FR2945033A1

FR2945033A1 - Elements de dispositifs pour un procede utilisant l'energie thermique solaire couplee a des plasmas pour produire un carburant liquide et du dihydrogene a partir de biomasse ou de charbon fossile

Info

Publication number: FR2945033A1
Application number: FR0902102A
Authority: FR
Inventors: Nicolas Ugolin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2010-11-05
Anticipated expiration: 2029-04-30
Also published as: FR2945033B1

Abstract

Cette invention décrit un dispositif amélioré de la mise en oeuvre d'un système permettant d'utiliser l'énergie thermique (calorifique) d'origine solaire couplée à des micro-ondes et des plasmas pour produire principalement du monoxyde de carbone (CO), du dihydrogène H2 à partir de composés carbonés (biomasse, ordures ménagères, boues provenant des eaux usées, charbon fossile), le mélange gazeux obtenu permet entre autres de produire des carburants de types hydrocarbures (oléfines paraffines), esters, alcools par une synthèse Fischer-Tropsch. L'invention permet d'améliorer un procédé à deux étapes de pyrolyse/gazéification de matières carbonées. Dans la première étape de torréfaction et de pyrolyse qui produit, un char, un mélange de gaz surchauffés contenant principalement du CO2, de la vapeur eau, des goudrons et des matières volatiles incondensables, le dispositif permet notamment l'entrée du substrat sans contamination par l'atmosphère extérieure, la sortie séparée des substrats traités et des gaz de pyrolyse, le traitement des substrats sans encrassement de la structure. Dans la deuxième étape de gazéification des produits de la pyrolyse (char ou charbon, mélange de gaz), le procédé permet de récupérer plus aisément le syngaz produit en le séparant des cendres ou verres formés dans le réacteur de gazéification cyclonique.

Description

L'épuisement des ressources pétrolières et la pollution en dioxyde de carbone (CO2) que génère la combustion de produits pétroliers (une des principales causes du réchauffement climatique), impliquent le développement de procédés de production d'énergies alternatives moins polluantes, permettant de conserver le confort de vie des pays industrialisés et de faire face à la demande en énergie toujours croissantes des pays émergents. En effet, la consommation énergétique mondiale était de 5500 Mtep en 1971, de 10300Mtep en 2002, et est évaluée à 16500Mtep pour 2030.

Il faut toutefois distinguer : - D'une part, les besoins énergétiques destinés au développement industriel et urbain, que nous pouvons qualifier de statiques (pour lesquelles de nombreuses solutions voient le jour. Essentiellement des unités de production d'électricité solaire, nucléaire, hydraulique, géothermique, éolienne ...). - D'autre part, les besoins énergétiques liés aux transports qui nécessitent le stockage et le 15 transport de l'énergie par le véhicule lui-même, exception faite des véhicules électriques en ligne comme les trains et les tramways ...

Pour ce deuxième besoin lié au transport, les solutions semblent bien moins évidentes, car le ou les carburants utilisés dans les différents modes de transport doivent répondre à 20 plusieurs contraintes. Ils doivent être facilement transportables et stockables dans des conditions de sûreté au moins équivalentes à ce qui existe actuellement pour les produits pétroliers, avoir une balance de pollutions ( fabrication - utilisation inférieure à celle des hydrocarbures ) et enfin être économiquement viables par rapport aux produits pétroliers. Le problème se 25 complique encore plus en prenant en compte les contraintes d'un carburant compatible avec les transports aériens.

Différentes voies se dessinent pour la production de carburant pour les véhicules : 30 • La production de biocarburant (alcool, ester), • L'utilisation du dihydrogène comme carburant dans des piles à combustible, ou des moteurs thermiques, • L'utilisation de batteries très performantes dans des véhicules électriques, • L'utilisation de la biomasse ou de charbon pour la production de carburant. 35 La production de biocarburant, alcool ou ester d'acides gras, semble de prime abord prometteuse et est déjà mise en place dans différents pays. Toutefois, ces solutions ne sont pas parfaites, en effet les surfaces à cultiver pour offrir une autonomie énergétique sont colossales, représentant plus que l'ensemble des surfaces cultivées actuellement. De ce fait, 40 ces cultures entrent en concurrence avec les cultures alimentaires. Les matières premières pour la production de ces biocarburants sont souvent des produits alimentaires comme le maïs, le blé, etc. Une exploitation intense de biocarburants de ce type, en plus de déséquilibrer l'économie agroalimentaire mondiale, particulièrement celle des pays émergents et en voie de développement, serait un vecteur fort de risque de famine et de 45 désordres écologiques importants. De plus, certains modes de production de ces biocarburants ont un rendement énergétique très faible et une balance de pollution élevée au regard du pétrole. Pour exemple, nous pouvons citer la production d'éthanol à partir de la betterave, ou la production d'acides gras ou d'ester à partir du colza. 50 L'utilisation du dihydrogène comme carburant semble une solution élégante pour un carburant propre à l'utilisation. Toutefois le problème de production du dihydrogène non polluant pour un coût de revient équivalent aux produits pétroliers n'est pas encore résolu. De plus, l'utilisation de ce carburant nécessite de lever de nombreux verrous pour son 55 stockage et sa distribution au regard de sa dangerosité.

Le stockage de l'énergie électrique dans des batteries qui seront utilisées dans des véhicules électriques ou mixte électrique - thermique est l'une des solutions proposée par de nombreux constructeurs automobiles. Cette solution implique la production de batteries très performantes à faible coût ne générant pas ou peu de pollution, que ce soit pour leur fabrication ou pour leur recyclage. De plus, le problème de la production d'un carburant alternatif subsiste pour les véhicules à propulsion mixte électrique û thermique.

À notre connaissance, aucune solution viable de propulsion aéronautique basée sur les piles à combustible ou les batteries électriques n'a été proposée à ce jour.

L'utilisation de la biomasse et notamment des déchets végétaux, de cellulose, ou de produits agricoles non valorisés, représente une ressource importante de matières premières pour la fabrication de carburants liquides, de même que pour les matières plastiques non recyclables en fin de vie. Les réserves de charbon fossile peuvent permettre de satisfaire les besoins en carburant 15 liquide pour plusieurs décennies encore. Toutefois, que ce soit pour la biomasse ou le charbon fossile, les procédés de gazéification utilisés pour la fabrication de carburant liquide à partir de ces matières premières sont encore trop polluants en CO2, qui peut représenter de 20 à 40% des gaz produits. En raison de cette perte de carbone sous forme de CO2, la production de carburant à partir 20 de la biomasse par gazéification ne présente une balance de pollution que légèrement favorable par rapport au pétrole, qui devient vite défavorable si les difficultés à contrôler les émissions de CO2 lors de la production des biomasses et de leur transport aux usines de transformation ne sont pas maîtrisées. En minimisant les pertes de carbone sous forme de CO2 lors de la production de carburant à partir de biomasse, cette balance pourrait être 25 conduite à l'équilibre ou proche celui-ci, si l'on parvient à séquestrer le CO2 produit ou à le transformer en carburant avec un meilleur rendement. En effet, dans ces conditions, les biomasses fixeraient une proportion de carbone équivalente à celle dégagée lors de la combustion du carburant synthétisé.

30 Pour le charbon fossile, la situation est toute autre. Quel que soit le mode de transformation du charbon en carburant, la combustion du carburant rejettera dans l'atmosphère du CO2 provenant de carbone fossile, en plus des sous-produits indésirables (souffre, sulfure ...) . Un procédé de gazéification sans rejet de CO2 améliorera la balance de pollution des carburants obtenus par rapport aux produits pétroliers. Toutefois pour rendre la balance de 35 pollution des carburants d'origine fossile équivalente à la balance des carburants provenant de la biomasse, des solutions de séquestration ou de transformation du CO2 devront être mises en place au niveau des sites d'utilisation des biocarburants, c'est-à-dire des véhicules eux-mêmes.

40 De plus en plus de méthodes permettent la transformation du CO2 en produit valorisable sont développées, toutefois très peu d'entre elles décrivent des solutions adaptées à l'industrie de gazéification de biomasse ou du charbon.

Deux grands types de procédés de transformation du CO2 peuvent êtres cités : 45 • Les méthodes catalytiques consistant à réduire le CO2 dans des composés comme le méthanol, le formaldéhyde ou l'acide formique directement valorisable. • Les procédés électrochimiques en phase gazeuse consistant à réduire le CO2 en (monoxyde de carbone) CO et en ( dihydrogène ) H2 sous l'action de décharges électriques. 50 A noter qu'il existe des méthodes électrochimiques en solution permettant de transformer le CO2 en acide formique.

Bien que valorisables industriellement, le méthanol, le méthanal, l'acide formique, ne permettent que très difficilement la synthèse d'hydrocarbures par des procédés comme le 55 procédé Fischer-Tropsch (FT).

