en rotation par un moteur 182, la vis rotative coopérant avec le conduit 105 tronconique pour permettre la chute par gravité du débit de matériau 1 solide morcelé dans la partie 155 amont du convoyeur 104 de séchage/désoxygénation.
Le convoyeur 104 de séchage/désoxygénation est du type comprenant une vis sans fin entrainée en rotation par un moteur 183 selon un axe longitudinal sensiblement horizontal. Le convoyeur 104 de séchage/désoxygénation est muni de moyens 107 de chauffage du matériau 1 solide morcelé à une température maximale de 180°C et minimale de 102°C -notamment à une température comprise entre 102°C et 130°C-. Les moyens 107 de chauffage permettent une vaporisation et une extraction d’eau 14 sous forme vapeur lors du transport du matériau 1 solide à l’état morcelé dans une partie 156 intermédiaire du convoyeur 104 de séchage/désoxygénation. Ce séchage permet de faciliter la dispersion du matériau 1 solide morcelé dans ladite huile 2 de craquage en garantissant l’absence d’eau libre. Les moyens 107 de chauffage du convoyeur 104 de séchage/désoxygénation comprennent aussi une gaine 108 externe de chauffage par conduction du convoyeur 104 de séchage/désoxygénation adaptée pour recevoir un débit de ladite huile 2 de craquage chaude -notamment par un débit de ladite huile 2 de craquage recyclée et chauffée à l’issue et du fait du craquage catalytique-. La gaine 108 externe s’étend en regard de la partie 156 intermédiaire du convoyeur 104 de séchage/désoxygénation et permet un échange thermique entre ladite huile 2 de craquage chaude circulant dans la gaine 108 externe et la dispersion 3 hydrocarbonée circulant dans le convoyeur 104 de séchage/désoxygénation et un chauffage de la dispersion 3 hydrocarbonée.
Le débit de ladite huile 2 de craquage chaude peut être à une température comprise entre 150°C et 200°C -notamment de l’ordre de 180°C à 190°C- en entrée 159 de la gaine 108 externe. La gaine 108 externe de chauffage débouche dans l’espace 111 interne du convoyeur 104 de séchage/désoxygénation par des orifices 112 de communication de ladite huile de craquage, les orifices 112 étant formés dans la paroi externe du convoyeur 104, ce par quoi de ladite huile 2 de craquage chaude est mise en contact avec le matériau 1 solide morcelé pour former une dispersion, dite dispersion 3 hydrocarbonée, de ce matériau 1 solide dispersé dans ladite huile 2 de craquage chaude.
Rien n’empêche de prévoir que la gaine 108 externe de chauffage soit munie de moyens 109 supplémentaires de chauffage par induction d’une dispersion 5 dégazée, adaptés et contrôlés pour porter la dispersion 5 dégazée et le matériau 1 solide de la dispersion 5 dégazée à une température sensiblement supérieure à 100°C -notamment à une température comprise entre 100°C et 280°C- assurant d’une quasi-absence d’eau résiduelle dans la dispersion 5 dégazée et dans le matériau sec dispersé dans ladite huile 2 de craquage chaude.
Dans certains modes de réalisation, on réalise une étape 175 préalable de séchage de façon que ne subsiste dans le matériau 1 solide morcelé sensiblement uniquement l’eau de constitution du matériau solide morcelé, c’est-à-dire l’eau constitutive et non extractible du matériau solide morcelé.
Rien n’empêche de prévoir de réaliser une étape 175 additionnelle d’ajustement de la granulométrie du matériau 1 solide morcelé de départ et/ou du matériau 1 solide morcelé dans la dispersion 3 hydrocarbonée et/ou du matériau 1 solide morcelé dans la dispersion 4 séchée et/ou du matériau 1 solide morcelé dans la dispersion 5 dégazée et/ou du matériau 1 solide morcelé dans ladite dispersion 6 de craquage. On réalise un tel ajustement de la granulométrie par tout moyen de fragmentation approprié.
La partie 156 intermédiaire du convoyeur 104 de séchage/désoxygénation est munie d’un organe 113 de dégazage comprenant une cloche 114 maintenue en dépression -c’est-à-dire à une pression inférieure à la pression atmosphérique- par une pompe 115 aspirante mécanique. Le convoyeur 104 de séchage/désoxygénation permet la formation d’une dispersion 5 dégazée -notamment au moins partiellement désoxygénée- et asséchée du matériau 1 solide morcelé dans ladite huile 2 de craquage.
