FR3130651A1 - Cyclone pour une installation et un procede de combustion en boucle chimique muni d’une conduite d’arrivee a parois inclinees et injection de gaz - Google Patents

Cyclone pour une installation et un procede de combustion en boucle chimique muni d’une conduite d’arrivee a parois inclinees et injection de gaz Download PDF

Info

Publication number
FR3130651A1
FR3130651A1 FR2113894A FR2113894A FR3130651A1 FR 3130651 A1 FR3130651 A1 FR 3130651A1 FR 2113894 A FR2113894 A FR 2113894A FR 2113894 A FR2113894 A FR 2113894A FR 3130651 A1 FR3130651 A1 FR 3130651A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
cyclone
gas
inlet pipe
reactor
particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR2113894A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3130651B1 (fr
Inventor
Sina TEBIANIAN
Thierry Gauthier
Florent Guillou
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
TotalEnergies Onetech SAS
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
TotalEnergies Raffinage Chimie SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN, TotalEnergies Raffinage Chimie SAS filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority to FR2113894A priority Critical patent/FR3130651B1/fr
Priority to US18/720,488 priority patent/US20250050293A1/en
Priority to EP22834901.5A priority patent/EP4448184A1/fr
Priority to CN202280083628.5A priority patent/CN118510608A/zh
Priority to PCT/EP2022/084843 priority patent/WO2023110590A1/fr
Priority to CA3238175A priority patent/CA3238175A1/fr
Publication of FR3130651A1 publication Critical patent/FR3130651A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3130651B1 publication Critical patent/FR3130651B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/005—Separating solid material from the gas/liquid stream
    • B01J8/0055—Separating solid material from the gas/liquid stream using cyclones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/02—Construction of inlets by which the vortex flow is generated, e.g. tangential admission, the fluid flow being forced to follow a downward path by spirally wound bulkheads, or with slightly downwardly-directed tangential admission
    • B04C5/04—Tangential inlets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/463—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension in stationary fluidised beds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/466—Entrained flow processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/725—Redox processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/02—Dust removal
    • C10K1/026—Dust removal by centrifugal forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C9/00—Combinations with other devices, e.g. fans, expansion chambers, diffusors, water locks
    • B04C2009/008—Combinations with other devices, e.g. fans, expansion chambers, diffusors, water locks with injection or suction of gas or liquid into the cyclone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0916—Biomass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/094—Char
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0943—Coke
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1625—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with solids treatment
    • C10J2300/1637—Char combustion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1807—Recycle loops, e.g. gas, solids, heating medium, water
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Cyclones (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un cyclone pour la séparation gaz/solide dans une installation de combustion en boucle chimique d’une charge hydrocarbonée mettant en œuvre des réacteurs fonctionnant en lit fluidisé circulant. Le nouveau cyclone comporte une conduite d’entrée spécifique avec une paroi inférieure et une des parois latérales inclinées et au moins une injection de gaz auxiliaire au niveau de la paroi inférieure, permettant de réduire le dépôt de solide à l’entrée du cyclone, d’éventuellement réaliser des réactions chimiques au sein du cyclone, ainsi qu’améliorer l’efficacité du cyclone. Figure 1 à publier

