BE1017234A3 - Dispositif d'evacuation d'un fluide avec refoulement centrifuge. - Google Patents

Abstract

Dispositif d'évzcuation d'un fluide contenant des particules solides en suspension au travers d'une cheminée rotative munie d'une roue à ailettes, dont la force centrifuge refoule une partie du fluide et des particulessolides aspirées dans la cheminée rotative et procédés de polymèrisation catalytique, de combustion, de fabrication de gaz de synthèse, de séchage, d'imprégnation, d'enrobage,de séparation de classification ou d'autres traitements de particules solides en suspension dans un fluide ou de craquage, de déshydrogènation ou d'autres transformations catalytiques de fluide utilisant ce dispositif.

Description

DISPOSITIF D’EVACUATION D'UN FLUIDE AVEC REFOULEMENT CENTRIFUGE DESCRIPTION

La présente invention se rapporte à un dispositif d'évacuation d'un fluide, gazeux ou liquide, contenant des particules solides en suspension, sans entraîner les particules solides, au travers d'une cheminée rotative munie d'une roue à ailettes, afin de refouler hors de la dite cheminée rotative une partie du fluide contenant les particules solides qui ont été entraînées par le fluide à l'intérieur de la dite cheminée rotative et à des procédés de polymérisation catalytique, de fabrication de gaz de synthèse, de combustion, de séchage, d'imprégnation, d’enrobage, de gazéification, de classification, de séparation ou d'autres traitements de particules solides en suspension dans un fluide ou de craquage, de déshydrogénation ou d'autres transformations catalytiques de fluide utilisant ce dispositif.

Pour éviter que des particules solides en suspension dans un fluide ne soient évacuées en même temps que le fluide, on utilise généralement la force centriiuge, par exemple à l’aide de cyclones ou en faisant tourner l'ensemble du fluide et des particules solides à l’intérieur de la chambre qui les contient et qui peut elle-même être rotative.

Généralement, la vitesse de rotation du fluide et des particules solides étant faible à proximité et le long du tube d'évacuation du fluide, des particules solides sont entraînées à l'intérieur du dit tube d'évacuation en longeant sa paroi. Pour réduire ces pertes de particules solides, on peut utiliser une cheminée rotative telle que décrite dans la demande de brevet F-995 EP, déposée par TOTAL PETROCHEMICALS RESEARCH FELUY, le 21-04-2006, au nom du même inventeur. Toutefois la dépression, qui est nécessaire pour vaincre la force centrifuge générée par la dite cheminée rotative et pour aspirer et évacuer le fluide au travers de ses ouvertures à l'intérieur du tube fixe d'évacuation du fluide, peut aussi aspirer le fluide et les particules solides en suspension dans ce fluide au travers de l'espace, généralement étroit, entre la dite cheminée rotative et les parois du dit tube fixe d'évacuation du fluide.

La présente invention comprend un tube fixe relié à un dispositif d'évacuation de fluide et pénétrant à l'intérieur du fluide à évacuer, généralement contenu dans une chambre pourvue d'un dispositif d'alimentation de fluide et de particules solides et d’un dispositif d'évacuation de particules solides. L’extrémité du tube fixe pénétrant à l'intérieur du fluide à évacuer, est entourée d’un tube rotatif coaxial prolongé au-delà de l'extrémité du tube fixe. Ce tube rotatif est terminé à son extrémité, entourant le tube fixe, par une roue à ailettes semblable à celle d'un compresseur centrifuge et il est fermé à son extrémité opposée faisant face à l'ouverture du tube fixe. Il comprend, entre cette dite extrémité opposée et l'extrémité du tube fixe, au moins une et de préférence au moins deux ouvertures d'évacuation, de préférence symétriques, par où peut pénétrer le fluide, qui est aspiré et évacué par le dispositif d'évacuation.

Dans la présente invention, le diamètre extérieur de la roue à ailettes étant plus grand que le diamètre du tube rotatif, de préférence au moins 50%, la différence de pression générée par cette roue à ailettes permettant de refouler vers la dite chambre le fluide, qui est dans l'espace, généralement étroit, situé entre le tube rotatif et le tube fixe. Ce fluide contient les particules solides qui ont pu pénétrer dans le tube rotatif et qui se concentrent et glissent le long de sa paroi intérieure en raison de la force centrifuge. Ce refoulement empêche l'aspiration et l'évacuation de particules solides par cet espace et diminue les pertes de particules solides entraînées par le fluide au travers des ouvertures d'évacuation vers le dit tube fixe. La vitesse de rotation du tube rotatif et le diamètre extérieur des ailettes déterminent la quantité de fluide qui est refoulée et la qualité de la séparation entre le fluide évacué et les particules solides en fonction des caractéristiques des particules solides et du débit du fluide évacué.

Dans la présente invention les ouvertures d’évacuation, de préférence longitudinales, peuvent être entourées d'aubes qui guident le fluide à l'intérieur du tube rotatif tout en repoussant au moins partiellement les particules solides qui sont entraînées par le fluide. Toutefois il est nécessaire que la dépression générée par ces aubes soit inférieure à la dépression générée par la dite roue à ailettes située à l'autre extrémité du tube rotatif afin de permettre à cette dernière d'aspirer et de refouler une partie du fluide passant par les dites aubes. Pour cette raison le diamètre extérieur des dites aubes doit être inférieur à celui des dites ailettes. Leur inclinaison et leur nombre est aussi de préférence inférieur à celui des dites ailettes.

