Dispositif concentrateur en particules fines ou cassées

Abstract

 La présente invention concerne un dispositif concentrateur en particules fines ou cassées qui permet de séparer un flux de particules en au moins un flux concentré en particules fines ou cassées et au moins un flux de concentration réduite en particules fines ou cassées. Le dispositif comporte outre le(s) moyen(s) d'introduction (2) et de soutirage (9,12), au moins deux étages séparateurs comportant au moins un entonnoir (3) d'axe incliné ou sensiblement vertical, évasé vers le haut, disposé en dessous du moyen d'introduction (2), pour recueillir les particules, ledit entonnoir (3) étant connecté à au moins un déflecteur (4) dirigé vers le bas pour permettre l'écoulement gravitaire des particules et la formation d'un talus de particules au niveau de l'entonnoir (3).

Description

[0001] La présente invention concerne un dispositif concentrateur en particules fines ou cassées, utilisable notamment dans les installations comportant des réacteurs catalytiques à lit mobile, et en particulier dans les installations de réformage catalytique.

[0002] La présence de particules fines ou cassées est gênante dans tous les réacteurs mais en particulier dans les réacteurs à lit mobile parce qu'elles provoquent plusieurs types d'inconvénients.
En premier lieu, ces particules entraînent une modification de la porosité du milieu ce qui perturbe la régularité de l'écoulement des gaz et donc nuit directement aux performances de l'unité.
En second lieu, la présence de particules fines modifie les conditions d'écoulement des particules solides au sein du lit mobile lui-même, en particulier dans le cas des lits annulaires (délimités par des grilles concentriques) au contact de la grille du collecteur central puisque, entraînées par les fluides, les particules fines ou cassées sont poussées vers la grille du collecteur central où elles peuvent se bloquer. Dans ce cas, les caractéristiques de frottement de cette grille sont considérablement dégradées, ce qui provoque un ralentissement du mouvement des particules dans cette zone, ou même peut entraîner le blocage contre la grille de groupes plus ou moins importants de particules, voire un blocage de l'ensemble du lit mobile, ce qui est particulièrement néfaste pour le fonctionnement et les performances du réacteur en lit mobile, et même de l'ensemble de l'unité correspondante.

[0003] Pour remédier à ces inconvénients, la présente invention propose un dispositif concentrateur qui a pour objectif de séparer, un flux de particules ayant une concentration C₀ en particules fines ou cassées (selon les besoins on définira comme particules fines les particules dont le diamètre moyen est inférieur à un seuil déterminé, soit absolu, soit relatif par rapport au diamètre moyen des particules) en au moins deux flux. L'un au moins des flux obtenus (dit flux de concentration réduite en particules fines ou cassées) aura une concentration C₁ en particules fines sensiblement inférieure à C₀ , tandis que l'autre (les autres) flux (appelé flux concentré en particules fines ou cassées) aura, inversement une concentration C₂ sensiblement supérieure à la concentration C₀ du flux de départ.

[0004] Il a été recherché pour atteindre ce but un dispositif ne comportant pas de pièce tournante ou n'entraînant pas les particules à grande vitesse (comme les cyclones), qui ne casse pas les particules (comme cela peut être le cas sur certains tamis) et qui soit le plus simple possible, le plus compact possible pour pouvoir s'intégrer dans les installations industrielles existantes.

[0005] Plus précisément, l'invention concerne un dispositif concentrateur en particules fines ou cassées dans un écoulement gravitaire, qui comporte :

• au moins un moyen pour l'introduction par gravité du flux de particules à traiter ayant une concentration Co en particules fines ou cassées,
• au moins deux étages séparateurs comportant chacun au moins un entonnoir d'axe incliné ou sensiblement vertical, évasé vers le haut, disposé en dessous dudit moyen d'introduction, pour recueillir lesdites particules, ledit étage comportant également au moins un déflecteur connecté audit entonnoir et dirigé vers le bas, de façon à permettre l'écoulement gravitaire des particules et à créer un talus des particules au niveau de l'entonnoir,
• au moins un moyen de soutirage d'au moins un flux de particules de concentration C1>Co en particules fines ou cassées dit flux concentré, ledit moyen étant disposé sensiblement selon l'axe du dernier entonnoir,
• au moins un moyen pour la récupération d'au moins un flux de particules de concentration C1<Co en particules fines ou cassées.

[0006] Le dispositif et son fonctionnement seront mieux compris à partir des figures 1 et 2 :

• la figure 1 décrivant un mode de réalisation à plusieurs étages séparateurs,
• la figure 2 représente en détail un étage séparateur.