Description

CYCLONE POUR UNE INSTALLATION ET UN PROCEDE DE COMBUSTION EN BOUCLE CHIMIQUE MUNI D’UNE CONDUITE D’ARRIVEE A PAROIS INCLINEES ET INJECTION DE GAZ
La présente invention concerne le domaine de la séparation gaz/solide, et plus précisément le domaine des cyclones, dans le contexte de la combustion en boucle chimique de charges hydrocarbonées pour produire de l'énergie, du gaz de synthèse et/ou de l'hydrogène.
De manière générale, la présente invention traite du problème de l’accumulation de particules solides dans des procédés mettant en œuvre un transport de particules à travers des lignes de transport de particules, tels que les procédés d’oxydo-réduction en boucle chimique, typiquement la combustion en boucle chimique (« CLC » pour « Chemical Looping Combustion » en anglais), mettant en œuvre des lits circulants multiphasiques comportant un solide réactif en contact avec une ou plusieurs phases fluides généralement gazeuses.
Dans de tels procédés, les endroits où le solide s’accumule dans des zones stagnantes avec une concentration importante peut causer de nombreux problèmes : les particules peuvent s’agglomérer ce qui risque de conduire à l’obstruction et au blocage partiel ou total de la ligne du transport ; les particules peuvent s’accumuler temporairement et être ensuite être mobilisées de nouveau soudainement par paquets, ce qui crée alors des fluctuations de pression et des fluctuations dans le débit de solide transporté.
Dans les procédés en lits circulants multiphasiques utilisant un solide réactif en contact avec une ou plusieurs phases fluides gazeuses, tels que les procédés CLC, il est classiquement mis en œuvre une zone de réaction généralement formée par un réacteur sensiblement vertical à phase fluide ascendante, et une zone de séparation des phases (solide/gaz) généralement d’axe sensiblement vertical, formée par un cyclone utilisant la force centrifuge pour séparer les particules solides de la phase gaz. Ces séparateurs gaz/solide sont bien connus de l’homme du métier.
Ces deux zones verticales, i.e. le réacteur et le cyclone, sont en général reliées par une zone de transport de transition, typiquement une conduite, dont la longueur et l’inclinaison sont conditionnées par les emplacements relatifs de la zone de réaction et de la zone de séparation. Classiquement, ces zones de transition, dans lesquelles le mélange gaz/solide circule, sont sensiblement horizontales pour respecter l’arrivée tangentielle du flux dans le cyclone. Il en résulte donc un changement de direction, par lequel la décélération du solide favorise le dépôt des particules au fond de la conduite, ce qui peut générer les phénomènes décrits ci-dessus.
Un des endroits où des particules solides risquent de s’accumuler est donc la conduite qui mène à l’entrée du cyclone. L’accumulation de particules solides peut donc être liée au changement de direction du gaz et la décélération du solide lors du changement de direction entre la zone réactionnelle et la zone de transport de transition. Elle peut également se produire dans la zone de transport si la vitesse de gaz dans cette conduite est inférieure à la vitesse de saltation de solide. Ce phénomène est bien décrit dans la littérature (Gauthier et al., "Gas–solid separation in a uniflow cyclone at high solids loadings: effect of acceleration line." Proceedings of the 3rd International Conference on Circulating Fluidized Beds, Nagoya, Japan, October 1991).
Dans de nombreuses applications, les conséquences du dépôt de particules solides au fond de la zone de transport de transition sont des fluctuations de pression qui peuvent perturber le fonctionnement du procédé, en altérant le bilan pression de l’installation et en induisant des variations significatives du débit de solide circulant en boucle dans l’installation. Une baisse de l’efficacité de séparation du cyclone peut également être observée.
Dans les applications comme le CLC, le solide stagnant à haute température, qui peut être du porteur d’oxygène ou des cendres, peut produire un agglomérat de particules qui grossit au fur et à mesure du passage d’autres particules solides. Cette agglomération peut dans les cas extrêmes bloquer une grande partie de l’entrée du cyclone et compromettre le bilan de pression.
Il est connu, dans le domaine de la séparation gaz/solide dans des installations mettant en œuvre des réacteurs en lit fluidisé circulant, e.g. chambres de combustion, gazéifieurs, des réacteurs de craquage catalytique fluide dit FCC (pour « Fluid Catalytic Cracking » en anglais), d’utiliser des cyclones comportant une entrée inclinée, notamment pour améliorer la séparation gaz/solide. Les demandes de brevet US2011146152 et US2008246655 divulguent ainsi un cyclone comportant une entrée inclinée favorisant la séparation entre les particules solides et le gaz au sein de la conduite d’entrée du cyclone tout en minimisant l’érosion par les particules solides. L’entrée inclinée peut comprendre une paroi inférieure inclinée par rapport à l’horizontale, et par exemple d’un angle supérieur à l’angle de repos d’au moins une partie des particules solides transportées. Cependant, avec ce type de cyclones, le problème de l’accumulation de particules solides peut demeurer.
