Procédé de transport d'une matière pulvérulente
La présente invention concerne un procédé de transport d'une matière pulvérulente, comme le soufre, le coke et similaires.
A l'heure actuelle, il est fréquemment nécessaire dans l'industrie de mouvoir ou d'emmagasiner des quantités relativement importantes de solides. I1 n'est pas rare que ces solides soient sous forme de grains ou particules de faible grosseur, et dans certains cas, on est obligé de les déplacer et manutentionner par des procédés qu'on utilise pour le déplacement et la manutention des fluides. Malheureusement, lorsque lesmatières pulvérulentes sont ainsi manutentionnées, et surtout lorsqu'on les laisse au repos pendant des périodes relativement brèves, il est fréquent que ces matières s'agglomèrent et ne se prêtent donc plus aux procédés de manutention des fluides. Lorsqu'il en est ainsi, on est contraint de déplacer et de séparer mécaniquement les matières pulvérulentes pour les rétablir à la forme fluide.
Afin de surmonter cet aspect indésirable de la manutention des matières pulvérulentes, diverses suggestions ont déjà été faites. Par exemple, on a proposé d'entretenir une agitation permanente pour conserver les matières dans un état fluide. Bien entendu, un tel expédient exige une alimentation constante en énergie, avec tous les frais qui en découlent, et ceci parfois détruit ou tout au moins réduit fortement toute l'économie du mode de manutention choisi. On a également proposé de mettre certaines matières pulvérulentes en suspension dans un liquide pour éliminer les problèmes caractéristiques de la manutention des matières sèches.
Malheureusement, cette solution ne s'est pas toujours révélée satisfaisante en ce qui concerne les problèmes d'agglomération, et en outre, on a pu se rendre compte que la séparation ultérieure entre les solides et le liquide n'est pas toujours facile. I1 n'est pas rare que certaines portions du liquide se perdent par adsorption sur les surfaces des particules solides.
Si pour la suspension, on utilise de l'eau ou un autre liquide bon marché, cette perte du liquide ne présente évidemment qu'un inconvénient économique peu conséquent, mais si on a recours à certains autres fluides, comme des hydrocarbures ou similaires, pour former le véhicule liquide de la suspension, la perte d'un tel véhicule liquide par adsorption sur la surface des particules solides constitue un obstacle de première grandeur pour la mise en oeuvre d'une technique économique par mise en suspension.
En conséquence, malgré les nombreuses tentatives qui ont été faites pour permettre la manutention des matières pulvérulentes à la fois rapide, facile et sans perte économique notable, un procédé qui permet de manutentionner ces matières, sans agglomération fâcheuse et sans perte inacceptable de la matière servant de véhicule n'a été jusqu'à présent qu'un souhait purement théorique.
En conséquence, le but de l'invention est de fournir un procédé économique de transport de matières pulvérulentes dans un liquide de façon à former une bouillie ou suspension du type non agglomérant, permettant la séparation ultérieure entre la matière pulvérulente et la phase liquide de la suspension sans perte notable de la phase du véhicule liquide.
Ce but est accompli par le présent procédé, qui est caractérisé en ce qu'on met la matière pulvérulente en contact avec une quantité efficace d'une matière liquide qui (a) n'est pas réactive avec la matière pulvérulente et avec le véhicule liquide, (b) est non miscible avec le véhicule liquide, et (c) mouille la matière pulvérulente mieux que le véhi cule liquide, on mélange la matière pulvérulente ainsi traitée avec le véhicule liquide pour former une bouillie; et on fait circuler cette bouillie.
On peut manutentionner une grande, variété de matériaux selon le procédé de l'invention. I1 suffit en général que ces matières soient assez finement divisées ou pulvérulentes. Sous cette forme, les matières peuvent avoir une grosseur de particules sensiblement constantes ou au contraire une granulométrie assez étendue, et elles peuvent être de forme régulière ou non. La taille et la forme des particules, en dehors de certaines limitations qui seront spécifiées plus loin, sont sans importance pour la mise en oeuvre de l'invention.
Parmi les matières qu'on peut manutentionner par les techniques de l'invention, on citera: le soufre; le charbon; les minerais naturels, comme la potasse, la roche phosphatée, la cryolithe, la bauxite, etc.; le coke; et des matières plastiques agglomérées en pastilles ou similaires, comme le polystyrène, le polyéthylène, etc. Dans les conditions économiques actuelles, le coke et le soufre se prêtent particulièrement bien à la manutention selon l'invention.
