Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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Dispositif de production de dihydrogène, procédé
de production de dihydrogène à partir d'un tel dispositif
et utilisation d'un tel dispositif
L'invention concerne un dispositif de production
d'un gaz dihydrogène c'est-à-dire un gaz ayant comme
principal composant de l'hydrogène. L'invention concerne
également l'utilisation d'un tel dispositif pour la
valorisation d'un produit de type matière CSR (composés
solides de récupération) ou matière polymérique.
L'invention concerne également un procédé de fabrication
d'un gaz dihydrogène à partir d'un tel dispositif.
ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
Le dihydrogène est utilisé dans de nombreux
domaines de l'industrie notamment dans l'industrie
chimique et pétrochimique par exemple pour permettre le
raffinage des hydrocarbures. L'utilisation du dihydrogène
en tant que combustible est de plus en plus envisagé et
utilisé à la fois dans le domaine de l'automobile et
celui des piles à combustibles.
Bien qu'il existe des gisements de dihydrogène
naturels, la majorité du dihydrogène utilisé est du
dihydrogène fabriqué industriellement du fait de la
relative difficulté à extraire et stocker du dihydrogène
qui est un gaz très léger.
Il existe donc un besoin constant de dispositif
permettant la fabrication de gaz dihydrogène de manière
relativement simple.
OBJET DE L'INVENTION
Un but de l'invention est de proposer un
dispositif permettant de générer un gaz dihydrogène ainsi
que l'utilisation de ce dispositif pour la valorisation
de produit type matière CSR ou matière polymérique. Un
but de l'invention est également de proposer un procédé
de fabrication d'un gaz dihydrogène à partir d'un tel
dispositif.
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BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
En vue de la réalisation de ce but, on propose un
dispositif de production d'un gaz dihydrogène par
traitement thermique d'un produit sous forme de solides
divisés, le dispositif comportant :
- une enceinte comprenant une
entrée
d'alimentation en produit, une sortie basse de
récupérations des résidus du produit traité et une sortie
haute d'extraction du gaz issu du traitement du produit,
- des moyens de convoyage du produit entre
l'entrée de l'enceinte et la sortie basse de l'enceinte
qui comprennent une vis montée pour tourner dans
l'enceinte selon un axe géométrique de rotation et qui
comprennent des moyens d'entraînement en rotation de la
vis,
- des moyens de chauffage par effet Joule de la
vis,
- une unité d'élimination d'impuretés présentes
dans le gaz, ladite unité étant raccordée à la sortie
haute de l'enceinte.
De la sorte le produit est introduit à l'entrée
de l'enceinte sous forme de solides divisés et la vis
pousse de façon continue les solides divisés vers la
sortie basse de l'enceinte. Du fait du mode de chauffage
avantageux de la vis par effet Joule, les solides divisés
se chauffent très rapidement et se transforment sans
coller à la spire de la vis générant ainsi un gaz qui une
fois traité par l'unité présente de manière surprenante
un fort taux en dihydrogène.
Des expérimentations effectuées par la
demanderesse ont ainsi permis d'obtenir des taux de
dihydrogène en sortie de l'unité d'élimination autour de
60% selon le produit d'entrée.
Le gaz concentré en dihydrogène obtenu par
l'invention s'avère donc être une très bonne alternative
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au gaz dihydrogène naturel.
De plus, le gaz dihydrogène en sortie de
l'invention s'avère directement injectable dans des
contenants (bouteilles, citernes ou dans
un réseau de
distribution de gaz.
En outre, l'invention peut être alimentée en
produit de toute sorte comme des biomasses mais s'avère
particulièrement avantageuse avec des produits de type
matière CSR (composés solides de récupération) ou matière
polymérique comme le plastique. Ceci s'avère
particulièrement avantageux dans un cadre toujours plus
important de valorisation des déchets, en particulier les
déchets non fermentescibles pour lesquels les solutions
de valorisation sont moins développées.
Par gaz dihydrogène on entend au sens de
l'invention un gaz ayant comme composant majoritaire du
dihydrogène étant entendu que ledit gaz peut comprendre
en plus faible proportions d'autres composants comme du
méthane.
Selon un aspect particulier de l'invention, le
dispositif comporte en outre, en sortie de l'unité
d'élimination, un système d'épuration du gaz en
dihydrogène, le système d'épuration étant raccordé à
l'unité d'élimination.
Selon un mode de réalisation particulier, le
dispositif comporte une cheminée d'entrée qui est
connectée à l'entrée de l'enceinte et qui comprend des
moyens de raccordement étanches à l'entrée de l'enceinte
de sorte à limiter l'air entrant dans l'enceinte.
Selon un aspect particulier de l'invention, le
dispositif comporte une cheminée de sortie qui est
connectée à la sortie basse de l'enceinte et qui comprend
des moyens de raccordement étanches à la sortie basse de
l'enceinte de sorte à limiter l'air entrant dans
l'enceinte.