Dans la présente invention, le dit tube rotatif peut avoir une forme évasée, la partie la plus large étant située du côté de la dite roue centrifuge afin de faciliter le glissement des particules solides refoulées dans la dite chambre et/ou de réduire le volume occupé par le dit tube rotatif à l'intérieur de la dite chambre. 11 peut également être horizontal ou incliné.

Dans la présente invention le fluide évacué par le dit tube fixe tourne généralement très rapidement II peut encore contenir des particules solides qui se concentrent le long de sa paroi en raison de la force centrifuge et qui peuvent être récupérées dans une chambre annulaire coaxiale faisant office de cyclone. L'énergie de rotation du fluide peut aussi être partiellement récupérée à l’aide d'ailettes fixées à l'intérieure du dit tube fixe et convertissant la vitesse de rotation en vitesse axiale et/ou en pression.

Dans la présente invention, la chambre contenant le fluide peut avoir une symétrie cylindrique, avec un axe de symétrie identique ou parallèle à l'axe de rotation du tube rotatif. Dans ce cas le fluide et les particules solides refoulées dans cette chambre par la roue à ailettes et les aubes font tourner l'ensemble du fluide et des particules solides contenues dans cette chambre. Les particules solides, sous l'effet de la force centrifuge, se concentrent le long de sa paroi cylindrique. Celle-ci peut être pourvue d'injecteurs de fluide injectant du fluide dans des directions substantiellement radiales afin de réduire cette concentration en compensant au moins partiellement la force centrifuge et en ralentissant la vitesse de rotation de ces particules solides. Les directions d'injection du fluide peuvent avoir des composantes axiales et/ou tangentielles afin de guider les particules solides dans la direction souhaitée et/ou d'augmenter ou de réduire davantage la vitesse de rotation de ces particules.

Dans la présente invention, si le fluide est un liquide, la chambre contenant ce liquide peut ne pas être pleine. Il suffit que le niveau du liquide soit supérieur à l'extrémité de la roue à ailettes.

Dans la présente invention le tube rotatif peut avoir une roue à ailettes à chacune de ses extrémités, situées à proximité de deux côtés opposés de la dite chambre et entourer deux tubes fixes, coaxiaux et opposés, par ou le fluide est évacué, les ouvertures d'évacuation étant situées entre ces deux extrémités et pouvant être séparées en deux parties par un disque dont le diamètre peut être supérieur au diamètre du tube rotatif.

La présente invention peut être installée dans des unités industrielles existantes, par exemple en remplacement de cyclones internes, pour améliorer la séparation entre le fluide évacué et les particules solides et donc de permettre l'utilisation de particules solides plus petites, d'une concentration plus élevée et/ou d'augmenter le débit du fluide.

La présente invention est particulièrement utile pour les procédés nécessitant un grand débit de fluide et/ou impliquant des particules solides de dimensions très différentes et/ou très petites (microparticules). Elle peut s'appliquer avantageusement à la classification, le séchage, l'imprégnation et l'enrobage de poudres, la combustion ou la fabrication de gaz de synthèse à partir de matières diverses contenant du carbone et à la polymérisation de particules catalytiques, car elle permet une forte concentration et agitation des particules solides, avec la réintroduction des plus petites particules à une extrémité de la chambre sans qu'il ne soit nécessaire de fluidifier les plus grosses. Elle est également adaptée à la transformation catalytique de fluides nécessitant un bon contact suivi d'une bonne séparation fluide/particules catalytiques, un court temps de séjour du fluide et une bonne agitation des particules catalytiques, qui peuvent être régénérées en confina

La FIGURE 1 est une vue schématique de la section axiale d’une cheminée rotative insérée dans une chambre (1), de forme quelconque, alimentée en particules solides (2), et en fluide (3), comprenant un dispositif d’évacuation des particules solides, symbolisé par la flèche (4), et un dispositif d'évacuation du fluide, symbolisé par la flèche (5), relié à une cheminée rotative.

Celle-ci comprend un tube fixe (6), entouré à son extrémité pénétrant dans la chambre (1) par un tube rotatif coaxial (8). Ce dernier est prolongé au-delà de l'extrémité du tube fixe (6) et fermé à l'extrémité faisant face à celle du tube fixe (6) par un disque (11), fixé sur un arbre de transmission (12), relié par une poulie (7.1) à un moteur (7). Il comprend, entre le disque (11) et l'extrémité du tube fixe (6), des ouvertures longitudinales, schématisées par les rectangles (10), par où le fluide (9) peut être aspiré par le dispositif (5) au travers du tube fixe (6) et, à son autre extrémité, située autour du tube fixe (6), il est terminé par une roue à ailettes, semblables aux ailettes d'un compresseur centrifuge, schématisées par les rectangles (14) fixés aux anneaux (13) et (13.1). Ce dernier est facultatif si les ailettes (14) sont proches d'une paroi de la chambre (1).

L'arbre de transmission (12) est maintenu par des supports (16.1), (16.2) maintenu à l'intérieur de la chambre de réaction par des rayons (17) n’empêchant pas la circulation du fluide et des solides, schématisée par les flèches (18) et (19), et (16.3) maintenu dans le tube fixe (6) par des ailettes, schématisées par les rectangles (20), pouvant éventuellement convertir la vitesse de rotation du fluide (9) en vitesse axiale afin de récupérer une partie de l’énergie de rotation de ce fluide.