Avant de les transporter les matières pulvérulentes doivent être, le cas échéant, réduites en particules d'un diamètre ne dépassant pas environ 12,7 mm de diamètre. Bien que cette limitation à des particules de 12,7 mm ne soit en aucune façon critique, on constate sur le plan pratique qu'il serait difficile de prévoir un équipement permettant de pomper des solides d'une plus grande dimension de particules.
Dans la mesure du possible, il est recommandé de limiter cette dimension à environ 6,35 mm. D'autre part, aucune limitation connue ne s'oppose à l'utilisation du procédé de l'invention pour des particules beaucoup plus petites. Selon la nature de l'appareil servant à séparer les particules de la suspension, l'invention permet une manutention facile de particules de l'ordre du micron.
La matière liquide mentionnée ci-dessus peut être choisie parmi une grande variété de matières, en tenant compte de la nature de la matière pulvérulente et du véhicule liquide utilisés. Parmi les nombreuses matières utilisables, on citera: l'eau ; les hydrocarbures normalement liquides et en particulier les isopentane, hexane, heptane, essence, pétrole lampant ou fuel diesel, et le fuel de soute; et les-hydro- carbures aromatiques comme les benzène, toluène et xylène et leurs dérivés, y compris les hydrocarbures aromatiques alkylés comme les dodécylbenzène, octyltoluène, etc. On peut également utiliser dans ce but des alcools en C à environ CG. Parmi ces alcools, on mentionnera les alcools primaires, secondaires, tertiaires et des mélanges de deux ou plusieurs types d'alcools.
On peut également utiliser des cétones comme l'acétone, la 2-butanone et la 3pentanone, de même que les hydrocarbures halogénés, comme les tétrachlorure de carbone, dichioro- méthane, dichloroéthane, etc. De plus, lorsque la matière pulvérulente est le soufre, le sulfure de carbone constitue un agent de récupération efficace.
Comme il a été déjà dit, on mélange la matière pulvérulente avec une quantité efficace de ladite matière liquide. En général, la quantité la plus efficace de cet agent est celle qui est nécessaire pour saturer à peu près complètement la matière pulvérulente. On a néanmoins obtenu certains résultats améliorés en utilisant une quantité plus petite que celle nécessaire pour saturer complètement la matière pulvérulente. En général, il convient d'utiliser au moins 50 /o environ en poids de la quantité nécessaire pour saturer entièrement la matière pulvérulente, et on préfère une quantité égale à au moins 90 /o en poids.
De même que pour le choix des matières pulvérulentes, on dispose d'une grande latitude pour choisir le véhicule liquide, selon le système utilisé. En général, toute matière qui est inerte vis-à-vis des autres constituants du système et qui est un liquide pompable dans des conditions d'un pipeline, convient techniquement. Dans le cadre du choix ainsi offert, on déterminera le véhicule liquide à utiliser en tenant compte du caractère de la matière liquide sus-mentionnée et de la nature de la matière pulvérulente.
Par exemple, tout hydrocarbure normalement liquide, y compris le pétrol brut et tous les hydrocarbures normalement liquides énumérés plus haut, conviennent dans certaines circonstantes comme véhicule liquide pour l'invention. Outre ces hydrocarbures, on peut utiliser l'eau ou la saumure lorsqu'on choisit un agent de récupération hydrophobe, et en fait, le faible prix de l'eau milite en faveur de son choix comme véhicule liquide, à chaque fois que les circonstances le permettent.
La bouillie ou suspension qu'on forme selon les enseignements de l'invention peut présenter une gamme étendue de concentrations de solides. On a trouvé qu'on peut utiliser jusqu'à environ 95 O/o en poids de l'ensemble de matière pulvérulente et la matière liquide, si les installations de pompage dont on dispose le permettent. Cependant, en vue de réduire les exigences d'énergie pour le pompage, on préfère que la concentration totale du solide et de la matière liquide représente environ 30 à 60 O/o du poids de la suspension totale. On a également trouvé que pour un système de coke, d'eau et de pétrole lampant, la concentration avantageuse optimale est d'environ 50 o/o en poids de coke et d'eau.
Comme il a déjà été dit, on commence par mélanger la matière pulvérulente avec la matière liquide. On peut réaliser ce mélange par toute technique bien connue, et d'une façon générale on commence par introduire la matière pulvérulente dans un excès de cette matière liquide et ensuite on agite le mélange jusqu'à obtenir un enrobage total des particules par cet agent de récupération. On peut généralement déterminer au préalable la quantité de la matière liquide qui sera nécessaire pour une granulométrie particulière de la matière pulvérulente. Une telle détermination préalable n'est cependant pas indispensable.