Les procédés électrochimiques en phase gazeuse, peuvent produire du CO et du H2 à partir de CO2 gaz. Les méthodes d'arc glissant (GlidArc) sont particulièrement prometteuses bien qu'encore très consommatrices d'énergie (plusieurs kilovolts par m3 de gaz produit). Les procédés GlidArc décrits pour l'instant nécessitent souvent pour réduire le CO2, l'utilisation de gaz additifs comme du sulfure d'hydrogène (H2S), de l'acide sulfurique ou le méthane (CH4). Ces méthodes ne sont pas décrites pour oxyder des particules de char (Charbon synthétique) ou de charbon. Les additifs favorisant les réactions sont toujours des gaz. Les géométries décrites pour les procédés GlidArc rendent très difficilement l'optimisation des rendements des différentes réactions en fonction des flux des différents gaz. Les méthodes GlidArc génèrent des plasmas dits hors équilibre. Aucune description ne fait état de méthodes mixtes faisant intervenir de manière concomitante ou alternative un plasma hors équilibre avec un plasma thermodynamique. De même, aucune étude n'a fait état de procédés faisant intervenir des plasmas d'origine optique, des plasmas électriques hors équilibre et des plasmas thermodynamiques. Aucune étude ne fait état de procédés d'orientation des réactions se faisant dans un plasma par des enrichissements en métaux, particules, ou catalyseur, permettant ainsi de favoriser telle ou telle réaction dans un plasma.

La réduction du CO2 en CO et H2 est un verrou technologique majeur dans l'industrie des synthèses d'hydrocarbures. En effet, une grande partie (30 à 40 %) de la matière première (Charbon, Char) est perdue sous forme de CO2, ce qui rend, en plus du coût économique, cette industrie extrêmement polluante.

Nous avons décrit, au travers de deux demandes de brevet N°FR/0708031, N°FR/0800384 réunis en une seule demande de brevet PTC N°PCT/FR 2008/001606, un procédé et une série de dispositifs alternatifs, adaptés à la gazéification des biomasses humides et du charbon, permettant de produire un syngaz (CO û H2) en diminuant les coûts énergétiques prélevés sur la biomasse ou le charbon pour la synthèse. Ce procédé se décompose, après une éventuelle étape de préparation du substrat, en :

A) une première étape de pyrolyse/torréfaction des composés, en char et gaz de pyrolyse, dans un réacteur solaire micro-ondes, provoquée par un échauffement des composés contenus dans ledit réacteur solaire micro-ondes grâce à une énergie thermique synergique apportée conjointement d'une part, par l'échauffement des parois du réacteur grâce à la concentration par convergence ou réflexion d'un rayonnement solaire à la surface desdites parois, et d'autre part, par des micro- ondes injectées directement à l'intérieur du réacteur et des composés, et

B) une deuxième étape de transformation du char et des gaz de pyrolyse, provenant du réacteur solaire micro-ondes, principalement en CO et H2, par des réactions chimiques d'oxydoréduction se produisant dans un réacteur cyclonique, ledit réacteur cyclonique permettant la formation de vortex gazeux entraînant et oxydant les particules de char, grâce à la combustion des gaz de pyrolyse ou de gaz additionnel, à l'injection dans le réacteur cyclonique de gaz ou de mélanges de gaz échauffés, à un échauffement des gaz présents directement dans ledit réacteur sous l'action de micro-ondes injectées directement dans le réacteur cyclonique.

La mise en oeuvre du procédé fait intervenir un réacteur solaire micro-ondes de pyrolyse/ torréfaction et un réacteur cyclonique : -Le réacteur solaire micro-ondes de pyrolyse/torréfaction comporte entre autres : -un tuyau , par exemple en matériau réfractaire, - des moyens pour faire progresser les composés à l'intérieur du tuyau du réacteur solaire micro-ondes de pyrolyse/torréfaction, - des moyens pour concentrer et faire converger un rayonnement solaire à la surface du tuyau du réacteur, -des moyens pour isoler le tuyau du réacteur du milieu extérieur, - des moyens pour améliorer l'inertie thermique du tuyau du réacteur, - des moyens pour produire des micro-ondes, - des moyens pour guider les micro-ondes, -le réacteur cyclonique comporte entre autres :

-au moins deux unités cycloniques superposées ou emboîtées communiquant entre elles, - des dispositifs permettant des combustions qui induisent des vortex gazeux dans les unités, -des dispositifs d'injection latéraux ou tangentiels de gaz dans les unités, induisant des vortex gazeux, - des moyens pour produire et guider des micro-ondes.

La mise en oeuvre du procédé fait intervenir également entre autres : - un réacteur de chauffage de mise sous pression et d'accélération des gaz d'oxydation comportant : -un tuyau, par exemple en matériau réfractaire, - des moyens pour concentrer et faire converger un rayonnement solaire à la surface du tuyau du réacteur, - des moyens pour isoler le tuyau du milieu extérieur, - des moyens pour améliorer l'inertie thermique du tuyau du réacteur, - des moyens pour faire progresser les gaz et éventuellement les particules le long du tuyau du réacteur, en les compressant, en les chauffant et en les accélérant tels que sans être exhaustif, des rotors à aubes, des compresseurs centrifuges, des turbines, au moins une chambre annulaire, au moins une source de micro-ondes éventuellement complétée par une source d'infrarouges. 25

-des dispositifs de courants électriques induits ou non, d'optique, de micro-ondes, pour produire des plasmas gazeux et/ou des plasmons mixtes gaz/particules.

30 -au moins un magnétron et au moins un guide d'ondes pour produire des micro-ondes entre 1 GigaHertz et 300 GigaHertz et guider lesdites micro-ondes. 35 Nous décrivons ici un dispositif amélioré pour la mis en oeuvre de ce procédé :

1 Dans un mode de réalisation, l'unité fonctionnelle permettant la torréfaction et la pyrolyse du substrat est un réacteur four solaire/micro-ondes (F_smo) Fig1 constitué d'un tuyau Figl.1 dont le diamètre est compris entre 1 centimètre et 5 mètres et d'une longueur 40 comprise entre 10 centimètres et 10 mètres. Le tuyau sera par exemple en matériau réfractaire tel que sans être exhaustif, du carbone recouvert de céramique, céramique, acier tungstène, titane, nickel, ... A l'entrée et à la sortie des substrats cuits dans le F smo Fig.2-3 seront disposés des systèmes permettant le passage du substrat, mais pas celui des gaz, qui sortiront par un ou 45 plusieurs puits destinés à cet effet.

1.1 Le système d'entrée et de sortie du char pourra être constitué, d'une sphère Figl.4 ou d'un cylindre creusé d'une ou plusieurs cavités Figl.5. La sphère ou le cylindre est inclus et ajusté dans une chambre sphérique ou cylindrique Figl.6 comprenant deux 50 ouvertures opposées Fig1.7. de telle manière que les gaz ne puissent pas passer entre les parois latérales de la chambre et les bores des cavités de la sphère ou du cylindre. Les parois de la chambre comprennent en vis-à-vis deux tamis Fig1.8 ou filtres d'une surface inférieure ou égale a la taille des cavités de la sphère ou du cylindre. Ces filtres ou tamis seront éventuellement reliés à une source à ultrasons pour éviter leur encrassement. La 55 sphère ou le cylindre sera muni d'un axe Figl.9 permettant sa rotation de telle manière que les cavités passent alternativement en vis-à-vis de la première ouverture de la chambre, du premier tamis, de la deuxième ouverture de la chambre, du deuxième tamis, avant de revenir à la première ouverture de la chambre. La rotation pourra être assurée par un 10 15 20 moteur. Les parois de la sphère ou du cylindre et celles de la chambre cylindrique ou sphérique seront ajustées de telle manière que les gaz ne puissent pas circuler entre eux. Un premier conduit Fig1.10 reliera le premier tamis à la partie en amont de la chambre située avant la première ouverture. Un deuxième conduit Figl.11 relaiera le deuxième tamis à la partie en aval de la chambre sphérique ou cylindrique après la deuxième ouverture. Deux pompes aspireront Figl.12 l'atmosphère des cavités lorsque celles-ci seront en vis-à-vis des tamis et la rejettent en amont et respectivement en aval des ouvertures de la chambre cylindrique ou sphérique. Ces pompes pourront être des pompes solaires à gaz.

