INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Le carter 150 est destiné à être monté sur un support de l’équipement comprenant le moteur à combustion 200, par exemple un support d’un aéronef. En mode démarreur, la machine électrique tournante 100 entraine l’arbre commun 101 en rotation. L’arbre commun 101 tourne par rapport au carter 150.
Le démarreur-générateur 1 comprend des éléments pour accélérer le rotor 13 de la machine électrique principale 10 couplés mécaniquement au moteur à combustion 200, de façon à entrainer le moteur à combustion 200, en mode démarreur, jusqu’à une vitesse de rotation où il peut entretenir sa vitesse grâce à la combustion de carburant. Aucun dispositif de démarrage auxiliaire hors du démarreur-générateur 1 n’est nécessaire pour démarrer le moteur à combustion 200. Lorsque le démarreur-générateur 1 fonctionne en mode démarreur, la machine électrique principale 10 forme un moteur électrique synchrone qui fournit le couple nécessaire à la mise en rotation du moteur à combustion 200. Lorsque que le démarreur-générateur fonctionne en mode démarreur, l’excitatrice 20 est alimentée en courant alternatif de façon à démarrer le moteur à combustion. Lorsque vitesse de rotation de l’arbre 201 du moteur à combustion 200 atteint un premier seuil, cette alimentation est coupée car le couple produit par le moteur à combustion 200 est suffisant pour que le moteur à combustion 200 entretienne seul le mouvement de l’arbre 201. Le démarreur-générateur 1 ne fonctionne alors plus en mode démarreur. La vitesse de rotation de l’arbre 201 du moteur à combustion 200 accélère d’elle-même, c'est-à-dire de façon autonome, jusqu’à atteindre un deuxième seuil, supérieur au premier seuil, à partir duquel le démarreur-générateur 1 va pouvoir fonctionner en mode générateur. Les modes générateur et démarreur ne sont pas simultanés.
La machine électrique principale 10 comprend un stator 11 comprenant des enroulements statoriques 12a, 12b, 12c qui peuvent être connectés en étoile, comme représenté, ou en triangle si le stator 11 est triphasé. D’autres nombre de phase sont également possibles. Le rotor 13 comprend un enroulement rotorique 14.
En mode générateur, le moteur à combustion 200 ayant été démarré, la machine électrique principale 10 constitue une génératrice électrique synchrone qui transforme l’énergie mécanique de rotation de l’arbre commun 101 couplé mécaniquement à l’arbre 201 du moteur à combustion 200 en énergie électrique de tension électrique U délivrée en sortie de son stator 11 sur une ligne d’alimentation 60 qui achemine l’énergie électrique vers un dispositif destiné à être alimenté électriquement, par exemple un réseau de bord 202 de l’aéronef. La tension U est une tension électrique triphasée dans l’exemple représenté. L’invention peut être mise en œuvre quel que soit le nombre de phases du stator 11.
L’excitatrice 20 comprend un stator 21 et un rotor 22 solidaire de l’arbre 101. Le rotor 22 comprend des enroulements rotoriques 23a, 23b, 23c, qui peuvent être connectés en étoile ou de toute autre façon. Comme précédemment, l’invention peut être mise en œuvre quel que soit le nombre de phases du rotor 22. Le stator 21 comprend un enroulement statorique 24 formant un inducteur bobiné pouvant être parcouru soit par un courant alternatif en mode démarreur soit par un courant continu en mode générateur. Les courants alternatifs développés au rotor 22 de l’excitatrice 20 sont redressés par le redresseur tournant 40, tel qu’un pont de diodes 41 tournant, pour alimenter l’enroulement rotorique 14 de la machine électrique principale 10 en courant continu.
La génératrice auxiliaire 30 est par exemple une génératrice synchrone comprenant un rotor 31 solidaire de l’arbre 101 et comprenant des aimants permanents 32. De plus, la génératrice auxiliaire 30 comprend un stator 33 comprenant des enroulements statoriques 34a, 34b, 34c.