Au lieu de cela, on peut ajouter la matière pulvérulente à un excès de ladite matière liquide et après agitation pour saturer la matière pulvérente, on peut séparer le mélange par une simple technique par gravité, par exemple par tamisage ou en ouvrant une vidange dans le fond du récipient contenant la suspension. On a trouvé qu'un faible excès de la matière liquide ne dépassant pas environ 5 /o, n'est pas nuisible pour la mise en oeuvre du procédé, bien que les considérations économiques optimales militent contre un tel excès, lorsque cela est possible.
Eventuellement, on peut utiliser une filtration sous vide pour séparer l'excès de la matière pulvérulente, bien qu'il ne soit nullement nécessaire d'avoir recours à des procédés élaborés de cette nature.
Une fois que la matière pulvérulente a été mélangée avec la matière liquide on peut la combiner avec le véhicule liquide pour former une bouillie ou suspension par plusieurs techniques bien connues. Le plus couramment, on pompe la matière pulvérulente dans un pipeline contenant le véhicule liquide. En faisant varier les taux relatifs de pompage du véhicule liquide et de matière pulvérulente, on peut obtenir une suspension ayant toute consistance désirée.
Par ailleurs, un procédé discontinu est également possible, et dans ce cas, on introduit la matière pulvérulente dans une cuve contenant la quantité voulue de véhicule liquide, en procédant sous agitation. On peut ensuite envoyer la suspension vers le pipeline, ou on peut la laisser dans la cuve jusqu'au moment propice pour son utilisation ou transport.
De même que la formation de la bouillie est une opération assez simple qui ne présente aucune difficulté pour les spécialistes, de même, la séparation de cette bouillie ne pose aucun problème quand on utilise les techniques et les appareils usuels dans ce domaine. On a trouvé par exemple qu'un hydrocyclone convient parfaitement pour enlever les particules solides du véhicule liquide. Couramment, lorsqu'on utilise un hydrocyclone dans ce but, il sera recommandé de procéder à plusieurs passages à travers l'hydrocyclone, le nombre des passages dépendant de la pureté désirée des produits séparés. De plus, on peut avoir recours à un simple filtrage, par exemple un filtrage à travers plusieurs nappes de copeaux, pour éliminer des particules relativement petites du véhicule liquide qui sort de l'hydrocyclone.
En général, les particules qu'il convient d'éliminer par filtration sont d'une granulométrie au-dessous de 5 microns environ.
La combinaison d'un hydrocyclone avec un filtre mécanique n'est pas du tout le seul moyen approprié pour la séparation. De nombreux autres systèmes sont possibles, et notamment la flottation, la précipitation d'un gel, la filtration, etc., qui sont familiers aux spécialistes, et en tout cas aucun caractère critique ne s'attache au procédé de séparation.
Après que les constituants de la suspension ont ainsi été séparés, il est fréquemment désirable d'éliminer la matière liquide de la matière pulvérulente.
Ici encore, on dispose d'une grande variété de procédés possibles pour une telle séparation, en tenant compte de la nature de cet agent et de la nature de la matière pulvérulente. Le plus souvent on chauffera la matière pulvérulente pour vaporiser et chasser la matière liquide adsorbée sur elle. Ainsi, pour un mélange d'eau et de coke, il suffit de chauffer le coke à environ 1500 C pour le sécher entièrement et le rétablir dans son état initial. Il n'est cependant pas exclu qu'on ne désire pas procéder à la séparation par chauffage entre la matière pulvérulente et la matière liquide et ceci pour diverses raisons possibles, parmi lesquelles la dégradation thermique possible des matières en question.
Dans ces conditions, il peut être nécessaire d'utiliser un solvant sélectif, dont le choix sera évidemment régi par la nature des matières à traiter, ou en variante, on peut procéder par réduction de pression pour évaporer le liquide.
De toute façon, la séparation entre la matière pulvérulente et la matière liquide ne sera pas toujours nécessaire, et quand elle l'est, le processus exact est une simple affaire de choix ne présentant aucune difficulté pour le spécialiste.
Dans une forme préférée de la mise en oeuvre de l'invention, on forme une bouillie comprenant du coke, de l'eau, et un hydrocarbure normalement liquide, de préférence l'essence ou le pétrole lampant. Dans une combinaison de coke, d'eau et d'hydrocarbure, on préfère que la quantité de coke et d'eau représente globalement de 40 à 60 o/o du poids de la boullie. En outre, si l'on mélange le coke à l'eau avant de former la bouillie, il est préférable que l'eau soit à une température au-dessus de 600 C environ, et de préférence, sous forme de vapeur d'eau qui sature le coke.