La roue à ailettes agissant comme un compresseur centrifuge réintroduit dans la chambre (1) le fluide (15) provenant de l’espace situé entre le tube fixe (6) et le tube rotatif (8), dont une partie du fluide (9) et les particules solides entraînées par le fluide (9), s'accumulant et glissant le long de la paroi intérieure du tube rotatif (8) en raison de la force centrifuge. Le fluide (15) forme un tourbillon qui repousse les particules solides vers les parois de la chambre (1).

Si le fluide est un liquide, la chambre (1) peut ne pas être remplie, à condition que son niveau soit au-dessus de la roue à ailettes (14) et la chambre (1) peut être une cuve ou citerne sans couvercle. Le support (16.2) n'est pas indispensable. Il peut aussi être fixé au tube fixe (6) par une armature extérieure remplaçant les rayons (17) et l’arbre de transmission (12) peut être creux par exemple pour envoyer un fluide (60) dans le support (16.2) pour empêcher les particules solides d'y pénétrer.

La FIGURE 2 est une vue schématique de la section transversale de la roue à ailettes, selon le plan AA', de la cheminée rotative de la figure 1. Elle montre la section du tube fixe d'évacuation (6), la section de l'arbre de transmission (12), qui est creux dans cet exemple et dont la vitesse de rotation est indiquée par les flèches (21) et la section des ailettes (14), ainsi que le bord intérieur (13.4) et extérieur (13.3) de l'anneau (13) dont la vitesse de rotation est indiquée par les flèches (22). Le fluide (15), entraîné par les ailettes (14), est poussé vers l'extérieur par la force centrifuge.

Les circonférences qui longent les bords intérieurs et extérieurs des ailettes (14) ne doivent pas nécessairement coïncider avec les bords des anneaux (13) et (13.1). Elles peuvent être plus étroites ou plus larges. Toutefois il est nécessaire que le diamètre extérieur des ailettes et de l'anneau (13) soit suffisamment grand pour que l'aspiration générée par la force centrifuge soit suffisante pour aspirer par l'espace situé entre le tube rotatif (8) et le tube fixe (6) une partie du fluide (9) provenant des ouvertures d'évacuation (10).

La FIGURE 3 est une vue schématique de la section axiale d'une cheminée rotative, actionnée par un moteur (7), insérée dans une chambre ou réacteur (1.1) à lit fluidifié classique. La roue à ailettes (14) ne comprend qu'un anneau (13), de forme évasée et les ailettes (14) tournent à proximité de la paroi supérieure du réacteur (1).

Les ouvertures longitudinales (10) y sont remplacées par des aubes, schématisées par les rectangles (39) fixées au disque (11) et à un anneau (40) qui est fixé au tube (8) et relié à l'arbre de transmission (12) par des rayons (41) qui n'empêchent pas le passage du fluide (9).

Le diamètre extérieur et/ou l'inclinaison et/ou le nombre de ces aubes (39) sont moins élevés que celui des ailettes (14), pour que la diminution de pression du fluide (9) qui doit pénétrer dans la cheminée en passant entre les aubes (39) soit plus faible que la force centrifuge générée par la roue à ailettes (14) sur le fluide (15) et les particules solides qui doivent retourner dans la chambre de réaction.

Le tube fixe (6) est divisé en deux tronçons, (6.1) et (6.2), séparés par une chambre annulaire co-axiale (45), faisant office de cyclone extérieur, permettant, grâce à la force centrifuge très élevée à l'intérieur du tube (6.1), de récupérer les particules solides entraînées dans la cheminée, par exemple en raison d'un disfonctionnement, et de les évacuer par le tube (46).

Au bas de la chambre de réaction (1), un dispositif (51), comme par exemple une paroi poreuse ou percée de trous ou de fentes, permet d’injecter le fluide (3) de manière à fluidifier les particules solides introduites par le dispositif (2). Le réacteur (1) est évasé (52) à proximité du dispositif d'évacuation du fluide, comprenant la cheminée rotative, afin de séparer les particules solides du fluide ascendant. Toutefois, si le débit du fluide est élevé, ce qui est généralement souhaitable, une quantité importante de particules solides peut être entraînée par le fluide (9) qui est aspiré par le dispositif d'évacuation du fluide (5).

La vitesse de rotation de la roue à aube repousse une partie des particules solides et celles qui pénètrent dans le tube rotatif sont refoulées par la roue à ailettes (14) vers la paroi latérale tout en tournant Une quantité importante de particules solides peut donc s'accumuler le long de cette paroi en raison de la force centrifuge avant de retomber dans le lit fluidifié. Un dispositif (54), comme une paroi poreuse ou percée de trous, permet d'injecter un fluide secondaire (55) pour fluidifier ces particules solides tout en diminuant leur vitesse de rotation le long de la paroi. La direction d'injection peut être orientée vers le bas afin d'accélérer le retour de ces particules (19) vers le lit fluidifié principal.

