Promethean Particles a construit la plus grande usine de fabrication de nanoparticules multi-matériaux en continu au monde, basée à Nottingham, produisant plus de 1000 tonnes par an. La conception unique de son réacteur permet une production continue (par opposition aux lots) et une grande flexibilité, ce qui lui permet de produire une grande variété de matériaux selon les spécifications des clients. Cette flexibilité est due en grande partie à la large gamme de températures que permet son procédé, ce qui est important car il existe une corrélation entre la température et la taille des particules.
Babcock Wanson a été l’un des rares fabricants contactés par Promethean Particles, et le seul à fournir une solution adéquate. Le chauffage est basé sur un Babcock Wanson TPC 1000B, mais avec des intérieurs et des contrôles très spéciaux. Pour ce réchauffeur sur mesure, Babcock Wanson a conçu et fabriqué un assemblage de bobines continues spécialement enroulées pour former la surface chauffante principale en utilisant de l’acier inoxydable ASI 321 de 9 mm d’épaisseur, par opposition à l’acier au carbone de 4 mm utilisé habituellement pour un chauffe-eau de type industriel standard. Le diamètre du tube est très petit. Ce matériau et cette épaisseur ont été choisis pour répondre aux exigences de pression et de température du procédé afin de pouvoir produire de l’eau supercritique jusqu’à 250 bars et 450°C.
Plusieurs défis ont été relevés en cours de route, notamment la conception d’un chauffe-eau capable d’accepter des variations de débit d’eau (entre 600 et 3000 kg/h par heure) et d’apport de chaleur dans des paramètres assez larges ; le développement de techniques de soudage spécialisées pour adapter le matériau à la pression de conception requise et aux spécifications d’instruments et de contrôles spécialisés pour travailler à ces températures et pressions.
En tout, il a fallu sept mois pour concevoir et construire l’ensemble. Le système de combustion, le schéma de contrôle et le logiciel ont été conçus en interne par Babcock Wanson. Les supports, les soupapes de sécurité, les régulateurs de pression et les régulateurs différentiels ont été fournis et installés en interne pour permettre l’homologation PED. Une étude de danger et d’opérabilité (HAZOP) a été réalisée entre les ingénieurs de Babcock Wanson et de Promethean pour examiner les contrôles et l’intégration avec le système Scada de contrôle du site.
Le réchauffeur qui en résulte fait maintenant partie intégrante du process, qui comprend la récupération de la chaleur du fluide de retour pour limiter l’augmentation finale de la température du fluide à 90°C. Cela lui permet d’atteindre une température de 360°C à 270 bars pour l’amener à la température requise pour la condition supercritique. Avec de l’eau standard, cela ne nécessiterait généralement que 314 kW, mais comme l’eau supercritique est très dense, il faut jusqu’à 1000 kW.
L’eau supercritique est ensuite pompée dans le réacteur en même temps que le précurseur, où elle se mélange et forme le produit. Le produit quitte le réacteur par une section spécialement construite à 350°C. Il passe ensuite par l’échangeur de chaleur pour le refroidir et récupérer la chaleur perdue, et la pression est réduite avant de faire passer le produit dans un réservoir de stockage. Selon le produit, un traitement ultérieur peut alors être nécessaire.
L’ensemble du process est contrôlé par un logiciel sophistiqué et est enfermé dans un boîtier renforcé pour des raisons de sécurité.
Lewis Neve, ingénieur de production chez Promethean Particles, commente : “Le chauffage fonctionne comme prévu. Babcock Wanson savait ce qu’il faisait et cela s’est très bien passé. Ils ont également été très professionnels dans leur façon de communiquer avec nous et le fait qu’ils étaient en communication constante nous a facilité la tâche”.
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