En position (1), une cavité de la sphère ou du cylindre se remplit de substrat par la première ouverture (ouverture supérieur) da la chambre cylindrique ou sphérique. En tournant, la sphère ou le cylindre conduit la cavité remplie de substrat en position (2), en vis-à-vis du premier tamis. Les gaz du substrat contenus dans la cavité sont aspirés et rejetés en amont (soit à l'extérieur lorsque le dispositif est installé à l'entrée du F_smo, soit à l'intérieur du F_smo ou vers d'autres unités lorsque le dispositif est installé à la sortie du F_smo). Puis en continuant la rotation la cavité arrive en position (3) en vis-a-vis de la deuxième ouverture de la chambre cylindrique ou sphérique, le substrat sort de la cavité (soit vers le F_smo si le dispositif est situé à son entrée, soit vers d'autres unités telles que la chambre de combustion si le dispositif est situé à la sortie). En continuant la rotation la cavité arrive alors en position (4) en vis-à-vis du deuxième tamis. L'atmosphère contenue dans la cavité est alors aspirée au travers du tamis et rejetée en aval (soit à l'intérieur du F_smo lorsque le dispositif est installé à son entrée, soit vers d'autres unités lorsque le dispositif est installé à sa sortie). Ce dispositif permet l'entrée et la sortie des substrats du F_smo sans que les gaz internes et externes du 1? smo ne puissent se mélanger. 1.2 Dans un autre mode de réalisation, la structure de sortie des subtrats du F_smo sera constituée d'un système de cyclones. Dans une configuration particulière le système de cyclones sera constitué d'un cyclone de charge Figl.13 à double entrée longitudinale Fig1.14 pour les substrats et tangentielle Figl.15 pour les gaz. Le F_smo débouche 3 dans une première chambre cylindrique de collection Fig1.16, dans laquelle tombe le substrat après cuisson au travers du F smo. Cette chambre de collection surplombe l'entrée longitudinal 14 d'un cyclone de charge conique 13. L'entrée longitudinale du cyclone de charge est constituée de pales inclinées Figl.17 de manière à laisser passer le substrat en l'orientant dans le sens de rotation du vortex qui sera induit par le cône du cyclone. Au travers de l'entrée longitudinale, un tuyau Figl.18 récupère les gaz remontant de la colonne centrale de gaz formés dans le cyclone de charge et les conduit au travers du réservoir vers d'autres unités, par exemple vers les torches à plasma. Un puits situé en fin du F_smo Figl.19 récupère les gaz circulant dans le F_smo et les conduit à l'entrée tangentielle 15 du cyclone de charge. Sous l'action de ces gaz un vortex descendant se formera dans le cyclone de char, entraînant le substrat vers la sortie inférieure Fig1.20 du cyclone de charge alors que les gaz remonteront dans une colonne centrale vers le tuyau de récupération 18. La sortie inférieure 20 du cyclone de charge débouche à l'entrée d'une chambre de combustion. Dans certains modes de réalisation au dessus de l'entrée de la chambre de combustion sera disposé une arrivé de gaz Figl.21, préférentiellement de CO2 permettant d'alimenter la chambre de combustion par un mélange de substrats et de gaz.

1.3 Au centre du tuyau du F_smo est disposée une vis sans fin Fig1.22 permettant l'avancée des substrats à traiter le long de la lumière du tuyau. Le substrat pourra être organisé en granules ou particules homogènes ou non, de taille comprise entre quelques millimètres à quelques centimètres. Dans un mode de réalisation préférentiel, tout ou partie de la vis sans fin comprendra un écouvillon Hg 1.23 dont les poils seront en céramique, silicone vulcanisé, métal ou tout autre matériau résistant à la chaleur. Dans certains modes de réalisation, les poils de l'écouvillon seront en alliage de nickel et seront suffisamment longs pour racler la paroi interne du tuyau du F_smo. Ceci permet d'une part de prévenir la formation de calamine et d'autre part, la circulation libre des gaz dans le tuyau et l'avancée du substrat grâce à la rotation de la vis sans fin. Dans un mode de réalisation particulier, les extrémités écouvillons de la vis sans fin, situées juste en aval des puits de captage de gaz circulant dans le F_smo et au niveau de l'entrée du F_smo 2, sont substituées par des pas de vis solides constitués d'une seule pièce solide Fig1.24, de manière à permettre l'avancée du substrat par rotation de la vis, mais à gêner la libre circulation des gaz de sorte que les gaz soit déviés vers les puits de captage et que le reflux vers l'entrée du substrat dans le F smo soit évité. 1.4 Dans certains modes de réalisation, le tuyau du réacteur F_smo sera inclus dans une enceinte Figl.25 de confinement transparente sous vide, permettant de limiter les déperditions de chaleur avec le milieu extérieur. Dans une mode de réalisation, la lumière du réacteur sera ouverte Figl.26 dans l'enceinte de confinement transparente, de manière à ce que les gaz provenant de l'enceinte de confinement puissent pénétrer à l'intérieur du tuyau du F_smo. L'extrémité du F_smo sera obturée par un corps poreux ou faisceaux de micro ou mili tubes parallèles Fig1.28 obligeant à de nombreux contacts entre d'une part le gaz provenant de l'enceinte de confinement et pénétrant dans le tuyau du réacteur F_smo et d'autre part, les mailles du corps poreux. L'extrémité du F_smo comportant le corps poreux sera par exemple organisé en peigne. Une cloison étanche Figl.29 séparera le corps poreux du reste de la lumière du F_smo, obligeant les gaz à passer par les guides des gaz Fig1.27, canalisations permettant de contourner la cloison étanche 29, pour rejoindre le reste de la lumière du tube du F_smo. Le corps poreux présente une grande surface d'échange et jouera le rôle d'absorbeur du rayonnement solaire améliorant l'inertie thermique du réacteur F_smo. Le corps poreux sera par exemple un monolithe multicanaux de type nid d'abeille par exemple en cordiérite ou une mousse de céramiques poreuses en carbure de silicium SiC. Le corps poreux sera par exemple recouvert ou contiendra des oxydes de type MX0y avec M préférentiellement choisi parmi Al, Si, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ti, Zr. Les oxydes présents en surface ou dans le corps poreux, en plus de l'échauffement du gaz, catalyseront éventuellement la réduction du gaz traversant le corps poreux, par exemple CO2 en CO ou H2O en 02 et 112, dans le cas de l'utilisation du CO2 ou de H2O comme gaz limitant la déperdition de chaleur. Dans ce mode de réalisation, il sera préféré des gaz à effet de serre tels que CO2, H2O pour jouer le rôle de gaz limitant la déperdition de chaleur. Le gaz limitant la déperdition de chaleur est injecté Fig1.30 dans la chambre de confinement, définie par les parois 25 et limitée par la paroi 1 du F_smo, à l'opposé de l'ouverture du tuyau du réacteur. Le gaz circule alors dans l'enceinte de confinement transparente en isolant la paroi du tuyau du réacteur F_smo de celle de l'enceinte de confinement transparente. Ce faisant, le gaz capture le rayonnement infrarouge provenant de la paroi du tuyau du réacteur F_smo échauffé par le rayonnement solaire et à l'intérieur par les micro-ondes qui y sont injecté, en s'échauffant lui-même durant son cheminement jusqu'à l'entrée du tuyau du réacteur. Le gaz s'engouffre alors au travers du corps poreux où il s'échauffe encore plus au contact de la structure poreuse. Sous l'action d'éventuels oxydes présents au niveau du corps poreux, le gaz peut être réduit. Le gaz ou sa forme réduite pénètre alors dans les guides de gaz qui le conduisent dans la lumière du F_smo où circule le substrat sous l'action de la vis-sans-fin.

1.5 A l'extérieur du tuyau à une distance constante, le long de sa longueur est disposé un ou plusieurs miroirs ou concentrateurs solaires Fig1.31 par exemple en aluminium permettant de faire converger la lumière du soleil à la surface du tuyau. Le tuyau sera de préférence de couleur noire mate permettant un maximum d'absorption de la lumière et de la chaleur du rayonnement solaire. A l'aplomb de la zone d'ombre au-dessus du tuyau à vis sans fin sont disposées des lentilles convergentes Fig1.32 ou de Fresnel à une distance de la surface du tuyau à vis sans fin voisine de leur distance focale. Le nombre des lentilles dépendra de la taille et du diamètre du tuyau à vis sans fin. Les lentilles seront disposées sur un support dont les mouvements de rotation sont solidaires des rotations du portoir de miroirs de l'autre côté du tuyau à vis sans fin. A différents points du tuyau à vis sans fin, sont introduites des micro-ondes de fréquence comprise entre 1 GigaHertz et 300 GigaHertz. Le nombre de sources de micro-ondes, comprises entre une et plusieurs dizaines, dépendra de la puissance souhaitée et de la consommation électrique envisagée pour l'installation. Dans un mode de réalisation préférentiel, la source de micro-ondes est un magnétron Figl.33 qui aura pour guide d'ondes Figl.34 un conduit confluant avec les guide de gaz formant un guide mixte Fig1.35. L'angle d'implantation des guides d'onde, et du guide de gaz dans le guide mixte, ainsi que le flux de gaz provenant du guide de gaz empêchera l'entrée dans le guide d'ondes du substrat et des gaz circulant dans la lumière du F_smo après la cloison étanche 29. Les conduits seront éventuellement reliés à des sources d'ultrasons afin d'éviter la formation de calamine à ce niveau. Les micro-ondes entraînent l'échauffement très rapide des molécules du substrat, par l'agitation des molécules d'eau et autres molécules polaires contenues dans le substrat. Les micro-ondes pourront éventuellement être complétées par un rayonnement infra rouge. La chaleur produite par les micro-ondes additionnée à la chaleur de convergence du rayonnement solaire et celle accumulé dans le gaz circulant, entraîne la torréfaction et la pyrolyse du substrat. Lors de cette pyrolyse, il se produit un dégagement de matières volatiles contenant du goudron, ainsi que divers autres gaz inflammables. Ces différents gaz sont récupérés par des cheminées de dégazage 19 pour être injectés dans un réacteur de gazéification. Avant leur injection dans le gazéificateur, ces gaz peuvent être surchauffés (entre 160 et 2000 °C) par apport de micro-ondes et de chaleur d'origine solaire.