Objectifs et Résumé de l’invention
Dans ce contexte, la présente invention vise à surmonter les problèmes de l’art antérieur mentionnés ci-dessus, et a ainsi pour objectif général de réduire le dépôt de particules solides à l’entrée d’un cyclone d’une installation CLC d’une charge hydrocarbonée, mais également d’éventuellement réaliser des réactions chimiques au sein de cyclone, ainsi qu’améliorer l’efficacité du cyclone.
Ainsi, pour atteindre au moins l'un des objectifs susvisés, parmi d’autres, la présente invention propose, selon un premier aspect, un cyclone pour une installation d’oxydo-réduction en boucle chimique d’une charge hydrocarbonée mettant en œuvre au moins un réacteur fonctionnant en lit fluidisé circulant, comportant :
- une conduite d’arrivée d’un mélange gazeux comprenant des particules solides provenant d’un réacteur de l’installation, comportant à une extrémité une ouverture d’entrée de section rectangulaire et à son autre extrémité une ouverture de sortie de section rectangulaire,
- une chambre cylindro-conique comportant une portion supérieure cylindrique surmontant une portion inférieure tronconique inversée, la portion supérieure cylindrique comportant l’ouverture de sortie de la conduite d’arrivée ;
- une conduite de sortie pour un flux gazeux appauvri en particules positionnée au sommet de la portion supérieure cylindrique ;
- une conduite d’évacuation d’un flux de particules solides positionnée au fond de la portion inférieure tronconique inversée ; et
dans lequel ladite conduite d’arrivée est délimitée par :
-- une paroi supérieure plane selon un plan horizontal (XY),
-- une paroi inférieure plane inclinée par rapport à la paroi supérieure plane 25 d’un angle α, ledit angle α étant défini dans un plan (XZ) vertical et de manière à ce que la dimension selon l’axe vertical (Z) de l’ouverture de sortie S de la conduite d’arrivée soit inférieure à la dimension selon l’axe (Z) de l’ouverture d’entrée O,
-- une paroi latérale externe plane verticale selon le plan (XZ) et tangente à la portion supérieure cylindrique de la chambre cylindro-conique, et
-- une paroi latérale interne plane verticale inclinée d’un angle β par rapport à la paroi latérale externe plane, ledit angle β étant défini dans le plan (XY) horizontal, et de manière à ce que la dimension selon l’axe (Y) de l’ouverture de sortie S de la conduite d’arrivée soit inférieure à la dimension selon l’axe (Y) de l’ouverture d’entrée O, et
la conduite d’arrivée comporte au moins une buse d’injection d’un gaz auxiliaire disposée sur la paroi inférieure plane.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, l’aire de la section de l’ouverture d’entrée est égale à l’aire de la section de l’ouverture de sortie.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, l’angle α a une valeur absolue comprise entre α’ et α’+45°, de préférence comprise entre α’+10° et α’+20°, α’ étant l’angle de repos des particules, et de préférence l’angle α a une valeur absolue comprise entre 15° et 60°.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, l’angle β est déterminé de sorte que l’aire de la section de l’ouverture d’entrée est égale à l’aire de la section de l’ouverture de sortie, et de préférence l’angle β a une valeur absolue comprise entre 5° et 70°.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, le cyclone comporte entre 1 et 10 buses/m2de la paroi inférieure plane, de préférence entre 2 et 5 buses/m2de la paroi inférieure plane, réparties de manière régulière sur la surface de la paroi inférieure plane.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, l’aire de la section de l’ouverture de sortie est telle que la vitesse superficielle UgS du gaz du mélange gazeux sortant de ladite conduite d’arrivée et entrant dans la chambre du cyclone est comprise entre 5 m/s et 35m/s.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, ladite au moins une buse est configurée de manière à former un jet ayant un angle compris entre 0° et 90°, et de préférence entre 0° et 45°, par rapport à l’axe horizontal (X) dans le plan vertical (XZ).
Selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, ladite au moins une buse est configurée de manière que la vitesse du gaz à la sortie de ladite buse soit comprise entre 5 m/s et 100 m/s, de préférence comprise entre 20 m/s et 40 m/s.
Selon un deuxième aspect, la présente invention propose une installation de combustion en boucle chimique d’une charge hydrocarbonée mettant en œuvre un solide porteur d'oxygène sous forme de particules, comportant au moins :
- un réacteur de réduction opérant en lit fluidisé pour effectuer la combustion de ladite charge hydrocarbonée au contact desdites particules du solide porteur d’oxygène ;
- un réacteur d’oxydation opérant en lit fluidisé pour oxyder les particules du solide porteur d’oxygène réduites provenant du réacteur de réduction (300) par mise en contact avec un gaz oxydant ;