La FIGURE 4 est une vue schématique, du bas vers le haut, de la section transversale de la roue à aubes, selon le plan BB', de la cheminée rotative de la figure 3. On y distingue: l'extrémité du tube fixe (6) en arrière plan, le bord extérieur (8.1) et intérieur (8.2) du tube rotatif (8) dont la vitesse de rotation est indiquée par les flèches (22) ; le bord extérieur (40.1), qui coïncide avec le bord intérieur (8.2) du tube rotatif, et le bord intérieur (40.2) de l'anneau (40); en avant plan les sections (39) de 6 aubes de circonférence extérieure (39.1) qui dans cet exemple coïncide avec le bord extérieur (8.1) du tube rotatif (8) et de circonférence intérieure (39.2) qui dans cet exemple est plus petite que le bord intérieur (40.2) de l'anneau (40). Les rayons (41) sont fixés à l'anneau (40) et à l'arbre de transmission (12) qui est creux dans cet exemple et dont la vitesse de rotation est indiquée par les flèches (21). Les 6 aubes de section (39) ont un angle d'incidence (43) (l'angle formé par la tangente à l'aube en un point donné et par la tangente au cercle passant par ce point). L'angle d'incidence (43) à l'extrémité extérieure des aubes est de préférence petit (inférieur à 30°) pour que les particules solides puissent glisser le long des aubes sans être trop fortement accélérées.

Les ouvertures d'évacuation (44) ont une inclinaison (45) par rapport au rayon passant par leur extrémité intérieure et le fluide (9) traverse l'ouverture d'évacuation avec un angle moyen d'incidence (46) voisin de l'inclinaison (45) de l'ouverture d'évacuation (44). Pour une différence donnée entre le diamètre extérieur et intérieur des aubes et un débit donné du fluide, plus l'angle d'inclinaison (45) est grand, plus la largeur de l'ouverture est grande et donc la vitesse de pénétration du fluide est petite. Plus l’angle d'incidence (46) est grand, plus la composante tangentielle de la vitesse de pénétration du fluide (9) est petite. Celle-ci s’ajoute à la vitesse tangentielle de rotation des aubes et donc augmente la force centrifuge qui s'exerce sur le fluide.

Les particules solides qui sont entraînées par le fluide tournent moins vite en raison de leur inertie. Elles glissent à l'extérieur des aubes (39) dont l'inclinaison (43), et la force centrifuge les écartent de la cheminée et les repoussent vers la paroi latérale de la chambre de réaction. Ainsi plus l'inclinaison des ouvertures d'évacuation par rapport aux rayons est faible, plus la force centrifuge est élevée et donc plus les particules sont repoussées, mais ceci augmente aussi la force d'aspiration ou dépression nécessaire à la pénétration du fluide (9) dans la cheminée et nécessite donc d'augmenter le diamètre extérieur de la roue à ailettes (14) pour que la force centrifuge générée par cette roue soit suffisante pour compenser cette dépression afin de pouvoir refouler une partie du fluide (9) qui a pénétré dans la cheminée rotative. Il est donc nécessaire de choisir les dimensions en fonction du débit souhaité du fluide et de la taille des particules qu'il faut repousser par les aubes ou renvoyer dans la chambre par la roue à ailettes.

La FIGURE 5 est une vue schématique de la section axiale d'une cheminée rotative insérée dans une chambre (1.2) ayant les caractéristiques d'un cyclone. Les particules solides mélangées au fluide sont introduites tangentiellement par le tube (52). La cheminée rotative avec ses aubes (39) augmente la vitesse de rotation du fluide à proximité du tube fixe (6) d'évacuation et la roue à ailettes (14) refoule vers la paroi latérale du cyclone les particules solides qui ont été entraînées par le fluide à l’intérieur du tube rotatif (8), ce qui permet d'améliorer substantiellement la séparation des particules solides et du fluide.

La FIGURE 6 est une vue schématique de la section axiale d'une cheminée rotative conique insérée dans une chambre (1), annulaire ou cylindrique. Le tube (8) et les aubes (39) forment un tronçon de cône dont le diamètre est maximum à proximité du tube fixe (6.1). Le bord extérieur du disque (11) dont le diamètre est comparable au diamètre extérieur de la roue à ailettes, tourne à proximité de la paroi inférieure de la chambre annulaire (1) et sert de guide au fluide (55.5) qui est injecté à l'intérieur de la chambre annulaire (1) et qui forme un tourbillon (61) repoussant les particules solides vers la paroi latérale et vers le haut.

Un dispositif (54), par exemple une paroi poreuse ou percée de trous, permet d'injecter latéralement un ou plusieurs fluides secondaires, de (55.1) à (55.4), dans une direction généralement radiale afin d'éviter une trop forte concentration des particules solides le long de cette paroi, mais pouvant avoir une composante axiale, dirigée vers le bas dans cet exemple, pour forcer la circulation des particules solides et/ou tangentielle pour maintenir leur rotation à la vitesse souhaitée.

L'arbre de transmission (12) peut être creux, afin de permettre l'injection d'un fluide (60) qui peut être pulvérisé à l'intérieur de la cheminée rotative, par exemple pour y refroidir les gaz, ou circuler, à l'intérieur du disque (11), des aubes (39), des parois du tube (8), des anneaux (13) et (40), des rayons (41) et/ou des ailettes (14), pour les refroidir, chacun de ces éléments pouvant être creux afin d'y permettre la circulation du fluide de refroidissement.

Il peut actionner une pompe ou un compresseur rotatif, symbolisé par l'hélice (62), qui aspire le fluide (3) et le comprime (63) pour alimenter les différentes entrées de fluide, de (55.1) à (55.5). Il peut également être relié à une turbine, symbolisée par lhélice (65), qui récupère l'énergie du fluide (64) ou l'aspire pour l'évacuer, (5.1) et (5.2), par exemple vers des unités de récupération de chaleur ou de traitements adéquats. Il se termine par une poulie (7.1) qui actionne ou est actionnée par un moteur non représenté sur la figure.