2)Dans un mode de réalisation particulier, le réacteur de gazéification est un réacteur cyclonique composé d'un coeur constitué d'un tuyau avec un diamètre moyen compris entre 10 centimètres et 5 mètres Fig2.36. Le coeur peut être en acier inoxydable réfractaire, titane, zirconium, nickel, céramique, acier tungstène ou tout autre matériau supportant des températures supérieures à 800°C . Le substrat est déversé vers une chambre de combustion cyclonique Fig2.37 surmontant le coeur du réacteur par exemple au travers d'un cyclone de charge 13 et d'une chambre de tampon Figl.38 et Fig2.38. La chambre de combustion permet de brûler les gaz provenant des phases de pyrolyse additionnés éventuellement de gaz de combustion complémentaires tels que le méthane. Les gaz sont par exemple brûlés par deux brûleurs Fig2.39 placés de manières tangentielle à la chambre de combustion, afin que les flammes Fig2.40 entraînent le tournoiement des gaz Fig2.41 de combustion (essentiellement CO2, H2O,CO) en formant un vortex de gaz descendant dans le cyclone et une colonne de gaz remontant dans le cyclone. Les brûleurs pourront avantageusement comporter une tuyère de combustion permettant à la fois de protéger la flamme du vortex de gaz tournoyants et d'accélérer très fortement les gaz de combustion et autres gaz présents et substrats présents dans la chambre de combustion. La flamme de la torche est obtenue préférentiellement en apportant un carburant gazeux provenant de la pyrolyse et un comburant préférentiellement sous forme d'oxygène. La combustion sera réalisée préférentiellement dans une atmosphère riche en CO2 apportée en même temps que le substrat.

2.1 Le haut de la chambre de combustion est obstruée par une structure comprenant un tube capable de collecter les gaz remontants du centre du cyclone formé par la chambre de combustion Fig2.42, telle que la face supérieure du tube de collection soit obstruée Fig2.43. Du tube de collection, partent des tubes transverses Fig2.44. Chaque tube transverse dévie les gaz de remontée du cyclone que forme la chambre de combustion, vers l'entrée préférentiellement tangentielle d'un cyclone préférentiellement conique Fig2.45, inclus dans la chambre de combustion au-dessus du niveau des torches à plasma. Les parois des tubes transverses sont disposées de telle manière que deux tubes transverses consécutifs forment une ouverture penchée Fig2.46 dans le sens de circulation du vortex de la chambre de combustion. En entrant par ces ouvertures, le char s'écoule dans le même sens que le vortex initié par la combustion des torches à plasma 39. L'ensemble des tubes transverses forme les parois creuses inclinées dans le sens du vortex de l'entrée longitudinale de la chambre de combustion cyclonique. Un axe Fig2.47 traverse la structure fermant la tube de collection longitudinalement par son centre de telle sorte que celui-ci puisse être animé d'un mouvement de rotation. L'axe sera muni du côté de la chambre cyclonique de combustion d'un bouclier thermique le protégeant de l'échauffement dû au gaz remontant. Dans la chambre de combustion, une hélice Fig2.48 est fixée sur l'axe de manière à faire tourner l'ensemble solidaire axe-hélice sous l'action de la colonne de gaz remontant. A l'autre extrémité de l'axe, dans la chambre qui reçoit le substrat et éventuellement du CO2 additionnel, une lame Fig2.49 est solidaire à l'axe . En tournant, la lame, préférentiellement inclinée en hélice inversée par rapport à l'hélice de la chambre à combustion, broie et propulse le char et éventuellement le CO2 additionnel au travers de l'entrée longitudinale de la chambre de combustion. Le broyât est également aspiré dans la chambre de combustion, au travers des conduits formés par les tubes transverses, grâce à un effet de Bernoulli, provoqué par l'écoulement du vortex plus ou moins tangentiellement aux conduits d'entrée. L'alimentation en char de la chambre de combustion se fait préférentiellement en atmosphère contrôlée riche en CO2 afin de purger l'oxygène de l'air.

Le mélange gazeux brûlé dans la chambre de combustion (gaz de pyrolyse, air ou oxygène, gaz additionnel) peut éventuellement se faire directement dans la chambre de combustion grâce à trois tuyaux indépendants Fig2.40 alimentant un brûleur à gicleurs ou tuyère permettant de formé une torche à plasma dans la chambre de combustion. Chaque tuyau diffuse un des trois gaz à la pression et à la vitesse désirées, la mise à feu du brûleur est déclenchée par une source d'étincelles (ou d'arcs électriques) disposée à proximité de celui-ci. Le rendement de la combustion est contrôlé par le débit de gaz de chaque tuyau.

2.2 Les cendres et poussières de char non gazéifiées entraînées par les flux remontant de la chambre de combustion sont séparées par les cyclones internes coniques 45 disposés dans la chambre de combustion, et redirigées vers la chambre de combustion. Le flux remontant de chaque cyclone conique interne 45 est capté par des petits tubes disposés dans la partie haute des cyclones coniques Fig2.51. Le tube de captation d'un cyclone conique de la chambre de combustion traverse le couvercle dudit cyclone Fig2.52, le couvercle étant solidaire d'un anneau reliant et fermant l'ensemble des cyclones coniques de la chambre de combustion. Les tubes de captation des cyclones coniques débouchent dans une chambre annulaire Fig2.53 fermée par l'anneau reliant les couvercles. L'ensemble des gaz enrichis en CO et 112 qui remontent des tubes de captation des cyclones coniques arrivent dans la chambre annulaire d'où ils sont captés par un collecteur Fig2.73 pour être traités et utilisés pour la suite des réactions. 2.3 Dans certains modes de réalisation, les couvercles de fermeture et l'anneau de fermeture des cyclones coniques ainsi que les cylindres de captage forment ou comportent des électrodes qui pourront être portées à un potentiel électrique élevé 100 Volts à 1000 kiloVolts. Au centre de chaque tube de captage des cyclones coniques de la chambre de combustion est disposé un axe muni d'une ou plusieurs hélices capables de tourner librement autour de l'axe Fig2.54. L'ensemble axe et hélice est mis à la masse. La distance entre la paroi d'un tube de captage et les hélices est définie telle que des arcs électriques puissent se former entre les bords de hélice et les parois du tube. En tournant sous l'action des gaz remontant dans le cylindre, les hélices étireront les arcs électriques formant des phénomènes d'arcs glissants permettant de réaliser la réduction du CO2, et des divers oxydes (présents dans les gaz produits). Le rôle des deux types d'éléments peut être inversé.