Selon certains modes de réalisation, on réalise cette désoxygénation en maintenant la dispersion du matériau 1 solide morcelé en contact avec une atmosphère gazeuse présentant une valeur de pression partielle en oxygène inférieure à la pression partielle en oxygène de l’air atmosphérique. Par exemple, on réalise une telle désoxygénation en maintenant la dispersion du matériau 1 solide à l’état morcelé dans ladite huile 2 de craquage en contact avec une atmosphère formée d’un gaz inerte. Rien n’empêche de réaliser une telle désoxygénation en maintenant la dispersion en contact avec de l’air atmosphérique à une pression inférieure à la pression atmosphérique.
Un tel dégazage et une telle désoxygénation 177 du matériau 1 solide morcelé séché et dispersé dans ladite huile 2 de craquage chaude permet de contrôler aussi précisément que possible une réaction de combustion exothermique de dihydrogène (H 2 ) à l’état gazeux produit lors du craquage par du dioxygène (O 2 ) gazeux présent dans ladite dispersion 6 de craquage. En effet, dans certains modes de réalisation d’un procédé selon l’invention de production de produits énergétiques -notamment de carburant- par craquage catalytique d’un matériau -notamment d’un déchet- solide contenant de la biomasse, c’est-à-dire un matériau constitué au moins en partie de matière d’origine végétale et/ou de matière d’origine animale et susceptible de former du dihydrogène (H 2 ) à l’état gazeux lors du craquage, il convient d’éviter que se déroule cette réaction de combustion exothermique non contrôlée, de façon à empêcher tout échauffement incontrôlé de ladite dispersion 6 de craquage. Selon d’autres modes de réalisation, il convient de pouvoir éviter cette consommation de dihydrogène (H 2 ) à l’état gazeux produit lors du craquage, le dihydrogène (H 2 ) à l’état gazeux étant un produit énergétique recherché dans ces modes de réalisation.
Une telle désoxygénation 177 permet de limiter à une valeur contrôlée, la quantité d’oxygène (O 2 ) moléculaire présent dans la dispersion du matériau 1 solide morcelé dans ladite huile 2 de craquage. Elle permet également de limiter en la contrôlant la combustion exothermique du dihydrogène (H2) au cours de la réaction de craquage catalytique, qui est susceptible de conduire : à une formation aléatoire de vapeur d’eau et à une augmentation incontrôlée de la température des vapeurs dégagées lors la réaction de craquage, une telle augmentation de la température des vapeurs étant de nature à s’opposer à la condensation des produits énergétiques -notamment du carburant-, et ; à une augmentation incontrôlée de la température de ladite dispersion de craquage dans ladite chambre de craquage, notamment jusqu’à une température de l’ordre de 600°C (observée lorsque l’étape de désoxygénation n’est pas réalisée), température qui est incompatible avec le déroulement d’une réaction de craquage sans formation de coke.
La tension de la courbe A peut être stabilisée à une valeur VA-1 ou osciller entre les valeurs de tensions VA-2 et VA-3.
En régime de fonctionnement nominal, la tension de la courbe B1 peut osciller entre une valeur de tension VB1-1 et VB1-2.
Par exemple, VB1-1 est égale à Valim2T_nom_max.
En régime de fonctionnement nominal, la valeur de la tension de la courbe B1, comprise entre VB1-1 et VB1-2, est constamment inférieure à la valeur minimale de la tension de la courbe A, comprise entre les valeurs VA-3 et VA-2.
Par exemple, VA-2 est égale à Valim1T_max, et/ou VA-3 est égale à Valim1T_min.
Ceci correspond au deuxième module d’alimentation 140 étant dans l’état « idle » (« inactif ») , illustré en , définissant, en terminologie française, un état où le second module d’alimentation 140 dérive de la tension du moteur synchrone 106, mais n’alimente pas le contrôleur de paliers 102. Cela est le cas, indépendamment du fait que l’alimentation en tension du premier module d’alimentation 130 subisse des variations transitoires entre les valeurs VA-2 et VA-3 ou soit permanente à une valeur VA-1. Dès lors, le dispositif de sélection 108 sélectionne uniquement le premier module d’alimentation 130 pour alimenter en tension le contrôleur de paliers 102.
La référence II illustre le démarrage de l’alimentation du second module d’alimentation 140, après que le premier module d’alimentation 130 soit alimenté par le moteur synchrone pour une première période de temps. La tension fournie par le second module d’alimentation 140 évolue de V0, une tension nulle, à une tension varier entre VB1-1 et VB1-2.
La référence III illustre le fait que même lorsque le deuxième module d’alimentation 140 est suffisamment alimenté pour fournir une alimentation au contrôleur de paliers 102, les pics de tension de la courbe B1, ayant une valeur VB1-1, sont constamment inférieurs à la tension fournie par le premier module d’alimentation130, en régime de fonctionnement nominal.
La référence IV illustre la défaillance du premier module d’alimentation 130, et la chute brusque de la tension fournie par ce module d’alimentation jusqu’à la tension V0, cela se traduit par une chute quasiment verticale de la tension illustrée sur la courbe A.