Les stators de l’éventuelle génératrice auxiliaire 30, de l’excitatrice 20 et de la machine principale 10 forment le stator de la machine électrique tournante. Il est fixe par rapport au carter 150. Les rotors et stators précités comprennent chacun une structure sur laquelle sont fixés les enroulements du rotor ou stator correspondant.
Le démarreur-générateur 1 comprend en outre un régulateur 50 configuré pour alimenter l’enroulement statorique 24 en courant alternatif lorsque le démarreur-générateur 1 fonctionne en mode démarreur. En mode générateur, l’enroulement statorique 24 est par exemple alimenté par la génératrice auxiliaire 30 au travers d’un redresseur 52 qui peut être accompagné d’un régulateur, non représenté. Le passage du mode démarreur au mode générateur est par exemple réalisé au moyen d’un contacteur 25 lorsqu’un même enroulement 24 est alimenté soit en courant alternatif pour le mode démarreur, soit en courant continu pour le mode générateur. Il est possible de se passer du contacteur 25 lorsque le stator 21 comprend deux enroulements distincts, l’un pour le mode démarreur et l’autre pour le mode générateur, comme on le verra plus loin à l’aide de la . Pour la présente invention, on s’intéresse principalement au mode démarreur et au courant alternatif injecté dans l’enroulement statorique 24.
L’énergie électrique permettant d’alimenter l’enroulement statorique 24 peut provenir de différentes sources : le réseau de bord 202, la génératrice auxiliaire 30, une batterie 60 ou une prise de parc 70. A bord d’un aéronef, lorsque celui-ci est au sol, lors du démarrage du premier moteur, notamment celui du groupe auxiliaire, la seule source d’énergie électrique disponible à bord peut être celle de la batterie 60. Certains aéroports sont équipés de groupes de parc permettant à l’aéronef de se raccorder au travers de sa prise de parc 70, ce qui permet d’éviter le fonctionnement du groupe auxiliaire lorsque l’aéronef est à l’arrêt. Une fois le groupe auxiliaire démarré, le réseau de bord 202 peut être sous tension ce qui permet d’alimenter d’autres démarreurs-générateurs associés notamment aux moteurs de propulsion. L’alimentation au travers de la génératrice auxiliaire 30 ne peut pas se faire, tant que l’arbre 101 est à l’arrêt. La génératrice auxiliaire 30 peut cependant prendre le relais d’une autre source d’alimentation en mode démarreur. Sur la , plusieurs sources d’énergie sont représentées pour alimenter l’enroulement statorique 24. En pratique, l’invention peut être mise en œuvre quelle que soit la ou les sources permettant d’alimenter l’enroulement statorique 24.
Dans l’exemple représenté sur la , le régulateur 50 comprend plusieurs convertisseurs. Dans la pratique, le nombre de convertisseurs et la fonction de chacun sont adaptés au nombre et aux spécificités des différentes sources d’énergies permettant d’alimenter l’enroulement statorique 24. Un premier redresseur 51 transforme l’énergie issue du réseau de bord 202 ou de la prise de parc 70 en tension continue. En mode démarreur, le démarreur-générateur 1 ne produit pas d’énergie électrique et le stator 11 n’est alors pas raccordé au réseau de bord 202. Un contacteur 15 permet de déconnecter le stator 11 du réseau de bord 202 en mode démarreur et de le connecter en mode générateur. Un onduleur 53 reçoit les tensions continues issues du redresseur 51 ou éventuellement de la batterie 60 pour alimenter l’enroulement statorique 24 en tension alternative. Le régulateur 50 peut comprendre en outre un module de pilotage 54 gérant les différents convertisseurs, notamment le redresseur 51 et l’onduleur 53. Le régulateur 50 peut comprendre également d’autres contacteurs, non représentés sur la et permettant notamment de passer d’une source à l’autre : 60, 70, 202. Ces contacteurs sont commandés par le module de pilotage 54.
La représente sous forme de chronogramme un exemple de signal appliqué à l’enroulement statorique 24 en mode démarrage. Plus précisément, le régulateur 50 est configuré pour appliquer à l’enroulement statorique 24 une tension alternative dont la largeur d’amplitude est modulée. La modulation comprend une phase croissante de la largeur d’amplitude au démarrage de la rotation du rotor 75.