2.4 Le volume du coeur du réacteur est segmenté par des jupes successives Fig2.55, Fig3.55. Chaque jupe est constituée d'un cône percé dirigé vers le bas rétrécissant la lumière du réacteur à partir de la paroi du coeur. Ces jupes jouent deux rôles. Elles limitent le tassement de la colonne de granules, et délimitent des cyclones capable de générer des vortex pour favoriser, soit la réaction : C+H2O -> CO +H2 rl,

soit la réaction : CO2 + C -> 2C0 r2 La circulation circulaire des gaz, entraînant les granules torréfiés, permet une séquestration plus longue de ces granules dans les différents cyclones créés dans le LFLC par la succession de jupes. Au niveau de l'ouverture de l'entonnoir que forme la jupe de fermeture de la chambre de combustion est disposé un cylindre 56 permettant la remontée, par le centre de la chambre de combustion, de la colonne remontante provenant du cyclone inférieur. Une série de conduits 57 sont définis entre le bord de la jupe 55 et le cylindre de remontée 56 grâce à un jeu d'ailettes 58, de façon à ce qu'il soit obligatoire pour le substrat de passer par l'un de ces conduits pour passer dans le cyclone inférieur situé après la jupe. La taille de ces conduits sera suffisante pour permettre le passage des granules torréfiés. Les conduits sont disposés de manière régulière selon une rotation d'un angle constant autour du cylindre 56. Les conduits seront éventuellement courbes ou obliques et orientés de telle manière qu'en les empruntant, les granules et les gaz soient projetés tangentiellement à la paroi du réacteur dans un mouvement de rotation allant dans le même sens que la rotation imprimée au gaz de combustion par des brûleurs. Dans la chambre de combustion, les gaz de combustion, à une température supérieure à 800°C et animés d'un mouvement de rotation, vont attaquer les granules torréfiés qui s'y déversent. Une partie des granules sera oxydée selon les réactions rl et r2, le reste va être entraîné dans un mouvement circulaire au travers des conduits de l'orifice de la jupe alors que les gaz enrichis en CO et H2 vont remonter dans la chambre de combustion selon une colonne centrale. En dessous de la première jupe, à une distance comprise 10 et 500 centimètres (préférentiellement 50 centimètres), une seconde jupe est disposée avec le même dispositif de conduits cylindriques et d'ailettes. Il est alors injecté dans la partie haute de l'espace délimité par les deux jupes, tangentiellement à la paroi du réacteur , du CO2 ou un mélange H2O/CO2 sous pression à une température supérieure à 800 °C, typiquement à 2000 °C, dans le sens de rotation impulsé par les brûleurs. L'espace délimité par les deux jupes représente un cyclone à double entrée axiale et tangentielle. Dans un mode de réalisation préférentiel, le CO2 sera 5 fois plus abondant que le H2O dans le mélange de gaz injecté tangentiellement. 2.5 Dans certains modes de réalisation, le conduit d'injection du gaz ou des gaz Fig3.59 dans un cyclone sont confluants Fig3.60 avec le guide ou les guides d'ondes Fig3.34 d'un ou plusieurs magnétrons Fig3.33 qui impulse des micro-ondes dans le réacteur entre les deux jupes. L'angle d'incidence de ces conduits est tel que le vortex circulant dans le cyclone ne puisse pas refluer dans le conduit d'injection de gaz et le guide d'ondes. Les micro-ondes permettent de surchauffer le mélange de gaz injecté activant la réaction r2 et rl et augmentent la vitesse du vortex de gaz et de granules. Lorsque les granules arrivent au niveau de la deuxième jupe, ils sont entraînés avec une partie des gaz par les conduits de l'orifice de la jupe. Le reste des gaz débarrassé de la majeure partie du substrat, remonte selon le centre du coeur du réacteur, en un flux montant, jusqu'au cylindre de remontée 56 de la première jupe fermant la chambre de combustion . Les gaz traversent alors la chambre de combustion pour atteindre le collecteur de gaz de la structure annulaire. 2.6 Dans un certain mode de réalisation, en-dessous de la deuxième jupe, une troisième jupe est disposée pour former une nouvelle unité cyclone / micro-ondes. Il est par exemple injecté dans la partie haute de l'espace délimité par la deuxième et troisième jupe de la vapeur d'eau, du CO2 ou un mélange des deux gaz, à une température supérieure à 800 °C, typiquement à 2000 °C, tangentiellement à la paroi du réacteur, dans le sens de rotation impulsé par les brûleurs et le cyclone précédents. Les unités cyclone / micro-ondes, définies par deux jupes, peuvent être répétées un grand nombre de fois dans le LFLC avec des injections de CO2, de CO2/H2O ou de 1120 dans n'importe quel ordre. Cette structure forme un réseau de cyclones superposés. 2.7 La région du coeur du réacteur de gazéification recevant les micro-ondes pourra éventuellement être recouverte d'un matériau réfléchissant les micro-ondes. Préférentiellement le coeur du réacteur est réalisé dans un matériau réfléchissant les micro-ondes et il pourra avoir un diamètre égal à un nombre entier de longueur d'onde des micro-ondes utilisées. Cette largeur pourra être modulée en fonction du déphasage dû aux réflexions sur les parois.

2.8 Dans un autre mode de réalisation, le coeur du réacteur sera constitué de deux tuyaux emboîté pour former un LFLC double coeur (LFLC_dc). Le tuyau interne du coeur comprendra les unités cyclone/micro-ondes décrites précédemment. Les cyclones sont modifiés de telle sorte que le cylindre de passage d'un cyclone à l'autre, cylindre de remontée 56 des flux remontant au niveau des ouvertures de jupes sont modifiés pour former une structure creuse en T Fig4.61, permettant de rejeter les flux remontant du cyclone à l'extérieur du cyclone dans le tuyau externe du coeur. Le pied du T Fig4.62 est constitué du tuyau de remontée des flux 56. La barre horizontale du T représente les tuyères de sortie Fig4.63 des gaz, constitué par un tuyau creux elle relie le cylindre de remontée 62 à l'espace Fig4.64 situé entre le tuyau interne Fig4.65 et le tuyau externe Fig4.66 du coeur du réacteur. Nous appellerons la structure creuse horizontale identifiée comme étant la barre du T tuyère horizontale Fig4.63. La tuyère horizontale permet donc le passage des flux remontant du cyclone par le tuyau central 62, vers l'espace entre les deux tuyaux emboîtés que nous appellerons l'espace inter-tuyaux Fig4.64. La structure en T peut être complexifiée en dupliquant les tuyères horizontales par rotation dans un même plan, perpendiculairement au tuyau de remontée des flux du cyclone . La portion des tuyères horizontales situées entre le cône et le bord des jupes est profilée en forme d'ailette, l'ensemble des ailettes étant orientées dans le même sens de façon à créer un système de conduits obliques pour l'entrée des gaz et des particules dans le cyclone situé en-dessous Fig4.67. L'orientation des ailettes sera définie pour imprimer un mouvement de rotation de même sens que le mouvement de rotation induit par les brûleurs dans la chambre de combustion (il sera choisi de préférence le sens induit par la force de Coriolis). Des ailettes intercalaires peuvent être ajoutées à la structure d'ailettes de tuyères afin d'optimiser la taille des conduits sans avoir à augmenter le nombre de tuyères. Les tuyères horizontales seront courbées dans le sens de rotation général des gaz dans les réacteurs, ou disposées en oblique, pour permettre une entrée des gaz plus ou moins tangentielle à la paroi du tuyau externe du coeur du LFLC_dc. La sortie des tuyères sera légèrement dirigée vers le bas et arrivera à proximité de la paroi du tuyau externe. En raison de l'orientation des tuyères horizontales, l'entrée des gaz dans l'espace inter-tuyaux induira, dans cet espace, un mouvement de rotation des gaz dirigé vers le bas, formant un vortex descendant tournant dans le même sens que le mouvement induit dans la chambre de combustion. La partie des tuyères dans l'espace inter-tuyaux sera profilée de manière à permettre le passage du vortex de gaz descendant sans le gêner et à permettre le passage du flux remontant sans le gêner également.

2.9 Dans la partie inférieure du coeur du LFLC_dc, le tuyau externe sera plus long que le tuyau interne d'une longueur comprise entre 10 centimètres et 5 mètres, préférentiellement d'une longueur de 100 centimètres. Le tuyau externe formera à son extrémité un cône ouvert. Le cône sera par exemple formé sur une distance de 50 centimètres pour une extrémité de 100 centimètres. Ces distances ne sont qu'indicatives, de multiples conformations étant possibles. L'ouverture du cône aura un diamètre compris entre le diamètre du tuyau interne 30% et le diamètre des orifices des jupes des cyclones du tuyau interne. Le tuyau externe du coeur du LFLC_dc forme donc un cyclone dans lequel est inclus le tuyau interne au niveau du flux ascendant du tuyau externe.