- des moyens de circulation du porteur d’oxygène entre ledit réacteur de réduction et le réacteur d’oxydation ; et
- un cyclone selon l’invention positionné en aval dudit réacteur de réduction et/ou en aval dudit réacteur d’oxydation de manière à recevoir un mélange gazeux comprenant des particules solides provenant du réacteur de réduction ou du réacteur d’oxydation.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation de l'invention, le cyclone est positionné en aval du réacteur d’oxydation, et ledit réacteur d’oxydation comprend dans sa partie haute l’ouverture d’entrée de la conduite d’arrivée du cyclone de manière à envoyer le mélange gazeux comportant des particules du porteur d’oxygène issu dudit réacteur d’oxydation dans la conduite d’arrivée du cyclone.
Selon un troisième aspect, la présente invention propose un procédé de combustion en boucle chimique d’une charge hydrocarbonée, mettant en œuvre un cyclone selon l’invention ou une installation selon l’invention, dans lequel :
- on effectue une combustion de la charge hydrocarbonée par mise en contact des particules du porteur d’oxygène au sein d’un réacteur de réduction opéré en lit fluidisé ;
- on effectue une oxydation des particules du porteur d’oxygène ayant séjourné dans le réacteur de réduction par mise en contact avec un gaz oxydant au sein d’un réacteur d'oxydation opéré en lit fluidisé au moyen d’un gaz oxydant, de préférence de l’air, avant de les renvoyer vers le réacteur de réduction ;
- on envoie un mélange gazeux comprenant des particules solides provenant du réacteur de réduction ou du réacteur d’oxydation dans la conduite d’arrivée du cyclone ;
- on injecte un gaz auxiliaire par au moins une buse disposée sur la paroi inférieure inclinée de la conduite d’arrivée du cyclone de manière à disperser les particules solides ;
- on effectue une séparation gaz/solide au sein dudit cyclone pour former un flux gazeux appauvri en particules extrait par la conduite de sortie au sommet de la portion supérieure cylindrique dudit cyclone et pour former un flux de particules solides évacué par la conduite d’évacuation au fond de la portion inférieure tronconique inversée dudit cyclone.
Selon une ou plusieurs mises en œuvre, le mélange gazeux comprenant des particules solides envoyé dans la conduite d’arrivée du cyclone provient directement du réacteur d’oxydation, et le gaz auxiliaire est identique au gaz oxydant du réacteur d’oxydation, et de préférence de l’air, et est injecté selon un débit compris entre 0,1% et 30% du débit de gaz oxydant utilisé dans le réacteur d’oxydation.
Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l’invention, le mélange gazeux comprenant des particules solides envoyé dans la conduite d’arrivée du cyclone provient du réacteur de réduction, et le gaz auxiliaire est du dioxygène pour effectuer en outre une réduction d’espèces imbrûlées résiduelles contenues dans le mélange gazeux, ou le gaz auxiliaire est de l’ammoniac pour effectuer en outre une réduction non catalytique de NOx contenus dans le mélange gazeux.
Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l’invention, le gaz auxiliaire est injecté par ladite au moins une buse à une vitesse comprise entre 5 m/s et 100 m/s, de préférence entre 20 m/s et 40 m/s, et forme un jet ayant un angle compris entre 0° et 90°, et de préférence entre 0° et 45°, par rapport à l’axe (X) dans le plan vertical (XZ).
Selon une ou plusieurs mises en œuvre de l’invention, la vitesse superficielle du gaz du mélange gazeux en entrée de ladite conduite d’arrivée est égale à la vitesse superficielle du gaz du mélange gazeux en sortie de ladite conduite d’arrivée, et est comprise entre 5 m/s et 35m/s.
D’autres objets et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d’exemples de réalisations particuliers de l’invention, donnés à titre d’exemples non limitatifs, la description étant faite en référence aux figures annexées décrites ci-après.
Liste des figures
La est une vue schématique en coupe d’un cyclone selon un mode de réalisation de l’invention et son fonctionnement.
La illustre le même cyclone que celui représenté à la , selon une vue de dessus.
La est schéma de principe de mise en œuvre d'un procédé CLC.
La illustre un exemple de cyclone selon l’invention, selon un schéma en coupe (A), selon une vue de dessus (B), et selon une vue perspective (C).
La illustre des résultats de simulation du cyclone en fonctionnement représenté à la (B), et d’un cyclone classique comportant une entrée sous forme de conduit horizontal (A), et en particulier illustre le dépôt de particules solides sur la surface interne de la paroi inférieure de l’entrée des cyclones.
La illustre des résultats de simulation du cyclone selon un mode de réalisation de l’invention en fonctionnement représenté à la (B), et d’un cyclone classique comportant une entrée sous forme de conduit horizontal (A), et en particulier illustre la quantité de particules solides selon leur temps de résidence dans l’entrée des cyclones.
Sur les figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou analogues.