Les particules solides (2) peuvent être introduites dans la chambre annulaire au travers de sa paroi circulaire. Elles vont s'accumuler entre le tourbillon supérieur formé par le fluide refoulé (15) et le tourbillon inférieur formé par le fluide (61) tout en étant repoussée par la cheminée rotative qui les fait tourner et par le dispositif latéral d'injection de fluide (54) qui ralenti leur rotation et les dirigent vers le bas.

Sous l'action combinée des fluides et de la cheminée rotative les particules les plus fines ou les plus légères s'accumulent le long de la cheminée et au sommet de la chambre et les particules les plus grosses ou les plus lourdes descendent le long de la paroi annulaire et s'accumulent dans le bas de la chambre annulaire. Elles peuvent être respectivement évacuées par les tubes (4.2) et (4.1) situés de chaque côté de la chambre annulaire.

Ce dispositif permet donc de classifier les particules solides, dont les plus lourdes qui peuvent glisser le long de la paroi latérale et s'accumuler dans le bas de la chambre ne doivent pas nécessairement être fluidifiées. Il est aussi particulièrement adapté à la gazéification ou combustion de particules carbonées dont la taille diminue au fur et à mesure de leur combustion. S'il travaille sous pression avec des particules suffisamment petites pour que leur combustion soit très rapide, il peut servir de turbine à combustion de particules solides.

L'axe de rotation de la cheminée rotative peut être horizontal, dans la mesure où la force centrifuge et la pression cinétique des fluides peuvent être d'un ordre de grandeur supérieur à la gravité. Dans ce cas, la pression d'injection des fluides au sommet de la paroi circulaire, par exemple (55.3) et (55.4), sera généralement légèrement inférieure à la pression d'injection des fluides dans le bas, (55.1 ) et (55.2), pour compenser la différence de pression le long de la paroi latérale due à la gravité.

La FIGURE 7 est une vue schématique de la section axiale d'une cheminée rotative à deux sorties comprenant deux tubes fixes (6.1) et (6.3) et deux roues (13) et (13.2) à ailettes (14) et (14.1) aux extrémités des deux parties, (8.1) et (8.2), du tube rotatif situées de chaque côté d'une chambre (1), annulaire ou cylindrique, semblable à celle de la figure 6. Le ou les fluides sont alimentés au travers de la paroi latérale par le dispositif (54) qui peut injecter le fluide radialement avec, par exemple, une composante axiale orientée dans la même direction, comme représenté sur la figure 6, afin de concentrer les grosses particules dans le bas et les fines particules dans le haut, ou orientée dans des directions divergentes, comme représenté sur la figure 7, afin de répartir les grosses particules tout le long de la paroi latérale (54). Dans ce dernier cas les particules les plus fines devront subir une attrition suffisamment forte pour être évacuées par les tubes fixes (6.1) et (6.3) et être récupérées dans les chambres annulaires coaxiales (45) et (45.1 ) par les tubes (46) et (46.1 ).

L'avantage principal d'une cheminée à deux sorties est de permettre d'augmenter le rapport entre la hauteur ou longueur de la chambre et son diamètre ou, pour un même débit de fluide, de réduire le diamètre des tubes fixes et des tubes rotatifs et donc d'augmenter la différence de force centrifuge entre les aubes (39) et les ailettes (14). 11 permet également de diviser la chambre annulaire en deux tronçons traversés par des fluides de composition et/ou de températures différentes, ces fluides pouvant être récoltés et recyclés séparément. Dans ce cas les deux parties (8.1) et (8.2) du tube rotatif peuvent être séparées par un disque (11.1) dont le diamètre extérieur est proche de la paroi cylindrique (54) afin de réduire le mélange des fluides et les transferts de particules solides entre les deux tronçons.

Par exemple ce dispositif peut être utilisé pour la polymérisation de particules catalytiques introduites d'un côté de la chambre annulaire, en (2.2) ou en (4.2), et être évacuées de l'autre côté, en (4.1), le passage entre le disque (11) et la paroi (54) étant réduit à l'espace nécessaire pour assurer un transfert adéquat de particules solides entre les deux tronçons séparés par ce disque (11.1).

EXEMPLES D’APPLICATIONS: 1 - Combustion de biomasse: A titre indicatif, on peut prendre une chambre annulaire (1) semblable à celle de la figure 6, par exemple de 60 cm de diamètre et 50 cm de hauteur, avec ou sans turbine (62) et (65), alimentée par 24 m3 d'air par minute, ce qui permet de brûler environ 1,5 kg de carbone équivalent par minute, avec un excès d'air d'environ 50%. La plus grande partie de l'air, par exemple 80%, peut être injecté au travers de la paroi circulaire (54) percée d'un millier de trous de 4 mm de diamètre, répartis tous les 3 cm, avec une vitesse d'injection du gaz d’environ 25 m/s.