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Selon un aspect particulier de l'invention,
l'unité d'élimination d'impuretés comporte des moyens de
craquage du gaz.
Selon un aspect particulier de l'invention,
l'unité d'élimination d'impuretés comporte des moyens de
filtrage de poussières et de particules solides présentes
dans le gaz.
Selon un aspect particulier de l'invention, les
moyens de filtrage comportent un cyclone haute
température ou un filtre céramique haute température ou
un filtre à charbon actif.
Selon un aspect particulier de l'invention, le
système d'épuration comporte un seul étage de
purification.
Selon un aspect particulier de l'invention, le
système d'épuration comporte un appareil d'adsorption par
inversion de pression.
Selon un mode de réalisation particulier, dans
lequel un gaz d'échappement du système d'épuration est
utilisé par l'unité d'élimination pour traiter le gaz
issu du traitement du produit.
Par ailleurs, l'invention concerne l'utilisation
du dispositif précité à la valorisation d'un produit de
type matière CSR ou matière polymérique.
Par ailleurs, l'invention concerne également un
procédé de fabrication d'un gaz dihydrogène à partir d'un
tel dispositif comprenant les étapes de :
- pyrolyser le produit,
- éliminer les impuretés présentes dans le gaz.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera mieux comprise à la lumière de
la description qui suit en référence aux figures annexées
parmi lesquelles :
- la figure 1 est une vue schématique d'un
dispositif selon un mode de réalisation particulier non
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limitatif de l'invention,
- la figure 2 est une vue schématique d'un four à
craquage du dispositif illustré à la figure 1,
- la figure 3 est une vue schématique d'un four à
5 craquage selon une variante du four illustré à la figure
2.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En référence à la figure 1, le dispositif selon
un mode de réalisation particulier de l'invention permet
de produire un gaz dihydrogène par traitement thermique,
ici par pyrolyse, d'un produit sous forme de solides
divisés.
Le produit est par exemple formé de matière
polymérique. Le produit est typiquement du plastique
comprenant majoritairement du polyéthylène et du
polytéréphtalate d'éthylène. De façon particulière, les
solides divisés se présentent sous la forme de granulés
en trois dimensions de type granules ou pellets. Les
dimensions maximales desdits solides divisés sont de
préférence comprises entre 2 et 30 millimètres.
Le dispositif selon l'invention comporte une
enceinte 1, de direction générale essentiellement
horizontale, qui est maintenue à distance du sol par des
piétements (non représentés ici). L'enceinte 1 comporte
une enveloppe externe, ici unitaire, qui est par exemple
métallique, en particulier réalisée en acier inox
amagnétique. Selon un mode de réalisation particulier,
l'enceinte 1 comporte en outre ici une enveloppe interne
unitaire en matériau réfractaire. Un caisson technique 3
est fixé à chacune des extrémités de l'enceinte 1.
L'enceinte 1 comporte ici une entrée 4
d'alimentation en produit de l'enceinte 1, entrée 4 qui
est aménagée dans le couvercle de l'enceinte 1
sensiblement au niveau d'une première extrémité de
l'enceinte 1.
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Bien entendu, le fond et le couvercle de
l'enceinte 1 sont définis par rapport au sol sur lequel
repose l'enceinte 1.
Selon un mode de réalisation particulier, le
dispositif comporte une cheminée d'entrée 5 qui est
connectée à l'entrée 4 de l'enceinte.
De préférence, la cheminée d'entrée 5 comporte
des moyens de raccordement étanches 2 à l'entrée 4 de
l'enceinte 1 de sorte à limiter l'air entrant dans
l'enceinte 1, air qui réduirait le taux en dihydrogène du
gaz en sortie d'enceinte ce qui n'est pas souhaité. Ces
moyens de raccordement étanches 2 permettent également de
contrôler le débit du produit versé dans l'enceinte 1.
Lesdits moyens de raccordement étanches 2 comportent par
exemple un sas hermétique agencé entre la cheminée
d'entrée 5 et l'entrée 4 de l'enceinte 1 et commandé par
des vannes.
La cheminée d'entrée 5 est par exemple connectée à
une trémie d'alimentation ou encore à une unité de
broyage, de compactage ou de granulation du produit en
solides divisés ou encore à une unité de pré-
conditionnement des solides divisés, une unité de pré-
conditionnement permettant de chauffer et/ou de sécher
les solides divisés à des valeurs prescrites de
température et d'humidité relative ou encore de densifier
lesdits solides divisés.
L'enceinte 1 comporte en outre une sortie basse 6
aménagée ici dans le fond de l'enceinte 1 sensiblement au
niveau de la deuxième des deux extrémités de l'enceinte
1. Selon un mode de réalisation particulier, le
dispositif comporte une cheminée de sortie 7 qui est
connectée à la sortie basse 6 de l'enceinte 1.