[0007] Le dispositif objet de l'invention est, dans la figure 1, placé dans une enceinte 1 cylindrique à fond conique (qui pourrait être tout aussi bien hémisphérique ou elliptique) et comportant une paroi externe.
Un moyen d'introduction 2, amène le flux de particules à traiter au niveau du premier étage séparateur; sous l'effet de la gravité.
La plus grande partie de ce flux est constitué de particules quasi-sphériques, c'est-à-dire de particules pouvant rouler, et de tailles variables. Sans que ces dimensions puissent limiter l'invention, on donnera pour exemple des particules de catalyseurs de réformage de 1.5 à 2.8 mm de diamètre.

[0008] Le flux des particules s'écoule gravitairement à travers le dispositif.

[0009] Sur la figure 1, le premier étage séparateur comporte un entonnoir 3 et un déflecteur 4 connecté à l'entonnoir.

[0010] Tous les étages séparateurs ont cette structure, qui est représenté figure 2.

[0011] La figure 1 comporte donc 2 étages séparateurs en série. Le moyen d'introduction des particules pour le second séparateur est l'orifice 5 du premier séparateur qui comporte de préférence une tubulure.

[0012] Il est aisément concevable d'augmenter le nombre d'étages séparateurs pour affiner la séparation des particules fines ou cassées, selon les contraintes d'exploitation.

[0013] L'entonnoir 3, le déflecteur 4 et le moyen d'introduction ont sensiblement le même axe, qui est vertical ou incliné, et de préférence sensiblement vertical, pour permettre l'écoulement gravitaire.

[0014] L'entonnoir a pour objectif de collecter une partie des particules venant du moyen d'introduction supérieur, avant de les redistribuer par un orifice de taille réduite placé sensiblement à la verticale du premier point d'introduction. L'entonnoir s'évase vers le haut. Son diamètre supérieur est de préférence une fraction, comprise approximativement entre 1/4 et 2/3, du diamètre du récipient et la partie supérieure est placée de manière à intercepter une fraction importante, entre 1/3 et 3/4, du talus de particules solides tout en laissant un espace annulaire libre pour l'écoulement du reste des particules.
Le bord externe 7 de l'entonnoir doit être situé à une distance H de l'extrémité basse du moyen d'introduction (tubulure 2 ou 5) des particules. Cette distance est de l'ordre de quelques centimètres.
La pointe du talus pourra donc être libre ou non, selon la valeur de cette distance.

[0015] On peut également définir une distance h entre le bord externe 7 de l'entonnoir et la ligne qui part du bord correspondant de la tubulure d'alimentation en particules et qui fait avec l'horizontale un angle égal à l'angle du talus R avec l'horizontal (figure 2) ou angle au repos. L'angle de talus et l'angle de frottement des particules sont des grandeurs accessibles à partir d'essais largement connus, certains sont normalisés.

[0016] La section de l'orifice 5 de sortie de l'entonnoir (situé donc sur l'axe de l'entonnoir) est de préférence voisine de la section du moyen d'introduction des particules, elle peut être également inférieure.
L'angle d'inclinaison α de l'entonnoir (ou celui des facettes planes) par rapport à l'horizontale est supérieur à l'angle de glissement des particules sur la surface du déflecteur de manière à permettre un écoulement régulier des particules qui s'appuient sur ce bord de l'entonnoir. Il est généralement supérieur de 5 à 10 degrés au moins de l'angle de glissement. La base du tronc de cône, ou de prisme, formant l'entonnoir peut éventuellement être prolongée par une courte tubulure 6.

[0017] Le déflecteur a pour objectif de repousser vers la paroi et la périphérie les particules les plus grosses et les plus rondes. Il est de forme tronconique ou prismatique, avec un évasement vers le bas. A la partie supérieure son diamètre se raccorde au diamètre de la partie haute de l'entonnoir, si bien que la ligne d'intersection est circulaire si l'entonnoir et le déflecteur sont de vrais troncs de cônes (forme cônique), mais une ligne brisée si l'entonnoir ou/et le déflecteur sont de forme prismatique. Le déflecteur et l'entonnoir sont ainsi connectés. A la partie basse, le déflecteur laisse un espace L de passage aux particules suffisant pour éviter les effets d'arche ou de blocage contre la paroi externe de l'enceinte 1, soit donc un espace d'au moins 10 fois le diamètre des particules les plus grosses, et de préférence d'au moins 20 fois, mais pas trop faible de manière à ce que le talus, qui s'éboule vers le centre dès ce bord de déflecteur franchi, ne puisse pas atteindre le bord externe de l'entonnoir immédiatement inférieur. L'inclinaison de ce déflecteur par rapport à l'horizontale est supérieure de quelques 5 à 10 degrés au moins à l'angle de glissement des particules sur la surface du déflecteur de manière à permettre un écoulement régulier des particules qui s'appuient sur ce déflecteur.
Suivant la qualité de la séparation recherchée, l'exploitant définira l'angle α, la grandeur L (distance entre l'extrémité basse du déflecteur et la paroi) et h (distance verticale entre le bord supérieur de l'entonnoir et la surface supérieure du talus) ou H (distance verticale entre le bord supérieur de l'entonnoir et le moyen d'introduction).

