FR2582542A1

FR2582542A1 - Process for treating a fluidised bed in a reactor and plant for making use of this process

Info

Publication number: FR2582542A1
Application number: FR8508249A
Authority: FR
Inventors: Jacques Amouroux; Philippe Arnould
Original assignee: CLE GROUPE TECHNIP
Current assignee: CLE GROUPE TECHNIP
Priority date: 1985-05-31
Filing date: 1985-05-31
Publication date: 1986-12-05
Also published as: FR2582542B1

Abstract

Process and plant for treating a fluidised bed. This plant comprises essentially a reactor 1 of overall shape elongate in the horizontal direction and whose bottom part thus permits the horizontal circulation of a fluidised bed from the end 2 of the reactor 1 as far as the other, the end 2 comprising one or more plasma torches 4 above and in line with which are arranged means 6, 7 for feeding pulverulent material, and the other end 3 of the reactor 1 comprising means for discharging the fluidised bed 17. This plant permits, for example, the synthesis, the drying or the roasting of various products.

Description

La présente invention a essentiellement pour objet un procédé de traitement d'un lit fluidisé dans une chambre formant réacteur. The present invention essentially relates to a process for treating a fluidized bed in a chamber forming a reactor.

Elle vise également une installation comportant application de ce procédé. It also relates to an installation comprising application of this process.

On a déjà proposé de chauffer dans un réacteur un lit fluidisé constitué de particules finement divisées mises en suspension dans un gaz de fluidisation, à l'aide de torches à plasma injecté dans le lit fluidisé. It has already been proposed to heat a fluidized bed made up of finely divided particles suspended in a fluidizing gas in a reactor, using plasma torches injected into the fluidized bed.

Ceci permet de réaliser des réactions chimiques en phases hétérogènes avec une grande efficacité, en raison de l'agitation permanente des particules provoquant un transfert thermique élevé entre ces particules et le ou les gaz. This makes it possible to carry out chemical reactions in heterogeneous phases with high efficiency, due to the permanent agitation of the particles causing a high thermal transfer between these particles and the gas or gases.

Ceci permetvencore de réaliser des réactions chimiques en phases homogènes par exemple, ou bien de réaliser des opérations purement physiques telles que par exemple de séchage ou de grillage. This still makes it possible to carry out chemical reactions in homogeneous phases for example, or else to carry out purely physical operations such as for example drying or roasting.

Toutefois, un tel chauffage du lit fluidisé par torche à plasma conduit généralement à une ascension du lit fluidisé dans le réacteur, ce qui le désagrège ou le déstabilise, de sorte que les réactions recherchées dans le réacteur sont finalement loin d'être parfaites. However, such heating of the fluidized bed by plasma torch generally leads to an ascent of the fluidized bed in the reactor, which disintegrates or destabilizes it, so that the reactions sought in the reactor are ultimately far from perfect.

En d'autres termes, l'homogénéité du lit fluidisé est fortement perturbée, ce qui se répercute évidemment sur l'efficacité des réactions dans le réacteur, étant entendu que cet inconvénient peut encore être aggravé par une distribution hétérogène des vitesses, des températures et des viscosités au sein du plasma injecté dans ledit réacteur. In other words, the homogeneity of the fluidized bed is greatly disturbed, which obviously has repercussions on the efficiency of the reactions in the reactor, it being understood that this drawback can be further aggravated by a heterogeneous distribution of the speeds, temperatures and viscosities within the plasma injected into said reactor.

Aussi, la présente invention a pour but de remédier notamment aux inconvénients ci-dessus en proposant un procédé et une installation qui permettent de contrôler ou de maîtriser constamment l'homogénéité de ce lit lors de sa circulation dans le réacteur. Also, the present invention aims to remedy in particular the above drawbacks by proposing a method and an installation which make it possible to constantly control or master the homogeneity of this bed during its circulation in the reactor.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de traitement d'un lit fluidisé, selon lequel un matériau pulvérulent est introduit dans un réacteur et est mis en suspension à l'aide d'un courant gazeux injecté en partie basse de ce réacteur pour y former un lit fluidisé qui est chauffé par au moins une torche à plasma, caractérisé en ce qu'on provoque, grâce au plasma émanant de la torche, une circulation forcée et sensiblement horizontale d'au moins une partie des particules du matériau pulvérulent du lit fluidisé, depuis une entrée du réacteur où est située ladite torche et où est introduit le matériau pulvérulent, jusqu'à une sortie du réacteur où ce matériau est évacué et éventuellement recyclé. To this end, the subject of the invention is a process for treating a fluidized bed, according to which a pulverulent material is introduced into a reactor and is suspended using a gas stream injected at the bottom of this reactor for forming therein a fluidized bed which is heated by at least one plasma torch, characterized in that one causes, thanks to the plasma emanating from the torch, a forced and substantially horizontal circulation of at least part of the particles of the material powder from the fluidized bed, from an inlet to the reactor where said torch is located and into which the pulverulent material is introduced, to an outlet from the reactor where this material is removed and possibly recycled.