De préférence, la cheminée de sbittie 7 comporte
des moyens de raccordement étanches 8 à la sortie basa . E
de l'enceinte 1 de sorte à limiter l'air entrant dans
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l'enceinte 1, air qui réduirait le taux en dihydrogène du
gaz en sortie d'enceinte 1 ce qui n'est pas souhaité. Ces
moyens de raccordement étanches 8 permettent également de
contrôler le débit d'évacuation des résidus du produit
traité thermiquement dans l'enceinte 1. Lesdits moyens de
raccordement étanches 8 comportent par exemple un sas
hermétique agencé entre la cheminée de sortie et la
sortie basse et commandé par des vannes.
La cheminée de sortie 7 est par exemple connectée
à une unité de refroidissement 9 des résidus soit dans un
but de destruction des résidus soit dans un but de
valorisation desdits résidus qui pourront par exemple
être utilisés en tant que combustibles, moyennant
éventuellement une ou plusieurs étapes de traitement
supplémentaire.
Par ailleurs, le dispositif comprend des moyens
de convoyage du produit entre l'entrée de l'enceinte et
la sortie basse de l'enceinte. Lesdits moyens comportent
ainsi une vis 10 qui s'étend ici dans l'enceinte 1 selon
un axe géométrique X entre les deux caissons techniques 3
et qui est montée pour tourner autour dudit axe
géométrique X dans l'enceinte 1. La vis 10 est par
exemple en acier inoxydable réfractaire. La vis 10 est
ainsi résistante à de hautes températures typiquement
comprises entre 700 et 1200 degrés. La vis 10 a ici une
forme de serpentin hélicoïdal qui est fixé, par exemple
par soudure, à ses deux extrémités en bout d'un tronçon
d'arbre. Chacun desdits tronçon d'arbre est relié à son
autre extrémité, par le biais d'une bride, à un arbre
coaxial qui traverse le caisson technique d'extrémité
associé.
Les moyens de convoyage comportent en outre des
moyens d'entraînement en rotation de la vis 10 autour de
l'axe géométrique X qui sont ici agencés dans l'un des
caissons techniques 3. Selon un aspect particulier de
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l'invention, les moyens d'entraînement en rotation
comportent un moteur électrique 14 et des moyens de
liaison mécanique entre l'arbre de sortie du moteur et
une extrémité de l'arbre coaxial associé, l'arbre coaxial
entraînant lui-même la vis 10. Les moyens d'entraînement
en rotation comportent ici des moyens de contrôle de la
vitesse de rotation de l'arbre de sortie du moteur qui
comprennent par exemple un variateur de vitesses. Les
moyens de contrôle permettent ainsi d'adapter la vitesse
de rotation de la vis 10 au produit convoyé c'est-à-dire
d'adapter le temps de séjour du produit dans l'enceinte
1.
Le dispositif comporte en outre des moyens de
chauffage par effet Joule de la vis 10 qui sont ici
agencés dans les caissons techniques 3. Selon un mode de
réalisation particulier, les moyens de chauffage
comportent des moyens de génération d'un courant
électrique et des moyens de raccordement des deux
extrémités de la vis aux deux polarités desdits moyens de
génération. A cet effet, chaque arbre coaxial est
rigidement solidaire d'un tambour coaxial en matériau
électriquement conducteur, sur lequel frottent des
charbons d'amenée du courant électrique, reliés par des
fils conducteurs (non représentés ici) aux moyens de
génération d'un courant électrique. La vis 10 est ainsi
traversée par la même intensité tout le long de l'axe
géométrique X.
De préférence, la vis 10 est conformée de sorte à
avoir une résistance électrique variant le long de son
axe X et permettant ainsi d'offrir simultanément des
zones de chauffages différentes le long de son axe X. De
façon particulière, la vis 10 est ainsi conformée de
sorte à avoir un profil de température tel que la
température en entrée 4 de l'enceinte 1 soit supérieure à
la température en sortie 6, 11 de l'enceinte 1. Ceci
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permet de limiter le collage des solides divisés en
matière plastique sur la spire de la vis 10 à leur entrée
dans l'enceinte 1 du fait de la fonte desdits solides
divisés sous l'action du chauffage de la vis 10.
Selon un aspect particulier de l'invention, les
moyens de chauffage comportent des moyens de régulation
de l'intensité du courant électrique traversant la vis
10. Les moyens de régulation comportent ici un gradateur
interposé entre les moyens de génération du courant
électrique et les moyens de raccordement. Les moyens de
régulation permettent ainsi d'adapter l'intensité
électrique traversant la vis 10 au produit convoyé.
L'enceinte 1, les moyens de convoyage et les
moyens d'alimentation forment donc ainsi ici un réacteur
de pyrolyse pour le produit introduit dans l'enceinte 1.