Claims (15)

  1. Cyclone (200) pour une installation d’oxydo-réduction en boucle chimique d’une charge hydrocarbonée mettant en œuvre au moins un réacteur fonctionnant en lit fluidisé circulant, comportant :
    - une conduite d’arrivée (21) d’un mélange gazeux (2) comprenant des particules solides provenant d’un réacteur (100, 300) de l’installation, comportant à une extrémité une ouverture d’entrée (O) de section rectangulaire et à son autre extrémité une ouverture de sortie (S) de section rectangulaire,
    - une chambre cylindro-conique (22) comportant une portion supérieure cylindrique (22a) surmontant une portion inférieure tronconique inversée (22b), ladite portion supérieure cylindrique (22a) comportant l’ouverture de sortie (S) de la conduite d’arrivée ;
    - une conduite de sortie (23) pour un flux gazeux appauvri en particules (3) positionnée au sommet de la portion supérieure cylindrique ;
    - une conduite d’évacuation (24) d’un flux de particules solides (4) positionnée au fond de la portion inférieure tronconique inversée (22b); et
    dans lequel ladite conduite d’arrivée (21) est délimitée par :
    -- une paroi supérieure plane (25) selon un plan horizontal (XY),
    -- une paroi inférieure plane (26) inclinée par rapport à la paroi supérieure plane (25) d’un angle α, ledit angle α étant défini dans un plan (XZ) vertical et de manière à ce que la dimension selon l’axe vertical (Z) de l’ouverture de sortie S de la conduite d’arrivée soit inférieure à la dimension selon l’axe (Z) de l’ouverture d’entrée O,
    -- une paroi latérale externe plane verticale (27) selon le plan (XZ) et tangente à la portion supérieure cylindrique de la chambre cylindro-conique, et
    -- une paroi latérale interne plane verticale (28) inclinée par rapport à la paroi latérale externe (27) d’un angle β, ledit angle β étant défini dans le plan (XY) horizontal, et de manière à ce que la dimension selon l’axe (Y) de l’ouverture de sortie S de la conduite d’arrivée soit inférieure à la dimension selon l’axe (Y) de l’ouverture d’entrée O, et
    ladite conduite d’arrivée (21) comporte au moins une buse d’injection d’un gaz auxiliaire disposée sur la paroi inférieure plane.
  2. Cyclone selon la revendication 1, dans lequel l’aire de la section (So) de l’ouverture d’entrée (O) est égale à l’aire de la section (Ss) de l’ouverture de sortie (S).
  3. Cyclone selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel l’angle α a une valeur absolue comprise entre α’ et α’+45°, de préférence comprise entre α’+10° et α’+20°, α’ étant l’angle de repos des particules, et de préférence l’angle α a une valeur absolue comprise entre 15° et 60°.
  4. Cyclone selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’angle β est déterminé de sorte que l’aire de la section (So) de l’ouverture d’entrée (O) est égale à l’aire de la section (Ss) de l’ouverture de sortie (S), et de préférence l’angle β a une valeur absolue comprise entre 5° et 70°.
  5. Cyclone selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant entre 1 et 10 buses/m2de la paroi inférieure plane, de préférence entre 2 et 5 buses/m2de la paroi inférieure plane, réparties de manière régulière sur la surface de la paroi inférieure plane (26).
  6. Cyclone selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’aire de la section (Ss) de l’ouverture de sortie (S) est telle que la vitesse superficielle UgS du gaz du mélange gazeux sortant de ladite conduite d’arrivée et entrant dans la chambre du cyclone est comprise entre 5 m/s et 35m/s.
  7. Cyclone selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite au moins une buse est configurée de manière à former un jet ayant un angle compris entre 0° et 90°, et de préférence entre 0° et 45°, par rapport à l’axe (X) dans le plan vertical (XZ).
  8. Cyclone selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite au moins une buse est configurée de manière que la vitesse du gaz à la sortie de ladite buse soit comprise entre 5 m/s et 100 m/s, de préférence comprise entre 20 m/s et 40 m/s.
  9. Installation de combustion en boucle chimique d’une charge hydrocarbonée mettant en œuvre un solide porteur d'oxygène sous forme de particules, comportant au moins :
    - un réacteur de réduction (300) opérant en lit fluidisé pour effectuer la combustion de ladite charge hydrocarbonée au contact desdites particules du solide porteur d’oxygène ;
    - un réacteur d’oxydation (100) opérant en lit fluidisé pour oxyder les particules du solide porteur d’oxygène réduites provenant du réacteur de réduction (300) par mise en contact avec un gaz oxydant ;
    - des moyens de circulation du porteur d’oxygène entre ledit réacteur de réduction (300) et le réacteur d’oxydation (100) ; et
    - un cyclone selon l’une des revendications précédentes positionné en aval dudit réacteur de réduction et/ou en aval dudit réacteur d’oxydation de manière à recevoir un mélange gazeux comprenant des particules solides provenant du réacteur de réduction (300) ou du réacteur d’oxydation (100).