2.10 Dans certain mode de réalisation, l'extrémité inférieure du tuyau interne du coeur se terminera par une jupe présentant une courbure en cône ou en obus Fig4.68 et un orifice avec un obturateur partiel présentant une géométrie particulière. L'obturateur sera constitué de deux cônes de tailles différentes ou de même taille Fig4.69 en vis-à-vis et accolés par leur base (bi-cône). Si les tailles diffèrent, le cône le plus petit obstruera partiellement l'orifice de la jupe alors que le cône le plus grand servira de coiffe protectrice dans le prolongement de la courbure en obus de la jupe. La structure bi-cône sera par exemple fixée par le bout pointu du petit cône sur un support disposé au travers de l'orifice de la jupe. La totalité ou une partie du bi-cône pourra éventuellement tourner autour de l'axe défini par la droite passant par les deux sommets. Préférentiellement seul le cône le plus grand (celui qui est dans le prolongement de la courbe en obus) tournera autour de l'axe. La face conique du cône dans le prolongement de la courbure en obus sera éventuellement munie de motifs (ailettes et/ou rigoles) l'obligeant à tourner sous l'action du flux remontant du tuyau externe. Le flux central du cyclone du tuyau externe du coeur sera séparé et accéléré par le cône. La dépression créée par la séparation et l'accélération aspirera les granules torréfiés qui sortent du dernier cyclone du tuyau interne du coeur, et les entraînera plus ou moins loin. La partie mobile de la structure en bi-cône tournera sous l'action du flux permettant une expulsion plus efficace des granules. La présence du bicône empêchera le refoulement des particules dans le dernier cyclone du tuyau interne. La gazéification des granules s'achèvera dans le tuyau externe du coeur de réacteur, soit en phase dynamique dans les différents flux du cyclone du tuyau externe, soit en phase statique dans le lit fixe après accumulation au fond du tuyau externe. 2.11 Dans un autre mode mode de réalisation, l'extrémité inférieure du tuyau interne du coeur se terminera par une jupe présentant une courbure en obus Fig5.70, qui débouchera au niveau de la sortie du cyclone formé par le tuyau externe. De la paroi de la jupe partent des tubes dans une direction perpendiculaire à l'axe principal du cyclone Fig5.71, que nous appellerons puits d'aspiration de jupe dans la suite de cet exposé. Préférentiellement, trois puits d'aspiration de jupe sont disposés à 120° les uns des autres. En vis-à-vis de chaque puits d'aspiration de jupe et perpendiculairement à la direction du puits, est disposé un brûleur ou une torche Fig5.40 permettant de brûler les gaz de pyrolyse ou des gaz additionnels de telle manière que les gaz de combustion aient une direction perpendiculaire à l'ouverture du puits, aspirant ainsi les particules qui tombent dans le dernier cyclone, vers la flamme du brûleur par un effet de Bernoulli. De plus, la direction des flammes des brûleurs plus ou moins parallèles à la direction du vortex, entretient le vortex de gaz créé dans le tuyau externe du réacteur à double coeur. Le système puits d'aspiration-brûleurs permet d'extraire ainsi les cendres et les composés les plus légers qui tombent au fond du dernier cyclone du tuyau interne, et ainsi de gazéifier les dernières particules de carbone qui n'ont pas encore réagi. Les composé vitreux et les composés les plus denses sont évacués à l'extérieur du réacteur. Durant le parcours de ces derniers composés dans la partie du dernier cyclone située en dessous des puits d'aspiration de jupe, les gaz chauds remontant à l'extérieur du coeur intérieur surchauffent les parois et particulièrement la jupe du dernier cyclone et permettent la gazéification durant leur trajet des produits les plus denses évacués par le dernier cyclone.

2.10 Les gaz remontant le long du tuyau interne du coeur interne en chauffant celui-ci peuvent être captés au sommet de tuyau interne. Mais dans une réalisation préférentielle, au sommet du réacteur LFLC_dc, des ailettes oriente le flux remontant à l'intérieur de la chambre de combustion dans la même direction que le vortex induit par les torches. Dans un mode encore plus préférentiel, le flux remontant du tuyau externe est introduit dans la chambre de combustion juste en dessous des torches, afin d'augmenter le temps de résidence du char au niveau des torches. Dans une autre mode de réalisation, des ailettes Fig4.72 orientent le flux remontant à l'intérieur des cyclones coniques Fig4.45 de la chambre de combustion dans le même sens de rotation que celui des vortex formés dans les cyclones coniques contenus dans la chambre de combustion. après passage par les cyclones coniques les gaz enrichis en CO et H2 sont dirigés vers le collecteur 73, les particules étant redirigées à l'intérieur de la chambre annulaire. 2.11 Dans une autre mode de réalisation, des ailettes Fig5.74 orientent le flux remontant dans l'espace inter-tuyaux à l'intérieur des cyclones coniques Fig5.76 situés au sommé du coeur externe du réacteur dans l'espace inter-tuyaux. Une tuyau séparateur Fig5.75 permet d'orienter le flux remontant vers les ailettes. Les cyclones coniques 76 correspondent avec une chambre annulaire équivalente à la chambre 53. Après passage par les cyclones coniques 76 les gaz enrichis en CO et H2 sont dirigés vers le collecteur équivalent à 73, les particules étant précipitées dans l'espace inter-tuyaux au niveau du vortex formé dans celui-ci, pour achever leur gazéification. 2.12 Les sorties des réacteurs peuvent être alternativement fermées pour améliorer le rendement de réaction.