La cheminée rotative peut être cylindrique avec des aubes semblables à celle de la figure 4. Les 6 aubes (39) peuvent avoir 30 cm de hauteur, une circonférence extérieure (39.1) de 30 cm de diamètre et intérieure (39.2) de 20 cm.de diamètre. Les 6 entrées d'évacuation des gaz brûlés, dont le volume a été multiplié par environ 5, ont 30 cm de long et environ 7 cm de large si leur section à une inclinaison d'environ 45°, ce qui nécessite une vitesse moyenne d'entrée dans la cheminée rotative d’environ 15 m/s, dont la composante tangentielle d'environ 10 m/s s'ajoute à la vitesse de rotation des aubes. Si le diamètre intérieur (40.2) de l'anneau (40) est de 25 cm la vitesse axiale d'évacuation des gaz brûlés est d'environ 40 m/s.

Si la cheminée rotative tourne à 3 000 tours par minute, la force centrifuge moyenne s'exerçant sur le fluide qui pénètre dans la cheminée est d'environ 2 000 fois la pesanteur, ce qui est suffisant pour renvoyer la majorité des microparticules vers la paroi extérieure et si le diamètre extérieur de la roue (13) à ailettes (14) est de 50 cm, sa vitesse périphérique tangentielle est d'environ 80 m/s et la force centrifuge est d’environ 2 500 fois la pesanteur sur 10 cm de plus que les aubes, ce qui est suffisant pour réinjecter ou refouler une petite partie des gaz brûlés avec les particules solides les plus fines qui ont pu entrer dans le tube rotatif. La vitesse de rotation peut être augmentée afin de pouvoir augmenter le débit d'air.

Si le disque (11) fermant le bas de la cheminée rotative a 40 cm de diamètre et est à 5 mm de la paroi inférieure de la chambre, sa vitesse périphérique de rotation est de 60 m/s et la vitesse radiale d'injection du gaz est d'environ 12 m/s. Les particules solides qui s'accumulent entre les 2 tourbillons, le supérieur (15) formé par les gaz brûlés et l'inférieur (61) formé par les 10% de l'air frais injecté par le dispositif (3) sont fortement agitées et peuvent rester ou retourner à l'intérieur de la chambre de combustion jusqu'à leur attrition presque totale, ce qui constitue de très bonnes conditions de combustion.

Si la sortie (4.2) est fermée, les particules les plus fines s’accumuleront jusqu'à ce que leur taille soit suffisamment petite pour être récupérée par le dispositif extérieur (45) et (46). Si leur accumulation est trop importante (en fonction de la qualité du combustible), elles peuvent être évacuées par la sortie (4.2). L'évacuation des scories peut se faire par le bas, (4.1) de manière continue ou par intermittence et pour éviter la formation d'agglomérats le pourcentage de la quantité de fluide (3) injecté le long du disque (11) dans le bas de la chambre, peut être augmenté par intermittence afin d'augmenter leur vitesse de rotation pour les briser.

De l'air frais (60) peut être introduit dans l'arbre de transmission et passer par le disque (11) et/ou les rayons (41) pour traverser les aubes (39), le tube rotatif (8) et la roue (13) et finalement être injecté dans la chambre de réaction par les extrémités des ailettes (14) afin de refroidir ces éléments qui seraient creux.

La capacité de combustion des particules solides de ce dispositif est liée à la vitesse de réaction et donc à la dimension moyenne des particules solides, jusqu'à ce que la limite soit la capacité d'évacuation des gaz brûlés. Dans ce cas, lorsqu'il n’est plus possible d'augmenter le diamètre du tube rotatif, il est encore possible de réduire le rapport entre la quantité de gaz et de matières solides en se contentant d'une combustion partielle dans cette première chambre, la combustion pouvant s'achever dans une deuxième chambre servant de chaudière et/ou de travailler dans une chambre de combustion munie de deux sorties comme illustré par la figure 7.

Il est également possible de travailler à une pression beaucoup plus élevée, par exemple avec l'aide d'un compresseur rotatif (62), ce qui permet d'augmenter substantiellement le débit d'air et de biomasse. Une partie de l'énergie de combustion peut être récupérée directement dans une turbine (65) et la chaleur résiduelle des gaz brûlés (5.1) et (5.2) peut être récupérée dans une chaudière.

2 - Fabrication de gaz de synthèse:

La fabrication de gaz de synthèse à partir de biomasse ou autre matière carbonée peut se feire à l'aide d'une oxydation partielle par exemple avec un mélange de vapeur d’eau et d’oxygène pur. Le rapport entre le gaz et la matière solide étant beaucoup plus petit que pour la combustion totale, il peut être souhaitable, afin d'obtenir une plus grande circulation des fluides, d'augmenter la quantité de gaz refoulé dans la chambre de réaction en réduisant le diamètre du tube rotatif, en prenant le dispositif symétrique à 2 sorties et 2 roues à ailettes décrit dans la figure 7.

La quantité de gaz injecté étant plus faible, le diamètre et/ou le nombre de trous percés dans la paroi (54) doivent être réduits afin d'avoir une vitesse d'injection suffisamment élevée pour obtenir une bonne agitation des particules solides. Le réacteur peut également être plus long et disposé horizontalement 3 - Polymérisation de particules solides catalytiques:

Le schéma de la figure (7) est bien adapté à la polymérisation de particules solides catalytiques. En effet, plus la taille des particules catalytiques est petite, plus la vitesse de polymérisation sera élevée et donc aussi le débit du monomère, frais et recyclés, qui sert généralement de fluide de refroidissement. Il feut donc éviter que le débit très élevé de fluide n'entraîne les particules catalytiques très petites, tout en assurant une agitation suffisante des particules polymérisées qui deviennent progressivement de plus en plus lourdes.