Par ailleurs, l'enceinte 1 comporte également une
sortie haute 11 pour l'extraction des gaz issus de la
pyrolyse du produit, ladite sortie haute 11 étant
aménagée ici dans le couvercle de l'enceinte 1
sensiblement au niveau de la deuxième des deux extrémités
de ]'enceinte 1. La sortie haute 11 est ici légèrement en
amont de la sortie basse de l'enceinte 1 relativement à
l'entrée 4 de l'enceinte.
Le dispositif comporte en outre une unité
d'élimination 12 d'impuretés présentes dans le gaz.
Ladite unité 12 est raccordée à la sortie haute 11 de
sorte que le gaz soit extrait en continu de l'enceinte 1
(au contraire de l'entrée 4 et de la sortie basse 6 qui
sont conformées de sorte que l'alimentation en produit et
l'évacuation des résidus puissent se faire de façon
discontinue).
Selon un aspect particulier de l'invention,
l'unité d'élimination 12 d'impuretés comporte des moyens
de craquage du gaz qui sont ici directement raccordés à
la sortie haute 11 de l'enceinte 1.
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Ces moyens de craquage vont permettre de craquer
les goudrons et les phases huileuses présents dans le gaz
de sorte à récupérer en sortie des moyens de craquage un
gaz plus propre.
5 Les moyens
de craquage comportent par exemple un
four de craquage 13.
En référence à la figure 1, le four de craquage
13 comporte un bâti 14 tubulaire d'axe Y vertical. Le
bâti 14 est ici également conformée de sorte à présenter
10 une section
circulaire (section ayant pour normale l'axe
Y).
La bâti 14 comporte une entrée 15 pour
l'introduction du gaz à traiter, entrée 15 qui est ici
raccordée à la sortie 11 de l'enceinte 1.
Le bâti 14 comporte par ailleurs une sortie 16 par
laquelle est évacué le gaz. L'entrée 15 est agencée en
partie basse du bâti 14 et la sortie 16 est agencée en
partie haute du bâti14.
De façon particulière, l'entrée 15 s'étend
sensiblement tangentiellement au bâti 14. L'entrée 15 est
donc agencée de sorte à faire pénétrer le gaz dans le
bâti 14 le long de la paroi interne du bâti 14. Ceci
permet de générer un effet cyclonique de sorte que le gaz
s'écoule hélicoïdalement dans le bâti 14. Ceci favorise
le traitement du gaz.
De préférence, la sortie 16 est également agencée
tangentiellement au bâti 14. De préférence, l'entrée 15
et la sortie 16 sont agencées à l'opposée l'une de
l'autre, selon la direction radiale, relativement au bâti
14 afin de faciliter la circulation du gaz à traiter dans
tout le bâti 14.
De façon privilégiée, le bâti 14 est en matériau
réfractaire. Les parois internes du bâti 14 présentent
donc de bonnes propriétés de rayonnement thermique. Plus
précisément ici, le bâti 14 est en céramique. La
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céramique choisie pour le bâti 14 présente de préférence
une densité de puissance surfacique comprise entre 10 et
50 kilowatt par mètre carré. La céramique choisie est par
exemple de l'alumine. Le matériau du bâti 14 peut être
aussi du béton réfractaire résistant à une température
d'au moins 1400 C. Le four de craquage 13 comporte par
ailleurs des moyens d'évacuation de particules solides
éventuellement parasites, telles que des poussières,
contenues dans le gaz à traiter. La demanderesse a pu
constater qu'en réalité une partie importante de ces
particules solides était des particules de carbone semi-
cristallin formées par le procédé de craquage lui-même.
Le dispositif permet donc une production de particules de
carbone semi-cristallin (à partir d'un produit initial à
base de CSR ou de déchets plastiques) qui peuvent ensuite
être éventuellement valorisées.
A cet effet, les moyens d'évacuation comportent ici
une conduite d'évacuation 40 et une vanne 41, par exemple
de type rotative, guillotine ou à double sas, agencée
dans ladite conduite d'évacuation 40. La vanne 41 permet
d'assurer une étanchéité du bâti 14 afin de limiter
l'entrée d'oxygène par la conduite d'évacuation 40 dans
le bâti 14, oxygène qui nuirait au craquage. La conduite
d'évacuation 40 s'étend ici depuis le fond 42 du bâti 14
vers l'extérieur du bâti 14. La conduite d'évacuation 40
est ici agencée de sorte à déboucher à une extrémité
sensiblement au centre dudit fond 42 du bâti 14. La
conduite d'évacuation 40 s'étend ici selon l'axe Y.