3.1 Dans certains modes de réalisation, le pompage de l'atmosphère à l'entrée des substrats du F_smo au travers des filtres Figl.8 est réalisé grâce à une pompe solaire. Ce même système de pompage peut être utilisé pour réaliser à la volée un vide entre les doubles parois des différents réacteurs utilisés Figl.77-78, Fig6.79-80 ... La pompe solaire est constituée d'un déflecteur, qui peut être par exemple de forme parabolique Fig6.92, concave, ellipsoïdale, plane, ... réfléchissant la lumière sur un système de tubes emboîtés, dans lequel circule un gaz tel que de l'air, du CO2... Le système de tubes est constitué pour sa partie la plus extérieure d'un premier tuyau d'isolement Fig6.79 en matériau transparent laissant passer le plus large spectre possible de lumière (visible, UV, IR). Les parois du tuyau d'isolement pourront être dopées par des cristaux de silice ou de quartz (particules quantiques) permettant de transformer les UV en lumière visible et infrarouge et d'augmenter la transparence de la paroi du tuyau aux différentes longueurs d'onde. Les parois du tuyau d'isolement pourront être doublées Fig6.80 et pourront contenir dans l'espace inter-parois, un gaz d'isolement (hélium, argon, krypton, xeon ou un mélange de ces gaz). Dans certains modes de réalisation, le gaz d'isolement est remplacé par un vide établi entre les parois de l'enceinte d'isolement. Le tuyau d'isolement est surmonté et fermé par une enceinte de forme quelconque. Cette enceinte également transparente, à simple ou double paroi, est préférentiellement de forme symétrique conique aplatie Fig6.& mais peut être biconique, conique inversée ou sphérique. Au centre de la structure formée par le tube d'isolement et la cavité le surmontant, est disposé un tuyau évasé à son extrémité haute Fig6.82. Ce tuyau central, de couleur sombre (recouvert de peinture noire, chrome noir, CERMET ) sera en matériau fortement conducteur de chaleur, de préférence métallique. Le tuyau central de la structure de tuyaux emboîtés possédera éventuellement une double paroi Fig6.82a-82b comportant une structure poreuse en nid d'abeille ou en mousse, constituée de cordiérite ou en carbure de silicium, disposée entre les deux parois Fig6.83. De préférence la structure poreuse sera constituée de capillaires formés par des tubes parallèles de diamètre micrométrique allant d'une extrémité à l'autre du tuyau évasé. A la base du tuyau central évasé, la paroi extérieure Fig6.84 ferme la lumière du tuyau évasé alors que la paroi intérieure dispose d'une ou plusieurs ouvertures Fig6.85 qui permettent l'entrée des gaz et leur circulation entre les deux parois du tuyau central au travers du corps poreux. Au sommet du tuyau évasé, des conduits Fig6.86 permettent le passage des gaz de l'espace inter-parois vers un tuyau de collection des gaz Fig6.87 disposé dans la lumière du tuyau central évasé et ressortant par le bas du tuyau central au travers de la paroi intérieure 84 fermant la lumière du tuyau central. Le tuyau évasé Fig6.82 sera surmonté, sur sa partie évasée par un rotor Fig6.88 comportant des aubes ou ailettes Fig6.89. Le rotor et les ailettes sont de préférence de couleur sombre, l'ensemble aura un diamètre inférieur ou égal au diamètre de la partie évasée du tube central. Le premier rotor Fig6.88 sera solidaire d'un deuxième rotor Fig6.90, de diamètre supérieur à la partie évasée du tuyau central, possédant des aubes ou ailettes Fig6.91 disposées autour de la partie évasée, dudit tuyau central. Les ailettes Fig6.89 du premier rotor sont inversées par rapport aux ailettes Fig6.91 du second rotor. La structure de tuyaux emboîtés sera disposée au centre d'un réflecteur formant une parabole (calotte d'une sphère) Fig6.92 ou une ellipsoïde. La forme du réflecteur sera éventuellement évolutive en fonction de la position du soleil. Le réflecteur comportera sur la face intérieure un matériau réfléchissant. Le réflecteur sera préférentiellement constitué de membranes synthétiques ou naturelles tendues sur une armature, comportant des éléments flexibles et tubulaires (conducteur de chaleur), selon le principe de tension de la toile d'un parapluie. De manière préférentielle, le déflecteur comprendra deux membranes, une membrane réfléchissante, par exemple une membrane synthétique contenant ou recouverte d'aluminium, telle que les couvertures de survie, et d'une membrane isolante telle que les tissus Nomex (brand aramid fibree)/Kevlar ..., imperméabilisés sur la face extérieure. Chaque membrane est assemblée selon un patron leur conférant la structure de la calotte d'une sphère, par exemple par l'ajustement de pièces triangulaires selon le principe d'une toile de parapluie. L'armature conférant leur forme aux membranes sera constituée par exemple de tubes creux et flexibles fortement conducteurs de chaleur Fig6.93. Les tubes creux conducteurs de chaleur, sont collés à la face inférieure de la membrane réfléchissante. L'extrémité libre extérieure des tubes conducteurs de chaleur Fig6.93 est reliée à un tuyau Fig6.94 faisant le périmètre de la parabole lui-même alimenté en gaz par une arrivée Fig6.95. L'autre extrémité des tubes creux et flexibles fortement conducteurs 93 est connectée à la structure de tuyaux emboités. La taille des tuyaux 93 assemblés en armature correspond à la taille de l'arc de la calotte sphérique de la parabole. Une fois structurée, la parabole dévie la lumière à travers le tuyau d'isolement Fig6.79-80 et de l'enceinte de fermeture Fig6.81, au niveau du tuyau central évasé et principalement au niveau de l'évasement, juste en dessous des ailettes 91 du deuxième rotor Fig6.90. Sous l'action de la chaleur, le gaz se réchauffe et remonte dans l'enceinte de fermeture (courant ascendant thermique) en faisant tourner le deuxième rotor Fig6.90 qui actionne dans le même temps le premier rotor Fig6.88 du fait du couplage. Au-dessus de l'enceinte de fermeture Fig6.81 une lentille fait converger la lumière, qui arrive à l'aplomb de l'enceinte de fermeture, au niveau du premier rotor Fig6.88 et échauffe encore le gaz avant qu'il ne soit pulsé dans le tuyau central évasé par les pales inversées du premier rotor Fig6.89. Dans un mode de réalisation encore plus avantageux, la lentille à l'aplomb de l'enceinte de fermeture Fig6.81 est constituée d'une lentille en tore Fig6.98 faisant converger la lumière en un anneau focalisé sur les pales Fig6.91 du deuxième rotor et sur un radiateur situé juste en-dessous de celles-ci Fig6.99. La distance focale du concentrateur pourra être avantageusement choisie pour faire converger la lumière essentiellement au niveau du radiateur et de l'évasement du tuyau central évasé. La convergence de la lumière juste en dessous des pales du deuxième rotor entraîne un grand échauffement à ce niveau et donc une plus grande vitesse de rotors. La remontée des gaz dans le tuyau d'isolement entraîne l'aspiration des gaz au travers des tubes conducteurs de chaleur de l'armature du concentrateur, permettant ainsi de refroidir la surface de réflexion tout en récupérant la chaleur au profit du gaz, la deuxième membrane sert d'isolant thermique pour éviter la dissipation de la chaleur vers l'air ambiant. Les gaz échauffés remontent dans le tuyau d'isolement puis sont pulsés par le premier rotor, les gaz passent dans la lumière du tuyau évasé. Arrivés au fond du tuyau central évasé, les gaz passent alors par les orifices 85 dans le corps poreux situé entre les parois du tuyau central évasé, là ils sont encore plus échauffés ce qui entraine leur remontée dans l'espace inter-parois du tuyau central évasé et enfin leur passage et leur descente dans le collecteur 87. Lors du passage du gaz dans le collecteur 87 les gaz créent une dépression dans le tuyau 96 connecté perpendiculairement au collecteur 87, grâce à une aspiration due à l'effet de Bernoulli provoqué par le passage du gaz. Les unités dans lesquelles le vide doit être fait sont reliées au tuyau 96 par l'intermédiaire d'une valve antiretour 97. Le sommet 87a du collecteur 87 sera préférentiellement en cône inversé pour faciliter la descente des gaz. 3.2 Dans certains modes de réalisation, le vide des parois de confinement ou des système d'entrée de substrats dans le F smo est obtenu en raccordant ces éléments par un conduit perpendiculaire Fig6.100 au guide mixte de gaz et de micro-ondes 35 ou au guide d'injection de CO2 27. Les conduits seront éventuellement équipés d'une valve antiretour. Les gaz circulant dans les guides créent une dépression dans le conduit perpendiculaire 100 qui entretient le vide dans les unités reliées. 3.3 Dans certains modes de réalisation, la pompe décrite en 3.1 est utilisée pour injecter le CO2 30 dans le F_SMO. 3.4 Dans certains modes de réalisation, les rotors des tuyaux emboîtés pourront être couplés à un alternateur ou une à dynamo (générateur) pour produire du courant électrique. Les rotors pourront éventuellement comporter plusieurs rangées d'ailettes pour améliorer le rendement et ils pourront plus ou moins être encastré dans les différents tuyaux. Dans un mode de réalisation préférentiel, le couplage se fera via une turbine. 3.5 Le déflecteur sera avantageusement orienté vers le soleil. Dans un mode de réalisation 50 encore plus avantageux, le déflecteur sera motorisé de manière à suivre la course du soleil et à offrir le meilleur rendement de réflexion de la lumière sur le four solaire. Le mouvement de déflecteur sera préprogrammé ou défini à l'aide de capteurs photoélectriques, par exemple une couronne de cellules ou résistances photoélectriques disposées sur le mât de support du concentrateur. Au fur et à mesure de la course du soleil la cellule en vis-à-vis du soleil indiquera la position la plus lumineuse grâce à la mesure du courant produit.