[0018] Lorsqu'un talus se forme naturellement sous un orifice d'alimentation chargé d'introduire des particules dont la répartition granulométrique en diamètres est assez large, ou qui contiennent à la fois des particules sensiblement rondes et d'autres de forme plus anguleuse, qui résultent souvent du bris des particules rondes, toutes ces particules n'ont pas toutes la même probabilité d'aller en telle ou telle région du talus. En effet, les particules rondes les plus grosses roulent beaucoup plus facilement le long du talus pour ne s'arrêter qu'à la périphérie, alors que les particules les plus fines ont d'une part une énergie cinétique plus faible donc s'arrêtent plus facilement et plus rapidement, et d'autre part de nombreuses occasions de trouver une anfractuosité, un petit espace entre des particules immobiles pour se coincer et s'arrêter. De la même manière, les particules qui présentent des angles ou des faces plus plates ont une plus grande probabilité de s'arrêter sur la pente du talus sans aller jusqu'à sa périphérie. En conséquence, le diamètre moyen des particules croît régulièrement depuis l'axe du talus, à la verticale du point d'alimentation, jusqu'à la périphérie, à la partie inférieure du talus.

[0019] Le principe du dispositif proposé est donc d'exploiter cet effet en ramenant régulièrement vers le centre une partie du talus formé à l'aplomb des orifices d'alimentation. Ce processus peut être répété une ou plusieurs fois en superposant plusieurs étages séparateurs qui ont chacun l'objectif de séparer un flux de particules en deux, un flux de particules enrichi en particules fines ou cassées qui sont recentrées tandis qu'un second flux moins riche en fines et en cassées est repoussé vers l'extérieur.
On veillera à ce que l'entonnoir, immédiatement inférieur (associé à un déflecteur) soit disposé de façon à ce que l'intersection (M sur la figure 1) entre le talus crée au niveau de cet entonnoir et les particules libres s'écoulant à partir du déflecteur supérieur, cette intersection soit située en dehors de la section supérieure dudit entonnoir.

[0020] La surface du déflecteur peut, comme on l'indique plus haut être de forme tronconique ou prismatique, sa surface peut être lisse ou sous forme d'une grille ou d'une plaque munie de fentes ou de perforations, de manière à laisser passer les particules les plus fines tout en favorisant le glissement des particules moyennes ou grosses vers la périphérie. Si cette paroi n'est pas pleine (ainsi que cela est montré sur la figure 1), il est proposé avantageusement de placer sous la grille ou la plaque perforée une petite plaque pleine qui permette de collecter et recentrer les particules fines qui sont passées à travers la grille. Il est bien évident que cette petite plaque, ou collerette 8 de recentrage par exemple, de forme tronconique ne doit pas faire pour autant obstacle à l'écoulement du talus qui descend de l'orifice central précédent 5. A l'évidence, cette plaque est dirigée vers la partie basse du dispositif et vers l'axe de l'entonnoir associé.

[0021] Chacun des débits de soutirage peut bien entendu être réglé indépendamment au moyen d'un dispositif adéquat, comme par exemple une vanne mécanique ou pneumatique. On peut également avantageusement prévoir les distances L et les diamètres des tubulures 12 et 10 de façon à ce que les particules puissent s'écouler librement sans être triées. Dans ce cas, on pratiquerait le tri en discontinu.

[0022] A la base du dispositif, le soutirage du flux concentré en particules fines ou cassées est obtenu par un moyen 9, disposé sensiblement selon l'axe du dernier entonnoir, étant entendu qu'il s'agit de l'entonnoir immédiatement supérieur au moyen de soutirage.
Ce moyen 9 comprend selon la figure 1 une tubulure 10 avantageusement raccordée à un entonnoir 11 collectant le flux concentré sur une zone autour de l'axe du dernier entonnoir.
Tout autre moyen ayant pour fonction de collecter et évacuer le flux concentré convient.

[0023] Le flux de particules restant, contenant toutes les autres particules non évacuées par le moyen 9, est récupéré, avantageusement sur la figure 1 par le fond de préférence conique ou elliptique de l'enceinte 1 et évacué par un moyen 12.
Tout autre moyen de récupération du flux restant convient, notamment les moyens habituellement placés à cet effet à la base des réacteurs à lit mobile ou des silos.