Il suffit donc simplement d'ouvrir la vanne 40 pour
laisser tomber les particules solides hors du bâti 14. De
préférence, le fond 42 du bâti 14 est concave de sorte à
former un entonnoir permettant non seulement un meilleur
stockage des particules solides mais également une
évacuation facilitée de ces particules par la conduite
d'évacuation 40 débouchant dans cet entonnoir.
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De plus, le four de craquage 13 comporte des moyens
de chauffage dudit gaz à traiter qui comprennent
notamment un tube de chauffage 17. Le tube de chauffage
17 est conformé de sorte à s'étendre verticalement selon
l'axe Y dans le bâti 14, coaxialement audit bâti 14. Le
tube de chauffage 17 est ici également conformé de sorte
à présenter une section circulaire (section ayant pour
normale l'axe Y). Ainsi, le bâti 14 et le tube de
chauffage 17 délimitent entre eux un espace intérieur de
section annulaire (section ayant pour normale l'axe Y)
formant une zone de traitement 43 du gaz. Par ailleurs,
le tube de chauffage 17 est conformé de sorte que son
extrémité inférieure 44 est fermée et agencée à
l'intérieur du bâti 14 sans toutefois toucher le fond 42
du bâti 14. Ceci facilite le dépôt des particules solides
sur le fond 42 du bâti facilitant leur évacuation.
Le tube de chauffage 17 présente toutefois une
hauteur, prise selon l'axe Y, proche de celle du bâti 14
typiquement comprise entre 90 et 99 % de la hauteur de du
bâti 14. L'extrémité supérieure 45 du tube de chauffage
débouche quant à elle hors du bâti 14, au-dessus du
plafond 46 du bâti 14.
De façon privilégiée, le tube de chauffage 17 est en
céramique. La céramique choisie présente de préférence
une densité de puissance surfacique comprise entre 10 et
50 kilowatt par mètre carré. La céramique choisie est par
exemple de l'alumine.
Les moyens de chauffage comportent en outre une
conduite d'entrée 47 d'un combustible de chauffage (gaz
naturel, fuel, gaz de synthèse épuré, ou encore gaz
traité par le présent four de craquage 13 dont une partie
est prélevée au niveau de la sortie 16 du four de
craquage 13 pour alimenter la conduite d'entrée 47, ou
encore gaz récupéré à un autre endroit amont ou aval du
dispositif raccordé à un brûleur 48 desdits moyens de
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chauffage, brûleur 48 lui-même raccordé à l'extrémité
supérieure 46 du tube de chauffage 17. Les moyens de
chauffage comportent également une conduite de sortie 49
du combustible brûlé également raccordée à l'extrémité
supérieure 45 du tube de chauffage 17.
De préférence, les moyens de chauffage utilisent
d'abord un combustible de chauffage extérieur au four de
craquage 13 pour initialiser le chauffage du tube de
chauffage 17 (de type gaz naturel, fuel, gaz de synthèse
épuré et une fois le
traitement du gaz débuté, les
moyens de chauffage prélèvent une partie du gaz
d'échappement E en sortie du système d'épuration (ici de
l'étage d'épuration 21) pour assurer le chauffage du tube
de chauffage 17 (comme nous le verrons par la suite).
De la sorte, le four de craquage 13 s'avère
relativement autonome et ne requiert un combustible
extérieur que pour initialiser le début du craquage.
Le combustible extérieur pourra également être
utilisé en cours de fonctionnement, lorsque le simple
prélèvement du gaz traité en sortie 16 du four de
craquage 13 n'est pas suffisant pour alimenter le
brûleur.
On constate donc que le chauffage du gaz à traiter
est indirect puisqu'il n'y a pas de contact physique
entre le gaz de chauffage ou le combustible et le gaz à
traiter : seuls le tube de chauffage 17 et les parois
internes réfractaires du bâti 14 permettent de chauffer
le gaz à traiter.
La configuration particulière du bâti 14 et du tube
de chauffage 17 associé permet ainsi de définir une zone
de traitement 43 étroite dans lequel le gaz à traiter se
retrouve confiné tout au long de sa traversée du bâti 14,
zone de traitement 43 chauffée extérieurement par les
parois réfractaires internes du bâti 14 et chauffée
intérieurement par le tube de chauffage 17. Ceci permet
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d'obtenir un chauffage homogène du gaz à traiter dans
toute la zone de traitement assurant ainsi un bon
craquage des phases huiles et des goudrons indésirables.
En référence à la figure 3, on variante, les moyens
d'évacuation des particules solides ne comportent plus de
conduite d'évacuation et de vanne associée mais un filtre
150 s'étendant verticalement selon l'axe Y dans le bâti
114, coaxialement audit bâti 114 et au tube de chauffage
117, de sorte que le tube de chauffage 117 s'étende à
l'intérieur du filtre 150 dans le bâti 114. Le filtre 150
est ici également conformé de sorte à présenter une
section circulaire (section ayant pour normale l'axe Y).