Suivant une autre caractéristique de ce procédé, l'injection du plasma dans le réacteur est effectuée suivant un angle qui est compris entre environ O et 450 par rapport à l'horizontale. According to another characteristic of this process, the injection of the plasma into the reactor is carried out at an angle which is between approximately 0 and 450 with respect to the horizontal.

Selon encore une autre caractéristique de ce procédé, l'angle d'injection du plasma dans le réacteur est au plus égal à 300 par rapport à l'horizontale. According to yet another characteristic of this process, the angle of injection of the plasma into the reactor is at most equal to 300 relative to the horizontal.

On précisera encore ici que l'introduction du matériau pulvérulent dans le réacteur est effectuée de préférence perpendiculairement à la partie basse de ce réacteur et sensiblement au droit du jet de plasma dans ledit réacteur. It will also be specified here that the introduction of the pulverulent material into the reactor is preferably carried out perpendicular to the lower part of this reactor and substantially in line with the plasma jet in said reactor.

L'invention vise également une installation pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, et du type comprenant un réacteur auquel sont associés des moyens d'alimentation en matériau pulvérulent, des moyens d'injection d'un courant gazeux à la partie basse du réacteur, et au moins une torche d'injection latérale de plasma dans ledit réacteur, caractérisée en ce que le réacteur possède une forme générale allongée dans le sens horizontal et une partie basse permettant la circulation horizontale d'un lit fluidisé depuis une extrémité du réacteur jusqu'à l'autre, l'une de ces extrémités comportant ladite torche à plasma au-dessus et au droit de laquelle sont disposés les moyens d'alimentation en matériau pulvérulent, et l'autre extrémité du réacteur comportant des moyens d'évacuation du lit fluidisé. The invention also relates to an installation for the implementation of the above process, and of the type comprising a reactor with which are associated means for supplying pulverulent material, means for injecting a gas stream at the bottom of the reactor, and at least one lateral plasma injection torch in said reactor, characterized in that the reactor has a generally elongated shape in the horizontal direction and a lower part allowing the horizontal circulation of a fluidized bed from one end of the reactor to the other, one of these ends comprising said plasma torch above and to the right of which are arranged the means for supplying pulverulent material, and the other end of the reactor comprising means of evacuation of the fluidized bed.

Cette installation est encore caractérisée par le fait que la ou les torches à plasma est ou sont fixées sur la paroi latérale du réacteur suivant un angle compris entre environ 0 et 450 par rapport à l'horizontale, tandis que les moyens d'alimentation en matériau pulvérulent comportent au moins une conduite débouchant dans la paroi supérieure du réacteur. This installation is further characterized by the fact that the plasma torch (es) is or are fixed to the side wall of the reactor at an angle between about 0 and 450 relative to the horizontal, while the material supply means pulverulent have at least one pipe opening into the upper wall of the reactor.

On précisera encore ici que l'installation comprend une cheminée d'évacuation des gaz chauds et une ouverture d'évacuation des particules chaudes, qui sont prévues respectivement dans la paroi supérieure et de fond du réacteur, à l'autre extrémité de celui-ci. It will also be specified here that the installation comprises a chimney for discharging hot gases and an opening for discharging hot particles, which are provided respectively in the upper and bottom walls of the reactor, at the other end of the latter. .

On comprend donc qu'à l'entrée du réacteur, le matériau pulvérulent à traiter est introduit au voisinage de l'injection du plasma, de sorte que le lit fluidisé qui se forme peut être entraîné horizontalement, sans que son homogénéité soit perturbée lors de son trajet dans le réacteur, et cela jusqu'à l'autre extrémité du réacteur où le lit fluidisé est évacué, stocké ou éventuellement recyclé. It is therefore understandable that at the inlet of the reactor, the pulverulent material to be treated is introduced in the vicinity of the plasma injection, so that the fluidized bed which forms can be driven horizontally, without its homogeneity being disturbed during its path in the reactor, and this up to the other end of the reactor where the fluidized bed is evacuated, stored or possibly recycled.

Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparattront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à-titre d'exemple, et dans lesquels
- la figure 1 est une vue schématique'en coupe verticale d'une installation conforme aux principes de l'invention
- la figure 2 est une vue de dessus d'une installation utilisant une seule torche à plasma, et
- la figure 3 est une vue de dessus d'une installation utilisant deux torches à plasma disposées côte à côte.However, other advantages and characteristics of the invention will appear better in the detailed description which follows and which refers to the appended drawings, given solely by way of example, and in which
- Figure 1 is a schematic view in vertical section of an installation according to the principles of the invention
FIG. 2 is a top view of an installation using a single plasma torch, and
- Figure 3 is a top view of an installation using two plasma torches arranged side by side.

Suivant l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, on voit qu'une installation conforme à l'invention comprend essentiellement une chambre ou réacteur 1 présentant une forme générale allongée horizontalement et comportant de ce fait une partie 2 formant entrée du réacteur et une partie 3 formant sortie du réacteur, ces deux parties étant relativement espacées l'une de l'autre dans le plan horizontal. According to the embodiment shown in FIG. 1, it can be seen that an installation in accordance with the invention essentially comprises a chamber or reactor 1 having a general shape elongated horizontally and therefore comprising a part 2 forming an inlet to the reactor and a part 3 forming an outlet from the reactor, these two parts being relatively spaced from one another in the horizontal plane.

La partie entrée 2 comporte une ou plusieurs torches à plasma 4 solidaires de la paroi latérale 5 du réacteur 1. Cette partie 2 comprend également des moyens d'alimentation en matériau pulvérulent, qui, suivant l'exemple représenté, sont constitués par une trémie 6 communiquant avec le réacteur 1 par l'intermédiaire d'une canalisation 7 équipée d'une vanne 8 et débouchant en 9 dans la paroi supérieure 10 du réacteur 1. The inlet part 2 comprises one or more plasma torches 4 integral with the side wall 5 of the reactor 1. This part 2 also includes means for supplying powder material, which, according to the example shown, consist of a hopper 6 communicating with the reactor 1 via a pipe 7 fitted with a valve 8 and opening at 9 in the upper wall 10 of the reactor 1.

La ou les torches à plasma 4 sont fixées sur la paroi 5 du réacteur 1 suivant un angle qui ici est égal à environ 450 par rapport à l'horizontale, mais qui pourrait parfaitement être compris entre O et 450, sans sortir du cadre de l'invention. Comme cela est connu en soi, la torche à plasma 4 est essentiellement constituée par un tube de quartz 4a autour duquel est agencé un enroulement self-inducteur 12 susceptible de produire un jet de plasma visible en 13 sur les figures. The plasma torch (s) 4 are fixed to the wall 5 of the reactor 1 at an angle which here is equal to approximately 450 relative to the horizontal, but which could perfectly be between 0 and 450, without departing from the scope of the 'invention. As is known per se, the plasma torch 4 is essentially constituted by a quartz tube 4a around which is arranged a self-inducting winding 12 capable of producing a jet of plasma visible at 13 in the figures.

La canalisation 7 débouche dans le réacteur 1 de préférence perpendiculairement à la paroi supérieure 10 et à la paroi de fond 11 du réacteur 1, et sensiblement au droit du jet de plasma 13. The pipe 7 opens into the reactor 1 preferably perpendicularly to the upper wall 10 and to the bottom wall 11 of the reactor 1, and substantially in line with the plasma jet 13.

La paroi de fond 11 du réacteur 1 est munie, comme connu en soi d'une grille 14 en dessous de laquelle parvient un courant gazeux acheminé par une conduite 15. The bottom wall 11 of the reactor 1 is provided, as known per se with a grid 14 below which a gaseous current flows through a pipe 15.

Ainsi, le courant gazeux permettra la mise en suspension des particules du matériau pulvérulent 16 au-dessus de la grille 14 pour former un lit fluidisé 17 circulant horizontalement sur cette grille, comme on l'expliquera plus loin en détail.Thus, the gas stream will allow the particles of the pulverulent material 16 to be suspended above the grid 14 to form a fluidized bed 17 flowing horizontally on this grid, as will be explained below in detail.