Dans l'étude qui a été faite jusqu'à présent de la présente invention, on a suggéré un grand choix de matières pour chacun des trois constituants principaux de la bouillie. Ces matières peuvent être combinées en un grand nombre de combinaisons différentes. Certaines de ces combinaisons sont énumérées dans le tableau ci-après. Bien entendu, toutes ces combinaisons ne présentent aucun caractère limitatif de l'invention, et d'autres possibilités viendront facilement à l'esprit des spécialistes.
Tableau Matière pulvérulente Matière liquide Véhicule liquide
Soufre Pétrole lampant Eau
Charbon Eau Fuel de soute paillettes de
polyéthylène Toluène Eau
Soufre Sulfure de
carbone Eau
Potasse Glycérine Essence de qualité
ordinaire
Cryolithe Eau Pétrole lampant
Polystyrène Xylène Eau
Coke Eau Essence de qualité
ordinaire
Potasse Glycérine Huile brute
Exemple 1
On plonge dans un récipient rempli de pétrole lampant environ 15 g de soufre pulvérulent dont la granulométrie approximative est comprise entre 5 microns et 3,2 mm. Apès agitation, on divise le mélange de soufre et de pétrole lampant en deux portions, et on permet au pétrole de se drainer par gravité de la première de ces deux portions. On place la seconde portion dans un filtre sous vide pour éliminer le pétrole.
Par la suite, on ajoute chacune de ces deux portions de soufre chargé de pétrole lampant à une quantité suffisante d'eau pour former une bouillie de 30 /o en poids de soufre-pétrole lampant dans l'eau. On laisse reposer les deux bouillies dans un bécher pendant 12 heures environ et on ne constate aucune agglomération du soufre. Bien qu'on observe un certain dépôt du soufre, il est facile de le remettre en suspension dans l'eau par le simple expédient consistant à mettre le bécher la tête en bas.
Aux fins de comparaison, on introduit directement environ 10 g de soufre du même type qu'au paragraphe précédent dans l'eau pour former une suspension de soufre dans l'eau dont le soufre constitue environ 30 /o du poids total. On place cette suspension dans un bécher et on laisse reposer pendant 12 heures environ. A la fin de ce laps de temps, on constate une agglomération notable du soufre dans le fond de la phase aqueuse. Le simple fait d'inverser le bécher comme précédemment ne permet pas de remettre le soufre en suspension, mais on est obligé de secouer vigoureusement et longtemps le bécher pour obtenir la remise en suspension désirée.
Exemple 2
Avant de procéder à l'essai conduisant aux résultats qui seront présentés dans cet exemple, on assemble l'équipement nécessaire. Celui-ci comprend un réservoir ouvert dans le haut d'une capacité d'environ 114 litres et ayant une entrée et une sortie. On raccorde à l'entrée et à la sortie du réservoir les extrémités d'une conduite en forme de boucle ayant environ 19 mm de diamètre et 9 mètres de longueur. A une distance d'environ 1,5 mètre de la sortie du réservoir et en communication avec l'intérieur de la conduite, on installe une pompe centrifuge à vitesse variable qui fonctionne pour refouler du fluide à travers la conduite en boucle et le réservoir.
On place une certaine longueur d'une tubulure transparente dans la conduite en une position à peu près à michemin de l'entrée et de la sortie, pour permettre d'observer les conditions d'écoulement dans la conduite.
Avant la première série d'essais, on remplit la conduite et le réservoir avec du pétrole lampant
Au début on introduit lentement du coke sans agent de récupération dans le réservoir tout en agitant le pétrole à l'intérieur de celui-ci pour assurer la mise en suspension du coke. Après que 35 /o en poids environ du mélange de coke et de pétrole lampant ont été formés, on met la pompe en route et on observe un écoulement turbulent dans la conduite.
Lors de l'écoulement initial, aucun problème particulier ne gêne l'écoulement de la bouillie de coke et de pétrole. Afin de simuler un arrêt de l'équipement, on interrompt le fonctionnement de la pompe centrifuge et on laisse tout le circuit au repos pendant 15 heures environ. A la fin de cette période, on observe dans la tubulure transparente que le coke se dépose dans le fond et qu'une phase relativement limpide de pétrole lampant forme une couche au-dessus du coke. Les tentatives pour rétablir l'installation aux conditions Id'écoulement ne sont pas couronnées de succès car des fragments assez gros de coke aggloméré sont arrachés du lieu de leur formation et tendent à colmater la conduite en plusieurs endroits.