Le filtre 150 a une hauteur égale à celle du bâti 114 de
sorte à être solidaire d'une part du plafond 146 du bâti
114 et d'autre part du fond 142 du bâti 114.
De la sorte, le bâti 114 et le tube de chauffage 117
délimitent toujours entre eux un espace intérieur formant
une zone de traitement 143 du gaz mais le filtre 150 et
le tube de chauffage 117 délimitent en outre également
entre eux une zone de filtrage 151 du gaz.
Le filtre 150 est par exemple en céramique.
L'entrée 115 du bâti 114 est ici conformée pour
déboucher directement dans ladite zone de filtrage 151 du
gaz. A cet effet, l'entrée 115 débouche au niveau du fond
142 du bâti 114 dans ladite zone de filtrage 151. Quant à
la sortie 116, elle est conformée pour déboucher dans la
zone de traitement 143 mais à l'extérieur de la zone de
filtrage 151.
Dans les deux variantes, le four de craquage est ici
conformé pour soumettre le gaz à une température comprise
entre 1000 C (degrés Celsius) et 1700 C, et de préférence
entre 1000 C et 1200 C. Le four de craquage 13 est
préférentiellement conformé pour soumettre le gaz à une
température d'environ 1050 C à 1200 C.
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Ceci va permettre non seulement d'éliminer goudrons
et phases huileuses du gaz mais également d'enrichir le
gaz en dihydrogène. En effet, du fait de la température
élevée, le méthane présent dans le gaz va également
5 réagir grâce à la présence d'autres molécules au cours du
craquage ce qui va permettre d'augmenter la proportion de
dihydrogène dans le gaz.
Par ailleurs, le four de craquage 13 est ici
conformé pour que le gaz traverse le bâti 14 avec un
10 temps de séjour court (typiquement entre 0,5 et 2
secondes).
L'unité d'élimination 12 comporte en outre ici
également des moyens de filtrage 19 qui sont par exemple
directement raccordés à la sortie du four de craquage 13
15 afin d'éliminer poussières et particules solides encore
présentes dans le gaz en particulier d'éliminer les
particules de carbone semi-cristallin présentes dans le
gaz. Les moyens de filtrage 19 comportent typiquement un
cyclone haute température et/ou un filtre haute
température (tel qu'un filtre céramique) et/ou un filtre
à charbon actif agencé en travers de la canalisation
raccordée à la sortie du four de craquage 13. Le cyclone
et/ou le filtre est ainsi résistant à de hautes
températures typiquement comprises entre 600 et 1000
degrés Celsius.
De préférence, l'unité d'élimination 12 comporte
également un échangeur thermique 20 directement raccordé
aux moyens de filtrage 19 (an amont ou en aval des moyens
de filtrage 19 selon la température à laquelle peuvent
travailler lesdits moyens de filtrage 19) ce qui permet
ici de refroidir le gaz à une température compatible avec
l'aval du dispositif. La température du gaz en sortie de
l'échangeur thermique 20 est située entre 500 C et 1000 C
et à une pression légèrement inférieure à la pression
atmosphérique.
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En sortie de l'unité d'élimination 12, le gaz
présente déjà un fort taux en dihydrogène compris entre
55 et 65 % du volume total dans le cas du traitement de
matière CSR ou plastique (mais entre 20 et 40% dans le
cas du traitement de biomasse).
Par ailleurs, le dispositif comporte un système
d'épuration en dihydrogène 21 du gaz en sortie de l'unité
d'élimination 12. Le système d'épuration en dihydrogène
21 est ici directement raccordé à la sortie de
l'échangeur thermique 20.
Selon un aspect particulier de l'invention, le
système d'épuration 21 comporte un étage de préparation
du gaz et un étage de purification du gaz.
L'étage de préparation comporte par exemple des
premiers moyens de séchage du gaz 30 qui sont raccordés à
la sortie de l'unité d'élimination 12.
L'étage de préparation comprend également des
moyens de mise sous pression du gaz, typiquement à l'aide
d'un surpresseur 31. Le surpresseur 31 est typiquement
raccordé aux moyens de séchage du gaz 30.
L'étage de préparation comprend également un
compresseur 32 raccordé à la sortie du surpresseur 31
ainsi que des deuxièmes moyens de séchage du gaz 33 qui
sont raccordés à la sortie du compresseur 32.
Cette étape de préparation permet typiquement de
retirer l'eau présente dans le gaz et également de
comprimer le gaz avant son arrivée dans l'étage de
purification.
De façon particulière, l'étage de purification du
gaz comporte un appareil d'adsorption par inversion de
pression 34 qui est directement raccordé à la sortie de
l'étage de préparation du gaz.