Des particules catalytiques micrométriques peuvent être introduites par le tube (4.2) au sommet de la chambre annulaire ou cylindrique de réaction. Ces particules circuleront en tourbillonnant, tout d'abord dans la moitié supérieure de cette chambre. Elles seront progressivement polymérisées et deviendront donc plus lourdes.

Les particules les plus légères peuvent être entraînées par le fluide à l’intérieur du tube rotatif (8) et être refoulées, par la force centrifuge, avec le fluide aspiré par la roue à ailettes centrifuges ( 14) au sommet de la chambre. Les particules les plus lourdes se concentrent le long de la paroi latérale (54) et sont progressivement transférées par le passage, qui peut être étroit, entre le disque de séparation (11) et la paroi latérale (54), vers la partie inférieure de la chambre de réaction, où elles tourbillonnent également tout en poursuivant leur polymérisation. Elles sont finalement évacuées par le tube (4.1).

Les dimensions des deux parties de la chambre de réaction et de la cheminée rotative ainsi que les débits du fluide peuvent are adaptées à la granulométrie des particules solides qui est plus petite dans la partie supérieure. Par exemple la longueur et/ou le diamètre de la chambre annulaire peuvent être plus grand dans la partie inférieure, contenant les plus grosses particules. La composition et la température des fluides peuvent également y être différentes en fonction des objectifs de polymérisation.

Les fluides évacués en (5.1) et (5.2) peuvent être recyclés apres traitement adéquat, par exemple après refroidissement, dans les mêmes parties de la chambre de réaction et une partie de ce fluide et/ou du fluide frais peut servir à refroidir les parties creuses de la cheminée rotative en passant par l'arbre creux de transmission et/ou être injecté par le bord du disque de séparation (11.1) et/ou des ailettes (14) et (14.1).

Si le fluide principal est un gaz, il est possible de pulvériser un liquide dans la chambre de réaction en passant par l'arbre de transmission et des rayons (41) creux. Ce liquide peut être un co-monomère ou un liquide de refroidissement. Dans d'autres applications, ce liquide peut servir à l'enrobage ou l'imprégnation de particules solides.

4 - Modification catalytique d'un fluide

Les schémas des figures 3, 6 et 7 peuvent également servir à la modification catalytique d’un fluide, par exemple l'hydrogénation, la déshydrogénation ou le craquage des molécules d'un fluide d'origine organique, les particules solides en suspension dans le fluide servant de catalyseur. Ces particules solides peuvent être évacuées de manière continue et recyclées après traitement adéquat. Les particules les plus fines peuvent aussi être évacuées séparément, par exemple en vue de leur élimination.

Dans le schéma de la figure 7, le fluide évacué d'un tronçon du réacteur annulaire ou cylindrique peut être recyclé dans l'autre tronçon.s

Claims (23)

1. Dispositif d'évacuation d'un fluide, gazeux ou liquide, contenant des particules solides en suspension, par un tube fixe (6) relié à un dispositif d'évacuation (5), le dit tube fixe (6) pénétrant dans le dit fluide, caractérisé en ce que: - l'extrémité du dit tube fixe (6) pénétrant dans le dit fluide est entourée d'un tube rotatif coaxial (8), prolongé au-delà de la dite extrémité du dit tube fixe (6), le dit tube rotatif (8) étant relié par un arbre de transmission ( 12) à un dispositif (7) le faisant tourner, - l'extrémité du dit tube rotatif (8) entourant le dit tube fixe (6) est terminée par une roue (13) à ailettes ( 14), d'un diamètre extérieur plus grand que le diamètre du dit tube rotatif (8), - l'extrémité opposée du dit tube rotatif (8) est fermée et la paroi du dit tube rotatif (8) située entre l’extrémité du dit tube fixe (6) et la dite extrémité opposée du dit tube rotatif (8) est munie d'au moins une ouverture (10) par où le dit fluide peut pénétrer dans le dit tube rotatif (8) et être aspiré en partie par le dit dispositif d'évacuation (5) au travers du dit tube fixe (6) et en partie par la dite roue à ailettes (14) au travers de l'espace compris entre le dit tube fixe (6) et le dit tube rotatif (8).

2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la dite au moins une ouverture (10) est au moins deux ouvertures encadrées par au moins deux aubes (39) entre lesquelles le dit fluide peut pénétrer et dont le diamètre extérieur est inférieur au diamètre extérieur des dites ailettes (14).

3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'inclinaison (43) des dites aubes est inférieure à 30° à leur extrémité extérieure.

4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 3, caractérisé en ce que le diamètre extérieur de la dite roue (13) à ailettes (14) est au moins 50% plus grand que le diamètre du dit tube rotatif (8).

5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 4, caractérisé en ce que le dit tube rotatif (8) est évasé, son plus petit diamètre étant à la dite extrémité opposée.

6- Dispositif suivant l’une quelconque des revendications de 1 à 5, caractérisé en ce que le dit arbre de transmission (12) est relié à une turbine (65) qui est actionnée par le fluide qui est évacué par le dit tube fixe (6).

7- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 6, caractérisé en ce que le dit arbre de transmission (12) est relié à un compresseur ou pompe rotative (62) qui comprime le fluide (3) qui est alimenté dans la dite chambre (1).

8- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 7, caractérisé en ce que le dit tube fixe (6) est divisé en deux sections (6.1) et (6.2) séparées par une chambre annulaire coaxiale reliée à un dispositif d'évacuation (46) des particules solides accumulées le long de sa paroi latérale par la force centrifuge.

9. Dispositif suivant l’une quelconque des revendications de 1 à 6, caractérisé en ce que le dit tube fixe (6) est le tube de sortie du fluide alimenté dans un cyclone (1.2), avec les dites particules solides, tangentiellement à la paroi annulaire du dit cyclone, les particules solides étant évacuées par le bas du dit cyclone.

10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 8, caractérisé en ce que le dit tube fixe (6) est le tube de sortie du fluide alimenté dans un réacteur (1.1) à lit fluidifié, le dit tube rotatif (8) étant disposé dans la partie supérieure du dit réacteur et la dite roue (13) à ailettes (14) étant disposée à proximité de la paroi supérieure du dit réacteur.

11. Dispositif suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la dite partie supérieure est plus large et comprend une paroi latérale poreuse (54) ou percée de nombreux trous ou fentes par où est injecté un fluide secondaire.

12. Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé en ce qu'au moins une partie du dit fluide secondaire est injecté dans une direction ayant une composante dirigée vers le bas.

13- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 8, caractérisé en ce que le dit tube fixe (6) est le tube de sortie du fluide alimenté dans une chambre (1), annulaire ou cylindrique, la dite roue à ailettes (14) étant disposée à proximité d'un des côtés de la dite chambre (1) et la dite extrémité opposée du dit tube rotatif (8) étant fermée par un disque (11) dont le diamètre est plus grand que le diamètre du dit tube rotatif (8) et qui est proche de la paroi opposée de la dite chambre (1), un fluide étant alimenté dans l’espace situé entre ce dit disque (11) et la dite paroi opposée.

14- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 8, caractérisée en ce qu'il comprend: - deux dits tubes fixes (6.1) et (6.4) coaxiaux et pénétrant dans une chambre (1), annulaire ou cylindrique, au travers de ses parois opposées, - le dit tube rotatif (8) est muni de deux roues (13) et (13.2) à ailettes (14) et (14.1) situées de chaque côté du dit tube rotatif (8) et entourant les extrémités des dits tubes fixes (6.1) et (6.3) à proximité des dits côtés de la dite chambre, - les dites ouvertures (10) ou aubes (39) sont situées le long de la partie centrale du dit tube rotatif.

15- Dispositif suivant la revendication 14, caractérisé en ce que le dit tube rotatif (8) est divisé en deux parties (8.1) et (8.2) séparées par un disque (11.1) dont le diamètre extérieur est plus large que le diamètre du dit tube rotatif (8).

16- Dispositif suivant l'une des revendications 14 et 15, caractérisé en ce que le diamètre du dit tube rotatif est plus grand à proximité des extrémités des dits tubes fixes qu'en son centre.

17- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications de 13 à 16, caractérisé en ce que la paroi latérale de la dite chambre (1), annulaire ou cylindrique, comprend une paroi poreuse (54) ou percée de nombreux trous ou fentes par où est injecté un fluide secondaire dans une direction principalement radiale.

18- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications de 13 à 17, caractérisé en ce que la paroi latérale de la dite chambre annulaire comprend une paroi poreuse (54) ou percée de nombreux trous ou fentes par où est injecté un fluide secondaire dans une direction au moins partiellement axiale.

19- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications de 14 à 18, caractérisé en ce que le fluide évacué par au moins un des 2 dits tubes fixes est recyclé dans la même partie ou dans l'autre partie de la dite chambre (1), annulaire ou cylindrique.

20- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 19, caractérisé en ce que au moins une partie des particules solides évacuées par un dispositif d'évacuation (4) est recyclée dans la dite chambre (1).

21- Procédé de polymérisation catalytique, de combustion, de fabrication de gaz de synthèse, de séchage, d'imprégnation, d'enrobage, de classification, de séparation ou d'autres traitements de particules solides en suspension dans un fluide ou de craquage, de déshydrogénation ou d'autres transformations catalytiques de fluide à l'aide de particules catalytiques solides en suspension dans le dit fluide, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape qui consiste à évacuer le dit fluide par au moins un tube fixe (6) entouré d'un tube rotatif (8) suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 20.

22- Procédé de polymérisation catalytique, de combustion, de fabrication de gaz de synthèse, de séchage, d'imprégnation, d'enrobage, de gazéification, de classification, de séparation ou d'autres traitements de particules solides en suspension dans un fluide ou de craquage, de déshydrogénation ou d’autres transformations catalytiques de fluide à l'aide de particules catalytiques solides en suspension dans le dit fluide, suivant la revendication (21) caractérisé en ce qu'il comprend l'étape qui consiste à recycler au moins une partie du fluide évacué par le dit tube fixe (6).

23- Procédé de polymérisation catalytique, de combustion, de fabrication de gaz de synthèse, de séchage, d'imprégnation, d'enrobage, de gazéification, de classification, de séparation ou d'autres traitements de particules solides en suspension dans un fluide ou de craquage, de déshydrogénation ou d’autres transformations catalytiques de fluide à l'aide de particules catalytiques solides en suspension dans le dit fluide, suivant la revendication (21) ou (22), caractérisé en ce qu'il comprend l'étape qui consiste à recycler au moins une partie des particules solides évacuées par un dispositif d'évacuation (4) des dites particules solides.