  10. Installation selon la revendication 9, dans laquelle ledit cyclone est positionné en aval du réacteur d’oxydation (100), et ledit réacteur d’oxydation (100) comprend dans sa partie haute l’ouverture d’entrée (O) de la conduite d’arrivée (21) dudit cyclone (200) de manière à envoyer le mélange gazeux comportant des particules du porteur d’oxygène issu dudit réacteur d’oxydation (100) dans la conduite d’arrivée dudit cyclone.
  11. Procédé de combustion en boucle chimique d’une charge hydrocarbonée, mettant en œuvre un cyclone selon l’une quelconque revendications 1 à 8 ou l’installation selon l’une des revendications 9 ou 10, dans lequel :
    - on effectue une combustion de la charge hydrocarbonée par mise en contact des particules du porteur d’oxygène au sein d’un réacteur de réduction (300) opéré en lit fluidisé ;
    - on effectue une oxydation des particules du porteur d’oxygène ayant séjourné dans le réacteur de réduction (300) par mise en contact avec un gaz oxydant au sein d’un réacteur d'oxydation (100) opéré en lit fluidisé au moyen d’un gaz oxydant, de préférence de l’air, avant de les renvoyer vers le réacteur de réduction (300) ;
    - on envoie un mélange gazeux comprenant des particules solides provenant du réacteur de réduction (300) ou du réacteur d’oxydation (100) dans la conduite d’arrivée du cyclone ;
    - on injecte un gaz auxiliaire par au moins une buse disposée sur la paroi inférieure inclinée de la conduite d’arrivée du cyclone de manière à disperser les particules solides ;
    - on effectue une séparation gaz/solide au sein dudit cyclone pour former un flux gazeux appauvri en particules extrait par la conduite de sortie au sommet de la portion supérieure cylindrique dudit cyclone et pour former un flux de particules solides évacué par la conduite d’évacuation au fond de la portion inférieure tronconique inversée dudit cyclone.
  12. 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le mélange gazeux comprenant des particules solides envoyé dans la conduite d’arrivée du cyclone provient directement du réacteur d’oxydation, et le gaz auxiliaire est identique au gaz oxydant du réacteur d’oxydation, et de préférence de l’air, et est injecté selon un débit compris entre 0,1% et 30% du débit de gaz oxydant utilisé dans le réacteur d’oxydation.
  13. 13. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le mélange gazeux comprenant des particules solides envoyé dans la conduite d’arrivée du cyclone provient du réacteur de réduction, et le gaz auxiliaire est du dioxygène pour effectuer en outre une réduction d’espèces imbrûlées résiduelles contenues dans le mélange gazeux, ou le gaz auxiliaire est de l’ammoniac pour effectuer en outre une réduction non catalytique de NOx contenus dans le mélange gazeux.
  14. Procédé selon l’une quelconque des revendication 11 à 13, dans lequel le gaz auxiliaire est injecté par ladite au moins une buse à une vitesse comprise entre 5 m/s et 100 m/s, de préférence entre 20 m/s et 40 m/s, et forme un jet ayant un angle compris entre 0° et 90°, et de préférence entre 0° et 45°, par rapport à l’axe (X) dans le plan vertical (XZ).
  15. Procédé selon l’une quelconque des revendication 11 à 14, dans lequel la vitesse superficielle du gaz du mélange gazeux en entrée de ladite conduite d’arrivée est égale à la vitesse superficielle du gaz du mélange gazeux en sortie de ladite conduite d’arrivée, et est comprise entre 5 m/s et 35m/s.
FR2113894A 2021-12-17 2021-12-17 Cyclone pour une installation et un procede de combustion en boucle chimique muni d’une conduite d’arrivee a parois inclinees et injection de gaz Active FR3130651B1 (fr)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2113894A FR3130651B1 (fr) 2021-12-17 2021-12-17 Cyclone pour une installation et un procede de combustion en boucle chimique muni d’une conduite d’arrivee a parois inclinees et injection de gaz
US18/720,488 US20250050293A1 (en) 2021-12-17 2022-12-07 Cyclone for a chemical looping combustion facility and method provided with an inlet duct having sloped walls and gas injection
EP22834901.5A EP4448184A1 (fr) 2021-12-17 2022-12-07 Cyclone pour une installation et un procede de combustion en boucle chimique muni d'une conduite d'arrivee a parois inclinees et injection de gaz
CN202280083628.5A CN118510608A (zh) 2021-12-17 2022-12-07 设置有具有斜壁和气体注入部的入口导管的用于化学链燃烧设施和方法的旋风分离器
PCT/EP2022/084843 WO2023110590A1 (fr) 2021-12-17 2022-12-07 Cyclone pour une installation et un procede de combustion en boucle chimique muni d'une conduite d'arrivee a parois inclinees et injection de gaz
CA3238175A CA3238175A1 (fr) 2021-12-17 2022-12-07 Cyclone pour une installation et un procede de combustion en boucle chimique muni d'une conduite d'arrivee a parois inclinees et injection de gaz