Ceci va permettre de retirer quasiment en
totalité, en une seule opération, non seulement le
méthane, mais également le monoxyde de carbone ainsi que
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le dioxyde de carbone et d'autres composants minoritaires
(comme de l'eau par exemple) encore présents dans le gaz.
En sortie de l'étage de purification, c'est-à-
dire en sortie du système d'épuration 21, on récupère
ainsi un gaz dihydrogène G très pur. Typiquement le gaz G
en sortie du système d'épuration comprend plus de 99,9 %
de dihydrogène en volume.
On note que le gaz dihydrogène G en sortie de
l'appareil d'adsorption par inversion de pression 34 est
suffisamment pur pour pouvoir être directement stocké ou
utilisé. On n'a donc besoin d'aucune autre machine de
type machine par séparation membranaire à la suite de
l'appareil d'adsorption par inversion de pression 34.
On note également que l'appareil d'adsorption par
inversion de pression 34 permet l'obtention de gaz
d'échappement E plus pauvre en dihydrogène (de l'ordre de
25% en volume malgré tout) qui peut être valorisé par
exemple en étant réutilisé par le four de craquage 13
(comme déjà indiqué précédemment) ou encore en étant
utilisé dans le domaine énergétique du fait de sa teneur
en méthane. Pour des besoins d'optimisation énergétique,
on pourra par exemple produire de l'électricité à partir
de la combustion de ce gaz dans un moteur à gaz.
Le procédé de fabrication de dihydrogène à l'aide
du dispositif précité va être à présent décrit.
Tout d'abord, le produit à traiter est introduit
dans la cheminée d'entrée 5 sous forme de solides divisés
et la vis 10 pousse de façon continue les solides divisés
vers la sortie basse 6 de l'enceinte 1. Du fait de la
température de la vis 10, les solides divisés se
ramollissent progressivement jusqu'à fondre ce qui va
générer du gaz déjà chargé en dihydrogène.
La vis 10 assure ainsi à la fois un traitement
thermique du produit et le convoyage du produit.
De préférence, le traitement thermique du produit
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se fait à haute température dans l'enceinte 1,
typiquement entre 500 et 1000 degrés Celsius et
préférentiellement entre 600 et 800 degrés Celsius.
De préférence, le dispositif est conformé de
sorte que le produit demeure entre 10 et 30 minutes dans
l'enceinte et encore plus préférentiellement entre 15 et
20 minutes.
Ceci permet donc de pyrolyser efficacement le
produit et ainsi de récupérer en sortie haute 11 de
l'enceinte 1 un gaz déjà très chargé en dihydrogène.
Les résidus carbonés du produit sont alors
évacués au niveau de la sortie basse 6.
Par ailleurs, le gaz extrait en sortie haute 11 de
l'enceinte 1 est introduit dans le four de craquage 13
par l'entrée 15. Parallèlement, le brûleur 48 assure une
combustion du combustible de chauffage ce qui génère
l'évacuation d'un gaz de chauffage (symbolisé par des
triangles dans la figure 2) dans le tube de chauffage 17.
Ledit gaz de chauffage vient alors descendre dans le tube
de chauffage 17 avant de remonter naturellement vers
l'extrémité supérieure 15 du tube de chauffage 17 où il
est évacué par la conduite de sortie 16 vers l'extérieur
du four de craquage 13. La présence et le mouvement du
gaz de chauffage permet de chauffer efficacement le tube
de chauffage 17 sur toute sa hauteur ce qui entraîne un
chauffage de la zone de traitement 43 par convection (au
niveau du tube de chauffage 17) et par rayonnement (de
par le matériau particulier constituant le bâti 14). Le
gaz à traiter est donc efficacement, rapidement et
uniformément chauffé à la température nécessaire au
craquage thermique des huiles et goudrons présents dans
ledit gaz mais également du méthane pour provoquer un
enrichissement en dihydrogène du gaz. Le four de craquage
13 chauffe ainsi ici le gaz à une température d'environ
1500 C.
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Le gaz à traiter circule naturellement, et
avantageusement de manière hélicoïdal grâce à l'effet
cyclonique engendré par la disposition tangentielle de
l'entrée 15, dans le four de craquage 13 entre l'entrée
15 basse du bâti 14 et la sortie 16 haute du bâti 14 dans
toute la zone de traitement 43 ce qui lui laisse le temps
d'être correctement traité avant d'être évacué du bâti 14
au niveau de la sortie 16. On récupère ainsi en sortie du
four de craquage 13 un gaz comprenant environ 60% de
dihydrogène en volume.
Le gaz traverse alors le reste de l'unité
d'élimination 12. On récupère ainsi un gaz plus propre en
sortie de ladite unité d'élimination 12 et enrichi en
dihydrogène. On récupère ainsi en sortie de l'unité
d'élimination 12 un gaz comprenant environ 60% de
dihydrogène en volume.