La référence V illustre le moment sur le graphique après que la courbe A du premier module d’alimentation 130 croise la courbe B au niveau du point de croisement C. Après le point de croisement C, la tension fournie par le deuxième module d’alimentation 140 (illustrée par la courbe B2, en aval du point C) est plus importante que la tension fournie par le premier module d’alimentation 130 (illustrée par la courbe A, en aval du point C). Par conséquent, le dispositif de sélection 108 sélectionne le deuxième module d’alimentation 140 pour alimenter en tension le contrôleur de paliers 102. Au moment de dépasser la tension fournie par le premier module d’alimentation 130, la tension fournie par le deuxième module décroit progressivement dans le temps (voir référence VI sur la ), jusqu’à à atteindre la tension V0, nulle. A ce moment, la tension d’alimentation fournie par le premier module et le second module d’alimentation 130,140 est nulle.
La tension fournie par le second module d’alimentation 140 réduit dans le temps du fait de la réduction de vitesse du moteur synchrone 106, en roue libre, jusqu’à l’arrêt de ce dernier.
La période de temps durant laquelle le contrôleur de paliers 102 est alimenté par le deuxième module d’alimentation peut être comprise entre 1s et 60s, plus particulièrement entre 5s et 30s. Durant cette période de temps, la tension fournie au contrôleur de paliers 102 est réduite dans le temps jusqu’à atteindre une tension minimum Vmin. Cette période de temps d’alimentation est illustrée en et correspond à l’état « duty » (« actif »), définissant, en terminologie française, un état où le second module d’alimentation 140 fournit l’alimentation au contrôleur de paliers 102.
A partir de cette tension minimum Vmin, les roulements à billes du palier 104, dits « atterrisseurs », peuvent prendre le relai et recevoir l’arbre moteur 110 du moteur synchrone 106. L’arbre moteur atterrit sur les roulements à billes du palier 104, jusqu’à l’arrêt final du moteur, sans causer une détérioration quelconque du palier 104.
Dans un mode de réalisation, la tension continue minimum Vmin fournie par le second module d’alimentation 140, avant que l’arbre moteur 110 viennent reposer sur les roulements à billes du palier 10, peut être comprise entre 60Vdc et 140Vdc, préférentiellement 70 Vdc et 120 Vdc.
Préférentiellement, cette tension minimum Vmin est fournie à une fréquence Fmin. La fréquence Fmin peut être comprise entre 60 Hz et 100 Hz. Cette fréquence correspond à la fréquence minimum à laquelle le contrôleur de paliers 102 peut être alimenté.
Lorsque la tension fournie par le second module d’alimentation 140 atteint V0 et devient nulle, il s’ensuit une période de repos durant laquelle le contrôleur de paliers 102 ne peut plus être alimenté par le deuxième module d’alimentation 140. Cette période de temps d’alimentation est illustrée en et correspond à l’état « rest », définissant, en terminologie française, un état de repos, où le deuxième dispositif d’alimentation ne fournit plus d’alimentation au contrôleur de paliers 102.
Le convoyeur 104 de séchage/désoxygénation présente une extrémité 116 avale de circulation de la dispersion 4 du matériau 1 solide séché et dégazé dans ladite huile 2 de craquage. Cette extrémité 116 avale du convoyeur 104 de séchage/désoxygénation forme un conduit 117 de préparation d’une dispersion 6 de craquage dans lequel débouchent un conduit 118 d’amenée d’un débit de catalyseur 7 de craquage et un conduit 119 d’amenée d’un débit de composé 8 alcalin dans le conduit 117 de préparation. L’extrémité 106 avale du conduit 117 de préparation débouche dans une chambre 121 de malaxage munie de moyens 122 de malaxage vigoureux du mélange formé et entrainés en rotation selon un axe de rotation vertical par un organe 123 moteur. Les moyens 122 de malaxage sont choisis pour favoriser les contacts entre les constituants de ladite dispersion 6 de craquage, c’est-à-dire entre ledit matériau 1 hydrocarboné, le catalyseur 7 de craquage, le composé 8 alcalin et ladite huile 2 de craquage. Rien n’empêche de prévoir que la chambre 121 de malaxage soit une chambre de malaxage de ladite dispersion 6 de craquage et de dilacération du matériau 1 solide.
Le(s) composé(s) 8 alcalin() est(sont) apportés en quantité(s) adaptée(s) pour que le pH de ladite dispersion 6 de craquage soit supérieur à 8,5, notamment compris entre 8 et 9. Une telle valeur de pH permet d’une part de favoriser -notamment de permettre- la réaction de craquage catalytique. Elle permet également de limiter la corrosion des éléments du dispositif 100 de craquage, mis en contact avec ladite dispersion 6 de craquage. Elle permet aussi de réaliser un craquage catalytique de composés hydrocarbonés chlorés. Dans certains modes de réalisation d’un procédé selon l’invention, on utilise de la chaux, ou oxyde de calcium (CaO) à titre de composé 8 alcalin.
