Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Les procédés basés sur la technique de la fluidisation des particules ont connu un véritable succès grâce à deux applications majeures : les réactions catalytiques et la combustion du charbon. Dans les deux cas, la faible perte de charge des lits fluidisés et la possibilité de remplacement permanent de la phase solide ont été les deux facteurs décisifs de ce choix. Cet article distingue toit d’abord le régime lits circulants et le régime lits transportés. Le terme lit fluidisé circulant (LFC) est utilisé pour tous les régimes permettant le transport et la recirculation de la phase solide. Sont détaillées les différentes composantes d’un LFC, avec présentation des paramètres comme le taux de recirculation et le bilan de population, ainsi que les différents modèles d’écoulement.
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Khalil SHAKOURZADEH : Docteur d'État ès sciences physiques - Enseignant-chercheur au Département de génie des procédés industriels de l'université de technologie de Compiègne
INTRODUCTION
Les procédés utilisant la technique de la fluidisation rapide des particules ont connu un véritable succès grâce à deux applications majeures : les réactions catalytiques [procédé FCC (Fluid Catalytic Cracking)] en particulier et la combustion du charbon. Dans les deux cas, la faible perte de charge des lits fluidisés (comparée à celle des lits fixes) et la possibilité de remplacement permanent de la phase solide ont été les deux facteurs décisifs du choix de ce type de dispositif. Ces applications ont été aussi développées dans le régime de fluidisation « bouillonnante » dont un descriptif relativement détaillé est donné dans l'article .
Dans cet exposé, nous allons nous intéresser plus précisément à l'aspect de la fluidisation à forte vitesse où, contrairement à la fluidisation bouillonnante, la phase gazeuse devient continue et des paquets de particules forment la phase dispersée. Comme nous allons le voir dans le premier paragraphe, ce phénomène se produit quand on dépasse la vitesse terminale de chute libre des particules (U t ). Dans ces conditions, les particules entraînées quittent le lit fluidisé avec le courant gazeux. Pour maintenir la concentration du solide dans le lit fluidisé, les particules sont récupérées dans des dispositifs annexes et réintroduites à la base du lit. Ainsi, un nouveau régime de fluidisation s'établit.
On appelle ce régime le lit transporté et le système composé du lit et du dispositif de recirculation est appelé couramment le lit fluidisé circulant ou LFC.
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Différentes composantes d'un LFC
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4. Applications industrielles des lits fluidisés circulants
Les deux applications majeures des LFC sont la combustion du charbon et le craquage catalytique du pétrole. Cependant, même si ces deux procédés dominent par leur importance le domaine des applications LFC, il ne faut pas négliger un certain nombre d'autres applications très en vogue. Parmi les autres procédés exploitant actuellement la technique des lits circulants, on peut nommer :
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la gazéification du bois et du charbon ;
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l'incinération des déchets industriels ;
-
l'absorption de CO2 ;
-
le grillage des minerais ;
-
la calcination à hautes températures.
La figure 3 montre le procédé de calcination d'alumine récemment commercialisé avec succès par la société Outotech (ex Lurgi). On peut dire d'une manière générale que le concept de base des LFC est le même pour toutes ces applications (à quelques détails près). C'est pourquoi nous allons nous intéresser plus particulièrement aux deux procédés phares des applications LFC, à savoir le craquage catalytique du pétrole (application catalytique) et la combustion du charbon (réaction gaz/ solide).
4.1 Centrales thermiques
La combustion de charbon en LFC a connu un succès croissant durant ces dernières années. La raison d'un tel succès est essentiellement basée sur une excellente efficacité en combustion et le respect de l'environnement. En comparaison avec la technique conventionnelle de charbon pulvérisé, les installations à LFC sont nettement plus avantageuses économiquement et plus souples d'utilisation. Actuellement, les centrales thermiques à LFC peuvent produire jusqu'à 300 MW. Certaines centrales récemment construites projettent même d'aller à plus de 350 MW par unité. Les autres avantages des LFC de combustion sont :
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la possibilité d'utilisation de divers carburants (charbon, fuel, terres contaminées) ;
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la possibilité d'opérer à grande vitesse d'air ;
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le contrôle efficace de la température par injection d'air secondaire ;
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la réduction des NO x ;
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l'élimination des composants toxiques tels que le SO2 par captage sur calcaire.
La figure 4 montre le schéma simplifié...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Gas Fluidization Technology - Éd. D. Geldart, J. Wiley & Sons (1986).
-
(2) - SHAKOURZADEH (K.) - Techniques de fluidisation - Éditions T.I. Techniques de l'Ingénieur [J 3 390]. Base documentaire « Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique » (2002).
-
(3) - BERRUTI (F.), KALOGERAKIS (N.) - Modelling the internal flow structure of circulating fluidized beds - The Can. J. of Chem. Eng., 67, p. 1 010-1 014 (1989).
-
(4) - PUGSLEY (T.S.), BERRUTI (F.) - A predictive hydrodynamic model for circulating fluidized bed risers - Powder Technology 89, p. 57-69 (1996).
-
(5) - PATIENCE (G.S.), CHAOUKI (J.) - Gas phase hydrodynamics in the riser of a circulating fluidized bed - Chemical Engineering Science, vol. 48, issue 18, p. 3 195-3 205 (sept. 1993).
-
(6) - NIEUWLAND...
ANNEXES
(liste non exhaustive)
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La réunion la plus importante est la conférence internationale CFB (International Conference on Circulating Fluidized Beds).
Cette conférence se tient tous les deux ans.
La neuvième édition a eu lieu du 13 au 16 mai 2008 à Hambourg ( http://www.cfb9.org).
Cette série de conférences a débuté en 1985 à Halifax (Canada). Elle traite aussi bien des aspects fondamentaux que des applications concernant les systèmes à lits fluidisés circulants.
Une des caractéristiques particulières de cette conférence est qu'elle réunit en nombre égal des industriels et des universitaires.
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En parallèle avec le 9e CFB se tient le 4e VGB Workshop « Operating Experience with Fluidized Bed Fering System ».
La première édition a eu lieu en 2002 à Cologne (Allemagne). Ces Workshops sont organisés par l'association VGB Powertech ( http://www.vgb.org).
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D'autres petits congrès s'organisent un peu partout dans le monde mais d'une manière ponctuelle. Ils n'ont pas de portée internationale.
(liste non exhaustive)
Les logiciels de calcul les plus utilisés sont :
ERGUN pour le design des lits fluidisés circulants ( http://www.utc.fr/ergun).
CFBCAD pour le design des chaudières à lits fluidisés circulants ( ...
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