[0024] En variante, les entonnoirs et déflecteurs peuvent être échancrés, en particulier s'ils sont composés de facettes planes, et donc présenter un ligne de raccordement non plane pour permettre une plus grande variation des débits de solides sans compromettre le principe du fonctionnement du dispositif.
En variante, au lieu du dispositif sensiblement de révolution décrit plus haut, si des contraintes géométriques ou d'encombrement y incitent, des dispositifs globalement semi-circulaires ou même plans peuvent aussi être employés avec profit, tant qu'ils respectent le principe de base proposé. Le dispositif complet corrrespond alors à une fraction du dispositif décrit plus haut; la description et le schéma donnés figures 1 et 2 pour représenter la coupe du dispositif proposé reste parfaitement valide, à ceci près que le mot entonnoir ne représente plus qu'un demi ou un quartier d'entonnoir tronconique, ou même une surface plane si le dispositif n'est plus de révolution, et que de la même manière, le déflecteur n'est plus de révolution, mais semi circulaire ou plan.

[0025] Dans le dispositif de la figure 1, tous les étages séparateurs sont alignés sur le même axe.
Cette disposition préférée n'est pas obligatoire, il peut exister un décalage entre les axes des étages séparateurs, mais limité. En effet, les particules doivent tomber, dans leur majorité, dans l'aire du cône (section définie par le bord supérieur de l'entonnoir).

[0026] Selon une autre variante, plusieurs dispositifs séparateurs peuvent coexister "en parallèle" sur un même plan dans une même enceinte avec un moyen d'alimentation en particules à traiter pour chacun des premiers étages séparateurs.

[0027] Selon un autre mode de réalisation, on peut prévoir entre 2 étages séparateurs, la mise en place d'un entonnoir seul ou collecteur de fines, pour recentrer le flux concentré, ou bien la mise en place de déflecteur(s) seul(s) pour diriger les particules les plus grosses à la périphérie.
Toutes combinaisons de ces variantes sont possibles.

[0028] L'avantage du dispositif selon l'invention est que tous les flux de particules sont retriés et en particulier le flux de particules plus fines issu du premier étage séparateur est retrié par chacun des étages suivants, de façon à ce que au bout d'au moins 2 étages séparateurs, et de préférence plus de 2, la concentration en particules fines ou cassées soit réduite de façon significative. Cet objectif est atteint au moyen du dispositif selon l'invention grâce à l'effet de talus dynamique utilisé, c'est-à-dire que toutes les particules sont toujours en mouvement pour former le talus et s'écouler, le talus n'est jamais bloqué (sinon les particules de catalyseurs se colleraient). Cet effet permet aussi de vider complètement l'enceinte au moment voulu, et sans mélange des flux.

Revendications

1. Dispositif concentrateur en particules fines ou cassées, dans un écoulement gravitaire, caractérisé en ce qu'il comporte :

- au moins un moyen pour l'introduction par gravité du flux de particules à traiter ayant une concentration C0 en particules fines ou cassées,

- au moins deux étages séparateurs comportant chacun au moins un entonnoir d'axe incliné ou sensiblement vertical, évasé vers le haut, disposé en dessous dudit moyen d'introduction, pour recueillir lesdites particules, ledit étage comportant également au moins un déflecteur connecté audit entonnoir et dirigé vers le bas, de façon à permettre l'écoulement gravitaire des particules et à créer un talus des particules au niveau de l'entonnoir,

- au moins un moyen de soutirage d'au moins un flux de particules de concentration C1>Co en particules fines ou cassées dit flux concentré, ledit moyen étant disposé sensiblement selon l'axe du dernier entonnoir,

- au moins un moyen pour la récupération d'au moins un flux de particules de concentration C1<Co en particules fines ou cassées,

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déflecteur et l'entonnoir sont de forme tronconique.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déflecteur et l'entonnoir sont de forme prismatique.

4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, entre 2 étages séparateurs consécutifs, au moins un entonnoir dépourvu de déflecteur connecté.

5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, entre 2 étages séparateurs consécutifs, au moins un déflecteur non connecté à un entonnoir.

6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le flux de concentration C1<C0 en particules fines ou cassées est récupéré par le fond de l'enceinte dans laquelle se trouve le dispositif.

7 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins 2 dispositifs séparateurs en parallèle.

8 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le(s) déflecteur(s) est constitué d'une grille et qu'il est disposé sous ladite grille une plaque pleine pour collecter et recentrer les particules fines ou cassées.

9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison α de(s) l'entonnoir(s) est supérieur de 5 degrés au moins à l'angle de glissement des particules sur la surface du déflecteur.

10 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'inclinaison du déflecteur par rapport à l'horizontale est supérieur de 5 degrés au moins à l'angle de glissement des particules sur la surface du déflecteur.

11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance L entre la paroi de l'enceinte contenant le dispositif et l'extrémité du déflecteur en vis à vis, est égal à au moins 10 fois le diamètre des particules les plus grosses.

12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est situé dans une enceinte comportant un fond conique, elliptique ou hémisphérique.

13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il traite des particules de catalyseur de réformage de diamètre compris entre 1,5 et 2,8 mm.

Dessins