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2113894 2021-12-17
FR2113894A FR3130651B1 (fr) 2021-12-17 2021-12-17 Cyclone pour une installation et un procede de combustion en boucle chimique muni d’une conduite d’arrivee a parois inclinees et injection de gaz

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3130651A1 true FR3130651A1 (fr) 2023-06-23
FR3130651B1 FR3130651B1 (fr) 2023-12-15

Family

ID=80595164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2113894A Active FR3130651B1 (fr) 2021-12-17 2021-12-17 Cyclone pour une installation et un procede de combustion en boucle chimique muni d’une conduite d’arrivee a parois inclinees et injection de gaz

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20250050293A1 (fr)
EP (1) EP4448184A1 (fr)
CN (1) CN118510608A (fr)
CA (1) CA3238175A1 (fr)
FR (1) FR3130651B1 (fr)
WO (1) WO2023110590A1 (fr)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5771844A (en) * 1996-04-04 1998-06-30 Foster Wheeler Development Corp. Cyclone separator having increased gas flow capacity
US20080246655A1 (en) 2004-12-17 2008-10-09 Jon Olafur Winkel Spreading Codes for a Satellite Navigation System
WO2011047848A2 (fr) * 2009-10-21 2011-04-28 Outotec Oyj Appareil pour le traitement des solides et/ou des gaz
US20110146152A1 (en) 2009-12-21 2011-06-23 Pannalal Vimalchand Apparatus, Components and Operating Methods for Circulating Fluidized Bed Transport Gasifiers and Reactors
US20120272825A1 (en) * 2009-07-23 2012-11-01 Binder + Co Ag Cyclone having a pure gas line