En appliquant une tension alternative sinusoïdale constante à l’enroulement statorique 24 durant la phase de démarrage, lorsque le rotor 75 est à l’arrêt, un appel de courant important peut apparaître sur l’enroulement statorique 24, ce qui peut lui être préjudiciable. En modulant le rapport cyclique de largeur d’alternance d’une tension alternative à amplitude constante, il est possible de limiter l’apparition de cet appel de courants. On définit par exemple la largeur de l’alternance comme la durée séparant la montée de la descente en tension à mi valeur de tension de l’amplitude maximale. Le rapport cyclique représente le rapport entre la largeur de deux alternances successives, l’une positive et l’autre négative et la durée d’une période du signal alternatif.
Expérience Exemple 1 (référence VGO) Exemple 2 (VGO avec plastique) Exemple 3 (Référence SRV-SR) Exemple 4 (RSV-SR avec plastique) Sédiments selon norme IP375 % mass. 0,03 0,07 0,26 0,55 Conversion du plastique* % mass. - 65 % - 65 % Rendements H 2 S % mass. / charge 0,4 0,4 3,3 3,2 NH 3 0,2 0,2 03 0,3 C 1 0,1 0,1 0,4 0,8 C 2 0,1 0,1 0,2 0,5 C 3 0,0 0,1 0,1 0,3 C 4 0,0 0,1 0,0 0,1 C 1 – C 4 0,2 0,4 0,8 1,7 PI-180°C 10,6 7,7 18,3 20,5 180 – 350°C 43,5 44,3 38,1 37,8 350 – 540°C 45,7 44,5 29,4 30,2 540°C+ 1,1 4,8 12,1 9,1 Conversion coupe 350°C+ % mass /350°C+ charge 52 51 61 63 * Estimation basée sur l’analyse calorimétrique (DSC – Differential Scanning Calorimetry) de la coupe 350 °C+ de l’effluent.
La conversion de la coupe 350 °C+ est calculée par différence de masses entre la charge et l’effluent liquide total, selon :
La conversion des plastiques est obtenue par différence de masses entre le plastique de la charge et le plastique restant dans l’effluent liquide total, selon :
La masse de plastique dans la charge est parfaitement connue, il s’agit d’une donnée opératoire. La masse de plastique non convertie dans l’effluent est obtenue par DSC (Differential Scanning Calorimetry) qui est une méthode calorimétrique adaptée pour qualifier et quantifier les plastiques.
Le principe est le suivant : tous les matériaux cristallins ou semi-cristallins (comme la plupart des plastiques) possèdent des changements d’état du premier ordre (fusion et cristallisation). À ce titre, une température de fusion et une enthalpie de changement d’état associée peuvent être déterminées, notamment par analyse calorimétrique DSC. Dans le cas des plastiques, la température de fusion est caractéristique du type de plastique, l’enthalpie de changement d’état est caractéristique du taux de cristallinité de ce plastique. Tous les matériaux amorphes et les liquides (comme les RSV-SR et les effluents d’hydroconversion), ne possèdent pas de transition de type fusion et ne donnent aucune réponse en DSC.
Une mesure DSC d’un mélange de plastique et hydrocarbures (charge ou effluent) possède donc la signature thermique d’un matériau semi-cristallin seulement s’il reste du plastique non converti. Dans ce cas, à partir des rendements de distillation de la coupe 350°C+ de l’effluent, d’une mesure DSC de cette coupe et d’une mesure DSC du plastique pur, il est possible de déterminer la quantité de plastique restante et non-convertie dans l’effluent. Dans le cas contraire, si la DSC ne montre aucune signature particulière, alors le plastique a été complètement converti.
Dans le cadre de ces exemples, les plastiques utilisés sont semi-cristallins : la DSC est donc un outil analytique approprié pour déterminer leur conversion.