Puis le gaz traverse le système d'épuration 21
qui va permettre de retirer à son tour successivement
eau, dioxyde de carbone, diazote et méthane. On récupère
ainsi en sortie du dispositif un gaz G plus pur en ce qui
concerne le taux de dihydrogène.
Le gaz G en sortie du système d'épuration, et
donc du dispositif, s'avère avoir ainsi un très fort taux
en dihydrogène. Typiquement le gaz G en sortie du
dispositif présente un taux en dihydrogène supérieur à
99,99 %.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée au
mode de réalisation décrit et on peut y apporter des
variantes de réalisation sans sortir du cadre de
l'invention tel que défini par les revendications.
En particulier, bien qu'ici le produit alimentant
le dispositif soit du plastique
comprenant
majoritairement du polyéthylène et du polytéréphtalate
d'éthylène, le dispositif pourra utiliser d'autre type de
produit pour la production du dihydrogène. Le produit
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pourra ainsi aussi bien être par exemple une biomasse
qu'un solide polymérique, comme un déchet de plastique,
de caoutchouc ou d'élastomère ou un encore un solide
comprenant du carton, une matière métallique tel que de
5 l'aluminium ... ou encore un combustible solide de
récupération. On rappelle qu'une biomasse désigne les
fractions biodégradables des produits, déchets et résidus
provenant de l'industrie en général et de l'agriculture,
de la sylviculture et des industries connexes en
10 particulier.
Le produit pourra comprendre un seul type de
solide (polymérique, plastique, CSR, biomasse _) ou
plusieurs types de solide. Les solides divisés pourront
se présenter sous la forme de granulés en trois
15 dimensions ou encore de feuillets en deux dimensions. De
façon générale, les solides divisés pourront se présenter
sous forme de poudre, de granulés, de morceaux, de
fibres
Par ailleurs, l'enceinte et les moyens de
20 convoyage et de chauffage par effet joule associés
pourront être différents de ce qui a été indiqué. Par
exemple, les moyens de raccordement étanches de l'entrée
d'alimentation et/ou de la sortie basse pourront
comprendre d'autres éléments qu'un sas comme par exemple
une vanne écluse ou encore un appareil de dosage. La vis
et les moyens de chauffage par effet joule associés
pourront ainsi être conformés pour autoriser un chauffage
par palier du produit, la vis présentant par exemple une
résistance électrique variant le long de son axe et
permettant ainsi d'offrir simultanément des zones de
chauffages différentes le long de son axe.
De même, le système d'épuration pourra être
différent de ce qui a été indiqué. Par exemple, ledit
système pourra comprendre un nombre différent d'étage de
purification que ce qui a été décrit.
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Le dispositif pourra être conformé de sorte que
l'enceinte soit remplie d'un gaz inerte pour limiter ou
pour éliminer la présence d'oxygène dans l'enceinte.
Le four de craquage pourra être différent de ce
qui a été indiqué. Ainsi bien qu'ici le bâti présente une
section circulaire, le bâti pourra présenter une section
différente telle qu'une section elliptique. On préférera
toutefois avoir un bâti avec une section circulaire qui
favorise les échanges thermiques au sein de la zone de
traitement. De même le tube de chauffage pourra présenter
une section différente d'une section circulaire telle
qu'une section elliptique. On préférera toutefois avoir
un tube de chauffage avec une section circulaire qui
favorise les échanges thermiques au sein de la zone de
traitement. Dans tous les cas, on privilégiera un four de
craquage dans lequel le tube de chauffage et le bâti
présentent la même forme de section ce qui favorise les
échanges thermiques au sein de la zone de traitement.
Bien qu'ici le bâti soit en alumine, le bâti pourra
être dans un tout autre matériau : une autre céramique,
un béton réfractaire, un métal ou un alliage de métal¨ On
privilégiera cependant les matériaux réfractaires tels
que le béton réfractaire ou la céramique qui favoriseront
le traitement du gaz. En outre, on prendra également en
considération la nature du gaz à traiter (corrosif ou non
notamment).
De même bien qu'ici le tube de chauffage soit en
alumine, le tube de chauffage pourra être dans un tout
autre matériau : une autre céramique, un béton
réfractaire, un métal ou un alliage de métal ¨ On
privilégiera cependant les matériaux réfractaires tels
que le béton réfractaire ou la céramique qui favoriseront
le traitement du gaz. En outre, on prendra également en
considération la nature du gaz à traiter (corrosif ou non
notamment).
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De même bien qu'ici le filtre soit en alumine, le
filtre pourra être dans un tout autre matériau : une
autre céramique, un béton réfractaire, un métal ou un
alliage de métal ¨ On privilégiera cependant les
matériaux réfractaires tels que le béton réfractaire ou
la céramique qui favoriseront le traitement du gaz. En
outre, on prendra également en considération la nature du
gaz à traiter (corrosif ou non notamment).