L'autre partie ou extrémité 3 du réacteur horizontal 1 comporte une cheminée 17 d'évacuation des gaz chauds et ménagée au-dessus de la paroi supérieure 10 du réacteur. L'extrémité 3 comporte également, en partie basse du réacteur 1, une ouverture 18 permettant l'évacuation des particules chaudes du lit fluidisé 17 dans par exemple un réservoir de stockage 19. Ce réservoir communique avec le réacteur 1 par un conduit 20 qui peut être équipé d'une vanne 21. Au lieu de stocker les particules chaudes dans le réservoir 19, on pourrait parfaitement, sans sortir du cadre de l'invention, prévoir un recyclage desdites particules dans le réacteur, bien que cela ne soit pas représenté. Dans ce cas-là, la vanne 21, sera bien évidemment utilisée pour effectuer le recyclage en question. The other part or end 3 of the horizontal reactor 1 comprises a chimney 17 for evacuating the hot gases and arranged above the upper wall 10 of the reactor. The end 3 also includes, in the lower part of the reactor 1, an opening 18 allowing the evacuation of the hot particles from the fluidized bed 17 in for example a storage tank 19. This tank communicates with the reactor 1 by a conduit 20 which can be fitted with a valve 21. Instead of storing the hot particles in the tank 19, it would be perfectly possible, without departing from the scope of the invention, to provide for recycling of said particles in the reactor, although this is not shown. In this case, the valve 21 will obviously be used to perform the recycling in question.

Egalement, on pourrait parfaitement envisager un recyclage des gaz chauds sortant par la cheminée 17 dans la torche à plasma 4 et/ou dans la conduite 15. Also, one could perfectly envisage recycling the hot gases exiting through the chimney 17 into the plasma torch 4 and / or into the pipe 15.

Les figures 2 et 3 montrent qu'une installation conforme à l'invention peut comporter une seule ou deux torches à plasma telles que 4, lesquelles torches pouvant même être prévues suivant un nombre supérieur à deux et réaliser une injection de plasma 13 suivant un angle identique ou différent d'une torche à l'autre. Figures 2 and 3 show that an installation according to the invention may comprise a single or two plasma torches such as 4, which torches can even be provided in a number greater than two and perform plasma injection 13 at an angle identical or different from one torch to another.

Le fonctionnement de l'installation qui vient d'être décrite est le suivant. The operation of the installation which has just been described is as follows.

Le lit fluidisé 17 est, comme on le voit bien sur les figures, un lit horizontal comportant une certaine longueur entre les extrémités 2 et 3 du réacteur. The fluidized bed 17 is, as can be seen in the figures, a horizontal bed having a certain length between the ends 2 and 3 of the reactor.

Par conséquent dès la formation du lit dans la partie du réacteur qui est visible à droite sur la figure 1, le matériau pulvérulent mis en suspension va circuler horizontalement, de la droite vers la gauche, sous l'impulsion du plasma 13. Et on comprend que la portion de lit fluidisé chauffée et poussée par le plasma 13 s'éloignera progressivement dudit plasma sans aucune perturbation du lit fluidisé 17 dont les particules chaudes pourront être stockées en 19 ou recyclées, comme expliqué précédemment. Consequently from the formation of the bed in the part of the reactor which is visible on the right in FIG. 1, the pulverulent material put in suspension will circulate horizontally, from the right to the left, under the impulse of the plasma 13. And we understand that the portion of fluidized bed heated and pushed by the plasma 13 will gradually move away from said plasma without any disturbance of the fluidized bed 17 whose hot particles can be stored at 19 or recycled, as explained above.

C'est dire que le lit fluidisé demeurant homogène tout le long de son trajet, les réactions qui s'effectueront en son sein pourront s'accomplir parfaitement. This means that the fluidized bed remaining homogeneous throughout its path, the reactions which will take place within it can be accomplished perfectly.