La comparaison des résultats des exemples 2 et 4 montre que sous ces mêmes conditions opératoires, le plastique est converti à hauteur de 65 % dans les deux cas, qu’il soit combiné à une fraction lourde non-asphalténique de type VGO (exemple 2), ou combiné à une fraction lourde asphalténique de type résidu sous-vide. Toutefois, le raffineur souhaitera assurément maximiser la conversion en plastiques et donc sévériser davantage les conditions opératoires. Afin d’atteindre cet objectif, la température et le temps de séjour devront être augmentés. Or, l’homme du métier sait que plus les conditions opératoires sont élevées, plus l’opération du procédé est difficile à cause de la formation de sédiments. Lorsqu’un certain seuil est dépassé, l’homme du métier sait que le procédé d’hydroconversion n’est plus opérable.
Les conditions opératoires du procédé d’hydroconversion mettant en œuvre une charge mixte VGO/plastique de type PE haute et basse densité pourront être sévérisées davantage afin de pousser la conversion des plastiques. En effet, tel qu’illustré au travers de l’exemple 2, le taux de sédiments est très faible à une température d’opération de l’hydroconversion de 430°C, donc la marge de manœuvre vis-à-vis de la production de sédiments est importante.
En revanche, les résultats de l’exemple 3 montrent que la teneur en sédiments est déjà très élevée dès 430°C, et ce même sans plastique dans la charge. La marge de manœuvre pour sévériser les conditions opératoires est faible dans ce cas. Par ailleurs, l’ajout de plastique avec la charge hydrocarbures (exemple 4) fait grimper la teneur en sédiments à des valeurs pouvant être considérées comme rédhibitoires pour l’opérabilité du procédé, montrant qu’il sera difficile de sévériser davantage un procédé d’hydroconversion dans lequel une fraction plastique de type PE haute et basse densité est co-traitée avec une fraction lourde d’hydrocarbures de type résidu sous-vide, la conversion du plastique y étant alors limitée.
Il est également remarquable que la teneur en sédiments dans l’exemple 2 soit inférieure à celle de l’exemple 4, alors que dans l’exemple 2 la fraction plastique dans la charge soit de 10 % en poids, plus haute que dans l’exemple 4 où elle est de 5 % en poids
En résumé, ces exemples démontrent bien l’intérêt d’un procédé d’hydroconversion selon l’invention pour une charge mixte comportant une fraction lourde d’hydrocarbures non asphalténique et une fraction plastique de type PE haute et basse densité pour maximiser la conversion des plastiques en des coupes valorisables en raffinerie (production de carburants par exemple) ou en pétrochimie (production de plastiques par exemple).
HYDROCONVERSION EN LIT BOUILLONNANT OU HYBRIDE PROMUE PAR DE L’H 2 S D’UNE CHARGE COMPORTANT UNE FRACTION PLASTIQUE La présente invention concerne le domaine de l’hydroconversion de charges comportant une fraction plastique, notamment issue de déchets plastiques, et une fraction lourde d’hydrocarbures, notamment une fraction lourde d’hydrocarbures contenant une partie d'au moins 50% poids, de préférence d’au moins 80% poids, ayant une température d'ébullition d'au moins 300°C.
En particulier, la présente invention concerne un procédé d'hydroconversion d’une telle charge mixte, comportant au moins une étape d’hydroconversion mettant en œuvre un ou plusieurs réacteurs fonctionnant en lit bouillonnant ou en lit hybride bouillonnant-entrainé, et de préférence deux étapes d'hydroconversion successives, en vue de produire des matières de plus haute qualité, à point d’ébullition plus bas, par exemple à des fins de production de carburants, ou pour la production de matières premières pour la pétrochimie, tout en permettant la valorisation de déchets plastiques.
Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l'invention, lequel la fraction lourde d’hydrocarbures non-asphalténique est d’origine fossile.
Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l'invention, la fraction lourde d’hydrocarbures non-asphalténique est un distillat sous-vide issu de la distillation sous-vide d’un pétrole brut ou une huile désasphaltée issue d’un procédé de désasphaltage au solvant d’un résidu de distillation directe d’un pétrole brut.
Selon une ou plusieurs mises en œuvre d l'invention, lequel la fraction plastique contient au moins 80% en poids ou au moins 90% en poids ou au moins 95% en poids, de polyéthylène PE sous la forme haute densité (HDPE) et/ou basse densité (LDPE).
Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l'invention, la fraction plastique contient entre 50% à 95% en poids de polyéthylène basse densité (LDPE) et de 5% à 50% en poids de polyéthylène haute densité (HDPE), en particulier de 55% à 70% en poids de LDPE et de 30% à 45% en poids de HDPE.
Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l'invention, la charge comporte : - entre 0,1% et 49% en poids, de préférence entre 0,5% et 45% poids ou entre 1% et 30% en poids, de préférence entre 2% et 25% en poids voire entre 2,5% et 20% en poids de ladite fraction plastique, et - entre 51 % et 99,9% en poids, de préférence entre 55% et 99,5% en poids, de préférence entre 70% et 99% en poids, de préférence entre 75% et 98% en poids voire entre 80% et 97,5% en poids de ladite fraction lourde d’hydrocarbures non-asphalténique.
Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l'invention, à l’étape (a), la fraction plastique et la fraction lourde d’hydrocarbures non-asphalténique de la charge sont introduites mélangées dans ledit au moins un premier réacteur d’hydroconversion de la première section d’hydroconversion.
Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l'invention, à l’étape (a), la fraction plastique sous forme de particules solides, éventuellement préalablement mélangée avec un diluant, est mélangée avec la fraction lourde d’hydrocarbures non-asphalténique de manière à former une suspension, ladite suspension étant chauffée jusqu’à une température supérieure à la température de fusion de ladite fraction plastique pour former la charge introduite dans le premier réacteur d’hydroconversion.
Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l'invention, à l’étape (a), la fraction et la fraction lourde d’hydrocarbures non-asphalténique de la charge sont introduites séparément dans ledit au moins un premier réacteur d’hydroconversion de la première section d’hydroconversion.
Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l'invention, à l’étape (a), la fraction plastique sous forme de particules solides est mélangée avec un diluant dans une section de mélange (11) et chauffée dans une section de chauffage à une température supérieure à la température de fusion de ladite fraction plastique, de préférence comprise entre 60°C et 295°C, avant son introduction dans le premier réacteur d’hydroconversion, l’étape de chauffage pouvant être réalisée avant ou après le mélange avec le diluant, et de préférence après le mélange avec le diluant.
Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l'invention, le ou les réacteurs d’hydroconversion de première section d’hydroconversion à l’étape (b), et optionnellement à l’étape d’hydroconversion (d), sont des réacteurs à lit hybride bouillonnant-entraîné, ledit procédé comportant en outre une étape d’introduction d’un précurseur de catalyseur, de préférence du 2–éthylhexanoate de molybdène, avant l’injection de ladite charge dans ledit au moins au moins un premier réacteur à lit hybride bouillonnant-entraîné de la première section d’hydroconversion, de telle manière qu’un catalyseur colloïdal ou moléculaire, de préférence comportant du disulfure de molybdène, soit formé lorsque le précurseur de catalyseur réagit avec du soufre.
Liste des figures Les figures 1A à 1D illustrent le premier mode de réalisation du procédé d’hydroconversion selon l’invention, dans lequel la fraction lourde non-asphalténique et la fraction plastique de la charge sont injectées séparément dans le réacteur d’hydroconversion, i.e. sans être mélangées avant leur introduction dans le réacteur d’hydroconversion. On parlera d’injection directe pour faire référence à ce premier mode de réalisation.
Les figures 2A à 2E illustrent le deuxième mode de réalisation du procédé d’hydroconversion selon l’invention, dans lequel la fraction lourde non-asphalténique et la fraction plastique de la charge sont mélangées avant leur introduction dans le réacteur d’hydroconversion. On parlera d’injection indirecte pour faire référence à ce deuxième mode de réalisation.
La ﬁgure 14 représente deux parties de briques B1 ou B2 juxtaposées latéralement, et en particulier l’interface entre les deux briques avec les guides 14a, 14b emboités l’un dans l’autre, et le joint 21 engagé dans le canal ouvert 12 d’une des briques. Comme illustré par la ﬁgure 14, le diamètre de forage D2 des têtes de forage 30 associées aux canaux 11, 12 est tel que la section de l’excavation S2 correspondant à la surface combinée de forage réalisée par les têtes de forage couvre la totalité de la section S1 de la brique B1, B2, y compris les guides 14a, et est tangent au guide 14b de la brique adjacente. En d’autre termes, le diamètre de forage D2 est supérieur à la largeur ou au diamètre D3 de la brique B1, B2, B20.