15 LEGENDES DE L'ENSEMBLE DES FIGURES 1) Tuyau du four solaire/micro-ondes (F_smo) 5 2) entrée du F_smo 3) sortie du F_smo 4) sphère du système permettant le passage du substrat 5) cavité du système permettant le passage du substrat 10 6) chambre sphérique ou cylindrique du système permettant le passage du substrat 7) ouverture opposée de la chambre sphérique ou cylindrique du système permettant le passage du substrat 8) tamis en vis-à-vis de la chambre sphérique ou cylindrique du système permettant le passage du substrat 15 9) axe de la sphère du système permettant le passage du substrat 10) premier conduit reliant le premier tamis à la partie en amont de la première ouverture de la chambre sphérique ou cylindrique du système permettant le passage du substrat 11) deuxième conduit reliant le deuxième tamis à la partie en aval de la deuxième ouverture de la chambre sphérique ou cylindrique du système permettant le passage du 20 substrat 12) pompe aspirante 13) cyclone de charge 14) entrée longitudinale du cyclone de charge 15) entrée tangentielle du cyclone de charge 25 16) chambre cylindrique de collection 17) pales inclinée de l'entrée longitudinale du cyclone de charge 18) tuyau de récupération des gaz remontant de la colonne centrale de gaz formés dans le cyclone de charge 19) puits de récupération des gaz situé en fin du F_smo 30 20) sortie du cyclone de charge 21) arrivée de gaz disposée au-dessus de l'entrée de la chambre de combustion 22) vis sans fin 23) écouvillon en spirale formant une vis sans fin 24) extrémités de la vis sans fin, constituées par un pas de vis d'une seule pièce solide 25) enceinte de confinement du tuyau du réacteur F_smo 26) ouverture de la lumière du F_smo 27) guide de gaz 28) corps poreux faisceaux de micro- ou mini-tubes parallèles 29) cloison étanche 30) arrivée de CO2 dans la chambre de confinement 31) miroirs ou concentrateurs solaires 32) lentilles convergentes 33) magnétron 34) guide d'ondes 35) guide mixte 36) coeur du réacteur cyclonique 37) chambre de combustion cyclonique 15 38) chambre tampon surmontant la chambre de combustion 39) brûleur ou torche à plasma, tangent à la paroi de la chambre de combustion 40) flamme torche de combustion 41) gaz de combustion tournoyant sous l'action des flammes de combustion 42) tube de collection pour capter le flux remontant dans la chambre de combustion 20 43) face supérieure du tube de collection de la chambre de combustion 44) tube transverse partant du tube de collection de la chambre de combustion 45) cyclone conique inclus dans la chambre de combustion 46) ouverture penchée formée par deux tubes transverses consécutifs partant du tube de collection de la chambre de combustion 25 47) axe traversant longitudinalement la structure fermant le tube de collection de la chambre de combustion 48) hélices de l'axe 47 49) lame solidaire à l'axe 47 50) alimentation combustible, comburant des brûleurs ou torches 51) tube de captation d'un cyclone conique de la chambre de combustion 52) couvercle du cyclone 45 53) chambre annulaire dans laquelle débouchent les tubes de captation des cyclone 45 54) électrode-axe munie d'une hélice disposée au centre de chaque tube 51, axe et hélice étant mis à la masse. 55) jupe formant un cône percé dirigé vers le bas délimitant les cyclones. 56) cylindre permettant la remontée par le centre de la jupe 55 des gaz de la colonne remontante provenant du cyclone inférieur 57) conduit entre le bord de la jupe (55) et le cylindre de remontée 58) ailette définissant les conduits 57 59) conduit d'injection du gaz ou des gaz dans un cyclone 60) conduit mixte d'injection de gaz et des micro-ondes 61) structure creuse en T 62) pied de structure en T formé par un tuyau de gaz remontant au centre du cyclone 63) tuyère de sortie des gaz (tuyère horizontale): sortie du flux remontant dans l'espace inter-tuyaux 64) espace inter-tuyaux des coeur du réacteur 65) tuyau interne du coeur du réacteur 66)) tuyau externe du coeur du réacteur 67) conduit oblique de l'entrée axiale dans le cyclone 68) extrémité inférieure du tuyau interne du coeur : jupe présentant une courbure en obus 69) obturateur partiel de l'extrémité inférieure du tuyau interne : bi-cône 70) jupe avec une courbure en obus débouchant au niveau de la sortie du cyclone formé par 25 les tuyaux externes 71) puits d'aspiration du dernier cyclone du coeur intérieur. 72) ailette ou aube d'orientation des gaz remontant à l'intérieur de petits cyclones contenus dans la chambre de combustion 73) collecteur de la chambre annulaire 53 30 74) ailette ou aube d'orientation des gaz remontants à l'intérieur de petits cyclones disposés dans l'espace inter-tuyaux. 75) tuyau séparateur permettant d'orienter le flux remontant vers les ailettes 74. 76) cyclone conique situé au sommet du coeur externe du réacteur dans l'espace inter-tuyaux 77) paroi doublant la paroi 25 du F_smo. 78) vide ou gaz d'isolement supplémentaire 79) première paroi d'une double paroi sous vide ou contenant un gaz d'isolement. 80) deuxième paroi d'une double paroi sous vide ou contenant un gaz d'isolement 81) enceinte grossièrement symétrique conique surmontant et fermant le tuyau d'isolement 10 79-80. 82) tuyau central évasé à son extrémité, de couleur sombre, disposé au centre de la structure, formé par le tube d'isolement et la cavité la surmontant 83) structure en nid d'abeille ou en mousse constituée de céramique en cordiérite ou de carbure de silicium ou céramique. 15 84) base du tuyau central, fermé par la paroi extérieure 82b 85) ouverture de l'espace inter-parois du tuyau évasé sur la lumière de ce tuyau. 86) conduit permettant le passage des gaz de l'espace inter-parois du tuyau évasé vers un tuyau de collection des gaz 87 87) tuyau de collection des gaz disposé dans la lumière du tuyau central évasé et ressortant 20 par le bas du tuyau central au travers de la paroi intérieure 84 fermant la lumière du tuyau central. 87a) sommet en forme de cône inversé du collecteur 87 88) rotor surmontant le tuyau central évasé comportant des aubes ou ailettes 89) aubes ou ailettes de rotor 88 25 90) deuxième rotor solidaire du rotor 88 possédant des aubes ou ailettes disposées autour de la partie évasée du tuyau 82 91) aubes ou ailettes de rotor 90 inversées par rapport aux ailettes 89 92) réflecteur solaire formant une parabole ( calotte d'une sphère ) 93) tube creux conducteur de chaleur en métal (cuivre, aluminium, etc.) formant la 30 structure du concentrateur et conduisant les gaz jusqu'à la structure de tuyaux emboités 94) tuyau faisant le périmètre de la parabole reliant l'extrémité libre extérieure des tubes conducteurs 93 permettant leur alimentation en gaz 95) alimentation en air du tuyau 94 faisant le périmètre de la parabole 96) tuyau connecté perpendiculairement au collecteur 87, permettant une aspiration sous l'effet de Bernoulli. 97) valve antiretour 5 98) lentille à l'aplomb de l'enceinte de fermeture 81 constituée d'une lentille en tore 99) radiateur situé au niveau de l'évasement du tuyau central 100) puits à vide muni d'un valve antiretour entre le guide mixte d'ondes et de gaz et l'espace inter-parois 25 77

Claims

REVENDICATIONS 101) Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé de gazéification, de substrat contenant du carbone afin de produire un syngaz, principalement composé de CO et H2, en deux étapes : A) une première étape de pyrolyse/torréfaction des composés, en char et gaz de pyrolyse, dans un réacteur solaire micro-ondes, provoquée par un échauffement des 15 composés contenus dans ledit réacteur solaire micro-ondes grâce à une énergie thermique synergique apportée conjointement d'une part, par l'échauffement des parois du réacteur grâce à la concentration par convergence ou réflexion d'un rayonnement solaire à la surface desdites parois, et d'autre part, par des micro-ondes injectées directement à l'intérieur du réacteur et des composés, et 20 B) une deuxième étape de transformation du char et des gaz de pyrolyse, provenant du réacteur solaire micro-ondes, principalement en CO et H2, par des réactions chimiques d'oxydoréduction se produisant dans un réacteur cyclonique, ledit réacteur cyclonique permettant la formation de vortex gazeux entraînant et oxydant 25 les particules de char, grâce à la combustion des gaz de pyrolyse ou de gaz additionnel, à l'injection dans le réacteur cyclonique de gaz ou de mélange de gaz échauffés, à un échauffement des gaz présents directement dans ledit réacteur sous l'action de micro-ondes injectées directement dans le réacteur cyclonique ; 30 caractérisé en ce qu'il comprend un réacteur solaire micro-ondes de pyrolyse/torréfaction et un réacteur cyclonique, le réacteur solaire micro-ondes de pyrolyse/torréfaction comportant des moyens pour introduire le substrat à traiter sans contamination par un air ambiant ni rejet d'un gaz dans le milieu extérieur, des moyens pour faire progresser les substrats à l'intérieur du réacteur solaire micro-ondes de pyrolyse/torréfaction en laissant 35 circuler les gaz à l'intérieur dudit réacteur, des moyens pour l'injection de micro-ondes à l'intérieur du réacteur solaire micro-ondes de pyrolyse/torréfaction sans contamination ou détérioration de guides d'ondes utilisés pour l'injection, des moyens pour la sortie du substrat après traitement d'une manière séparée des gaz circulant dans le réacteur solaire micro-ondes de pyrolyse/torréfaction, des moyens pour l'entrée séparée des substrats et des 40 gaz dans le réacteur cyclonique, des moyens pour récupérer séparément les substrats après traitement et les gaz en sortie du réacteur cyclonique, des moyens pour l'introduction de micro-ondes dans le réacteur cyclonique sans encrassement de guides d'ondes utilisés pour introduire lesdites micro-ondes . 45
2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le système d'entrée et de sortie du substrat du réacteur solaire micro-ondes de pyrolyse/torréfaction comprend des éléments tels que une sphère , un cylindre sur lequel sont disposées des cavités , le dit élément étant ajusté dans une chambre comprenant des orifices permettant l'entrée et la sortie des substrats des cavités et des filtres permettant l'aspiration des atmosphères 50 contenues dans les cavités grâce à des pompes.
3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le système d'entrée et de sortie du substrat du réacteur solaire micro-ondes de pyrolyse/torréfaction comprend des 55 cyclones à double entrée tangentielle et longitudinale
4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le système d'injection de micro-ondes comprend des guides d'ondes confluant avec des conduits de gaz injectant un gaz enmême temps que les micro-ondes.
5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le système d'avancée des substrats dans le réacteur solaire micro-ondes comprend des vis sans fin dont une partie est 5 un écouvillon à poils et les extrémités des pas de vis constituées d'une pièce jointive.
6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une chambre de combustion du réacteur cyclonique comprend au moins un cyclone comportant à l'intérieur d'autres cyclones avec des flux communiquant entre les différents cyclones, des hélices, des 10 couteaux, des torches, des électrodes.
7) Dispositif selon les revendications 1 et 6, caractérisé en ce que le réacteur cyclonique comprend des cyclones à double entrée, des tubes de remontée de flux entre les cyclones, des ailettes de descente de substrats entre les cyclones.
8) Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le système pour réaliser le vide soit une pompe solaire qui comprend des ailettes, des rotors, des tuyaux emboîtés, des corps poreux, des concentrateurs solaires.
9) Dispositif selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le système pour réaliser le vide utilise des guides de micro-ondes, des guides de gaz, des guides mixtes, des magnétrons, couplés à un effet de Bernoulli. 25 30 15 20 35