I1 convient de préciser ici que le débit du gaz de fluidisation dans la conduite 15 et que la granulométrie du matériau pulvérulent 16 pourront être par exemple choisis de façon à obtenir au sein du lit fluidisé 17 une viscosité proche de celle du plasma engendré par la ou les torches 4, afin de permettre un excellent mélange entre ce plasma et le lit fluidisé. Le lit fluidisé pourra présenter par exemple une viscosité de l'ordre de quelques centipoises correspondant à la distribution de la quantité de mouvement au sein du lit fluidisé. On obtient un lit fluidisé qui est parfaitement stable et qui utilise au mieux l'énergie thermique et l'énergie cinétique du plasma, de sorte que les transferts thermiques et de quantités de mouvement se trouvent optimisés.On pourra bien sûr régler la température du lit fluidisé en agissant, selon les résultats recherchés, sur les débits de gaz de fluidisation, sur le débit du plasma dans les torches 4, ainsi que sur le débit du matériau pulvérulent dans la canalisation 7. It should be specified here that the flow rate of the fluidizing gas in the pipe 15 and that the particle size of the pulverulent material 16 may for example be chosen so as to obtain within the fluidized bed 17 a viscosity close to that of the plasma generated by the or the torches 4, in order to allow an excellent mixture between this plasma and the fluidized bed. The fluidized bed may for example have a viscosity of the order of a few centipoises corresponding to the distribution of the momentum within the fluidized bed. We obtain a fluidized bed which is perfectly stable and which makes the best use of the thermal energy and kinetic energy of the plasma, so that the heat and momentum transfers are optimized. We can of course adjust the temperature of the bed fluidized by acting, according to the desired results, on the flow rates of fluidization gas, on the flow rate of the plasma in the torches 4, as well as on the flow rate of the pulverulent material in the pipe 7.

L'installation selon l'invention est applicable à de nombreux traitements de matériaux divers, parmi lesquels on peut citer par exemple le grillage des minerais, la gazéification du charbon et des hydrocarbures lourds, la trempe en lit catalytique, la synthèse chimique de produits solides ou gazeux, le séchage, l'encapsulage et la sphéroidisation. The installation according to the invention is applicable to numerous treatments of various materials, among which there may be mentioned, for example, roasting of ores, gasification of coal and heavy hydrocarbons, quenching in a catalytic bed, chemical synthesis of solid products. or gaseous, drying, encapsulation and spheroidization.

On a donc réalisé suivant l'invention un procédé et une installation permettant des traitements très divers par lit fluidisé à circulation horizontale forcée dans un réacteur. A process and an installation were therefore carried out according to the invention allowing very diverse treatments by fluidized bed with forced horizontal circulation in a reactor.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. Of course, the invention is not limited to the embodiments described and illustrated which have been given only by way of example.

- Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. - On the contrary, the invention includes all technical equivalents of the means described as well as their combinations if these are carried out according to the spirit.

Claims

1.- Process for treating a fluidized bed, according to which a pulverulent material is introduced into a reactor and is suspended using a gas stream injected at the bottom of this reactor to form a fluidized bed which is heated by at least one plasma torch, characterized in that, by means of the plasma emanating from the torch, it causes a forced and substantially horizontal circulation of at least part of the particles of the pulverulent material of the fluidized bed from an inlet to the reactor where said torch is located and into which the pulverulent material is introduced up to an outlet from the reactor where this material is discharged and possibly recycled.

2.- Method according to claim 1, characterized in that the injection of the plasma into the reactor is carried out at an angle which is between about 0 and 450 relative to the horizontal.

3.- Method according to claim 1 or 2, characterized in that the plasma injection angle in the reactor is at most equal to 300.

4.- Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the introduction of the pulverulent material into the reactor is carried out perpendicular to the lower part of this reactor and substantially in line with the plasma jet in said reactor.

5.- Installation for the implementation of the method according to one of claims 1 to 4 and of the type comprising a reactor which are associated with means for supplying pulverulent material, means for injecting a gas stream to the lower part of the reactor, and at least one lateral plasma injection torch in said reactor, characterized in that the reactor has a generally elongated shape in the horizontal direction and a lower part thus allowing the horizontal circulation of a fluidized bed from one end of the reactor to the other, one of these ends comprising said plasma torch above and to the right of which are arranged the means for supplying pulverulent material, and the other end comprising means of evacuation of the fluidized bed.

6.- Installation according to claim 5, characterized in that the plasma torch or torches is or are fixed on the side wall of the reactor at an angle between about 0 and 450 relative to the horizontal, while the means d powdery material supply comprises at least one pipe opening into the upper wall of the reactor.

7.- Installation according to claim 5 or 6, characterized for a chimney for discharging hot gases and by an opening for discharging hot particles, provided respectively in the upper wall and bottom of the reactor, at the other end. of it.