Il se révèle nécessaire d'amorcer l'écoulement dans des conditions laminaires, et on est en outre obligé d'utiliser du pétrole lampant pur et non pas la bouillie de coke dans le pétrole lampant, au cours des stades initiaux de la mise en marche de l'installation. En outre, le coke aggloméré ne revient pas facilement en suspension mais tend à rester dans le fond sous une forme agglomérée, même après le début de la mise en circulation du pétrole lampant pur.
Un essai d'utilisation d'une concentration de 40 o/o de coke dans le pétrole lampant se termine par un échec complet, la conduite étant entièrement colmatée.
On sépare ensuite la bouillie de pétrole lampant et de coke dans un hydrocyclone et on chauffe le coke relativement sec pour chasser le pétrole adsorbé.
On constate qu'environ 12 /o du pétrole lampant utilisé sont perdus par adsorption sur le coke, et aussi des températures d'environ 5000 C sont nécessaires pour éliminer le pétrole du coke. On mélange ensuite intimement une certaine quantité de coke avec un excès d'eau de ville ordinaire, et on permet à l'excès d'eau de se drainer du coke. On mélange lentement le coke imbibé d'eau avec du pétrole lampant frais dans le réservoir. De même que dans le cas du coke non traité, on agite constamment le mélange pendant l'introduction du coke imbibé d'eau.
La bouillie résultante présente environ 50 O/o en poids d'eau et de coke.
On pompe ensuite le mélange dans la boucle d'essai dans des conditions d'écoulement turbulent, et on ne rencontre aucune difficulté de manutention du mélange coke-eau-pétrole lampant. Ensuite, on arrête la pompe centrifuge et on laisse reposer toute l'installation pendant 15 heures environ. Après ce laps de temps, on ne constate aucune agglomération, et dès qu'on remet la pompe en route, la bouillie commence à progresser dans le circuit sans le colmater.
Il n'est pas nécessaire d'utiliser du pétrole lampant pur pour rétablir le circuit, ni d'augmenter progres- sivement la vitesse de la pompe pendant le processus.
On soutire une portion de la bouillie de l'installation et on la sépare dans un hydrocyclone. On chauffe le coke imbibé d'eau à environ 1500 C pour éliminer l'eau adsorbée, et on constate qu'environ
1,5 0/o du pétrole lampant est perdu pendant ce processus.
Exemple 3
On plonge dans un récipient rempli d'eau environ
120 g de coke d'une granulométrie comprise entre environ 5 et 590 microns. Après agitation, on laisse drainer l'eau en excès du coke par gravité et on introduit le coke qui est imbibé d'eau dans une quantité suffisante d'essence de qualité ordinaire pour former une suspension à 30 0/0 en poids de coke dans l'essence. On place la bouillie dans un bécher et on laisse reposer pendant 12 heures environ. A la fin de cette période, on n'observe aucune agglomération du coke. Bien qu'une certaine partie du coke se soit déposée, il suffit pour la remise en suspension du coke dans l'essence de mettre le bécher la tête en bas.
Aux fins de comparaison, on ajoute environ 120 g de coke du même type que dans l'exemple cidessus directement à l'essence pour former une bouillie de coke dans l'essence, cette bouillie comprenant environ 30 /o en poids de coke. Après mélange de la bouillie, on la place dans un bécher et t on laisse reposer pendant 12 heures environ. A la fin de ce laps de temps, on constate une agglomération importante du coke dans le fond de la phase d'essence et on constate également qu'une simple inversion du bécher ne permet pas la remise en suspension du coke dans l'essence. En fait, on est obligé de secouer vigoureusement et pendant longtemps le bécher pour obtenir la remise en suspension désirée.
On filtre le coke imbibé d'eau de l'essence et on le chauffe à environ 1500 C pour chasser l'eau. De même, on filtre le coke non traité de l'essence et on le chauffe pour chasser les résidus d'essence. On constate qu'aucune perte d'essence n'a lieu dans le cas du coke imbibé d'eau, tandis que pour le coke non traité, la perte de l'essence initialement utilisée est de l'ordre de 12 /o pendant le processus de séchage. En outre, on est obligé de chauffer le coke non traité à environ 5000 C : pour chasser entièrement l'essence.