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5771844A (en) * 1996-04-04 1998-06-30 Foster Wheeler Development Corp. Cyclone separator having increased gas flow capacity
US20080246655A1 (en) 2004-12-17 2008-10-09 Jon Olafur Winkel Spreading Codes for a Satellite Navigation System
US20120272825A1 (en) * 2009-07-23 2012-11-01 Binder + Co Ag Cyclone having a pure gas line
WO2011047848A2 (fr) * 2009-10-21 2011-04-28 Outotec Oyj Appareil pour le traitement des solides et/ou des gaz
US20110146152A1 (en) 2009-12-21 2011-06-23 Pannalal Vimalchand Apparatus, Components and Operating Methods for Circulating Fluidized Bed Transport Gasifiers and Reactors

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GAUTHIER ET AL.: "Gas-solid séparation in a uniflow cyclone at high solids loadings: effect of accélération line.", PROCEEDINGS OF THE 3RD INTERNATIONAL CONFÉRENCE ON CIRCULATING FLUIDIZED BEDS, NAGOYA, JAPAN, October 1991 (1991-10-01)

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023110590A1 (fr) 2023-06-22
US20250050293A1 (en) 2025-02-13
CA3238175A1 (fr) 2023-06-22
CN118510608A (zh) 2024-08-16
FR3130651B1 (fr) 2023-12-15
EP4448184A1 (fr) 2024-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2577163B1 (fr) Dispositif de séparation de particules pour une boucle de combustion chimique
EP2758711B1 (fr) Procédé de combustion en boucle chimique avec élimination des cendres et fines dans la zone de réduction et installation utilisant un tel procédé
WO2011007055A2 (fr) Procede et installation de combustion en boucle chimique avec controle independant de la circulation des solides
CA2799133A1 (fr) Procede de combustion en boucle chimique avec une zone de reaction integrant une zone de separation gaz-solide et installation utilisant un tel procede
EP2605854B1 (fr) Procédé, réacteur et utilisation de séparation du gaz dans un mélange fluidisé gaz / solides
EP3899367B1 (fr) Réacteur de combustion en boucle chimique à toit plat
EP0173782B1 (fr) Procédé de traitement de matiéres
FR3130651A1 (fr) Cyclone pour une installation et un procede de combustion en boucle chimique muni d’une conduite d’arrivee a parois inclinees et injection de gaz
EP3827201B1 (fr) Installation clc comportant un separateur solide/solide avec des moyens de repartition d'un melange gaz-solide
CA2374894C (fr) Dispositif interne de separation d'un melange comprenant au moins une phase gazeuse et une phase liquide
EP4449018B1 (fr) Installation et procede de combustion en boucle comportant un reacteur air cyclonique
WO2010049619A1 (fr) Dispositif de lit fluidise a fluidisation rapide et a flux sature de solides circulants
EP3853525B1 (fr) Dispositif et procede de combustion en boucle chimique avec separateur de particules muni d'une conduite d'admission inclinee
EP1374962B1 (fr) Perfectionnement à un dispositif pour séparer un mélange comprenant au moins une phase gazeuse et une phase liquide, ledit dispositif étant intégré dans une enceinte
FR3118134A1 (fr) Procédé et réacteur de combustion en boucle chimique comportant une fluidisation étagée
CA2740506C (fr) Dispositif de lit fluidise a fluidisation rapide et a flux sature de solides circulants
FR3156800A1 (fr) Système de gazeification
WO2020126703A1 (fr) Installation clc comportant un separateur solide/solide integrant une enceinte cyclonique

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20230623

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

TQ Partial transmission of property

Owner name: TOTALENERGIES ONETECH, FR

Effective date: 20240411

Owner name: IFP ENERGIES NOUVELLES, FR

Effective date: 20240411

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5