Ladite huile 2 de craquage est une huile inerte vis-à-vis du craquage catalytique, c'est-à-dire une huile qui ne subit pas de modification chimique lorsqu’elle est placée dans des conditions (catalyseur, température…) de craquage et de transformation de composés hydrocarbonés du matériau solide à l’état morcelé en produits énergétiques. Il peut s’agir d’une huile minérale inerte vis-à-vis du craquage catalytique et stable à ladite température de craquage. Ladite huile 2 de craquage est formée d’une huile minérale à l’état liquide à ladite température de craquage, à l’état liquide à température ambiante et à l’état liquide à la température de 0°C. Ladite huile 2 de craquage peut présenter une densité inférieure à la densité du catalyseur 7 de craquage et inférieure à la densité dudit matériau 1 hydrocarboné. Selon certains modes de réalisation, ladite huile 2 de craquage présente une densité de l’ordre de 0,85.
Ladite huile 2 de craquage peut être une huile inerte recyclée, par exemple à partir de la mousse 9 de craquage catalytique en expansion formée du fait du craquage de ladite dispersion 6 de craquage, par séparation liquide/solide de ladite huile 2 de craquage de la mousse 9 de craquage en expansion et des matières solides (catalyseur, résidus solides…). Cette séparation peut être réalisée par tout moyen. Elle peut être réalisée au moyen d’un dispositif de séparation liquide/solide par décantation de matières solides de haute densité. Il peut s’agir d’un dispositif de séparation liquide/solide par filtration et rétention des matières solides morcelées. Il peut s’agir d’un dispositif de séparation liquide/solide par flottation permettant une séparation de ladite huile 2 de craquage recyclée et de matières solides de densité supérieure à la densité de ladite huile 2 de craquage et de matières de densité inférieure à la densité de ladite huile 2 de craquage.
Au moins un catalyseur 7 de craquage est un catalyseur de craquage catalytique de composés hydrocarbonés en hydrocarbures. Au moins un catalyseur 7 de craquage est choisi dans le groupe formé des silicates de potassium, des silicates de sodium, des silicates de calcium, des silicates de magnésium, des silicates d’aluminium, des silicates de magnésium et d’aluminium, de la zéolithe et de la bentonite. D’autres catalyseurs de craquage sont utilisables. De tels catalyseurs sont en outre des catalyseurs peu onéreux. Au moins un catalyseur 7 de craquage est un solide à l’état divisé.
On adapte le débit du matériau 1 solide morcelé et contenant au moins un composé hydrocarboné, le débit du(des) catalyseur(s) 7 de craquage, le débit du(des) composé(s) 8 alcalin(s) -notamment de la chaux- et le débit de ladite huile 2 de craquage non usagée ou recyclée, de manière appropriée pour respecter leurs proportions dans ladite dispersion 6 de craquage.
Dans certains modes de réalisation, on réalise le mélange de façon que ladite dispersion 6 de craquage présente un rapport entre le volume de matériau 1 solide à l’état morcelé et le volume de ladite dispersion 6 de craquage qui soit compris entre de l’ordre de 20% et de l’ordre de 50%.
La chambre 121 de malaxage est équipée d’une gaine 124 externe de chauffage de ladite dispersion 6 de craquage en cours de malaxage dans la chambre 121 de malaxage, et dans laquelle est entrainé un débit de ladite huile 2 de craquage chaude chauffée par des premiers moyens 125 de chauffage de ladite huile 2 de craquage à une température inférieure à ladite température de craquage de chaque composé hydrocarboné de ladite dispersion 6 de craquage (sous ladite pression de craquage) et inférieure à la température de formation de coke, de dioxines et/ou de furannes. Les premiers moyens 125 de chauffage de ladite huile 2 de craquage sont disposés en amont (selon la direction de circulation de ladite huile 2 de craquage) de la gaine 124 périphérique de façon que le débit de ladite huile 2 de craquage chaude chauffée par les premiers moyens 125 de chauffage s’écoule dans la gaine 124 périphérique puis dans la gaine 108 externe de chauffage du convoyeur 104 de séchage/désoxygénation et débouche dans l’espace 111 interne du convoyeur 104 de séchage/désoxygénation par les orifices 112 d’introduction du débit de ladite huile 2 de craquage chaude au contact du matériau 1 solide morcelé. Ainsi, le chauffage préalable du matériau 1 solide morcelé en vue de son séchage/désoxygénation et le chauffage de ladite dispersion 6 de craquage sont optimisés et les coûts nécessaires pour ces chauffages sont minimisés.