La ﬁgure 15 représente deux parties de briques B10 ou B10 juxtaposées latéralement, et en particulier l’interface entre les deux briques avec les guides 14a’, 14b’ emboités l’un dans l’autre, et le joint 21’ engagé dans la rainure de la face latérale 10e d’une des briques. Comme illustré par la ﬁgure 14, le diamètre de forage D2 des têtes de forage associées aux canaux 11, 12 est tel que la section de l’excavation S2 correspondant à la surface combinée de forage réalisée par les têtes de forage couvre la totalité de la section S1’ de la brique B10, le guide 14a étant totalement encastré dans la brique B10. Ici encore, le diamètre de forage D2 est supérieur à la largeur D3 de la brique B10.
Une deuxième brique B1, B10 peut ensuite être enfoncée dans le sol au-dessus de la brique B2, B10. A cet effet, un tronçon de vis sans fin 40’ est inséré dans chacun des canaux 11, 12 de la brique B1, B10 (ﬁgure 16). La brique B1, B10 est positionnée au-dessus de la brique B2, B10 qui a déjà été enfoncée dans le sol. L’extrémité inférieure de chacun des tronçons de vis sans fin 40’ dans la brique B1 est couplée à l’extrémité supérieure d’un des tronçons de vis sans fin 40 dans la brique B2. A cet effet, l’extrémité supérieure de chaque tronçon de vis sans fin 40 comprend un dispositif de couplage 41 configuré pour coopérer avec un dispositif de couplage 42 de forme complémentaire agencé à l’extrémité inférieure de chacun des tronçons de vis sans fin 40’.
Selon un mode de réalisation, les briques B1, B2, B10 associées à des têtes de forage 30 et aux tronçons de vis sans fin 40, 40’ sont utilisées dans un procédé de construction d’une paroi enterrée. Ce procédé illustré par la ﬁgure 17 comprend une première étape consistant à présenter, par exemple au moyen d’un engin de levage 55, une première brique préfabriquée B (B2, B10). A cet effet, l’engin de levage 55 prélève une brique B d’un stock de briques 56 et la positionne dans un dispositif 50 comprenant un châssis 53, un bloc de rotatives motorisées 51 permettant d’actionner les têtes de forage 30 associées à la brique et un bloc 52 de couplage des rotatives aux tronçons de vis sans fin de la brique positionnée dans le dispositif 50. Le bloc de rotatives 51 et le bloc de couplage 52 sont montés mobiles en translation dans le châssis 53 entre des positions haute et basse pour suivre le mouvement d’enfoncement des briques et accueillir une nouvelle brique à enfoncer. Le dispositif 50 peut être posé sur des murets de guidage 56, 57, par exemple réalisés en béton, s’étendant le long de bords opposés de l’excavation à réaliser et assurant le maintien du châssis orienté suivant l’axe du forage. Le bloc 52 a pour fonction de maintenir une brique en surface en position d’introduction dans l’excavation et d’assurer la translation verticale du bloc de rotatives 51 et de la brique maintenue.
La brique B prélevée dans le stock 56 comprend un tronçon de vis sans fin 40 dont l’extrémité inférieure est équipée de la tête de forage 30, engagé dans chacun des canaux longitudinaux parallèles 11, 12 de la brique. Les têtes de forage 30 sont rétractables et configurées pour présenter une position déployée et une position rétractée dans laquelle la tête de forage peut coulisser dans chacun des canaux 11, 12. Les têtes de forage 30 peuvent être verrouillées en position déployée par une mise en rotation de l’extrémité supérieure 41 des tronçons de vis sans fin 40. Le dispositif de couplage 41 à l’extrémité supérieure de chacun des tronçons de vis sans fin 40 engagés dans la brique B est couplé au bloc de rotatives 51.