EP3027714A1 - Systeme et procede de transfert de matiere solide sous forme granulaire - Google Patents

Systeme et procede de transfert de matiere solide sous forme granulaire

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Publication number
EP3027714A1
EP3027714A1 EP14738855.7A EP14738855A EP3027714A1 EP 3027714 A1 EP3027714 A1 EP 3027714A1 EP 14738855 A EP14738855 A EP 14738855A EP 3027714 A1 EP3027714 A1 EP 3027714A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chamber
internal volume
transfer
piston
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14738855.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Pierre CASTELLI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Publication of EP3027714A1 publication Critical patent/EP3027714A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20—Apparatus; Plants
    • C10J3/30—Fuel charging devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2200/00—Details of gasification apparatus
    • C10J2200/15—Details of feeding means
    • C10J2200/156—Sluices, e.g. mechanical sluices for preventing escape of gas through the feed inlet

Definitions

  • the invention relates to the field of solid material transfer in granular form, in particular biomass, between two chambers in which different pressures prevail.
  • the invention more particularly relates to a system and a method of transfer. It also relates to a preferred application of the method to the transfer of biomass to a gasification reactor.
  • the term "granular” preferably refers to the fact that the solid material to be transferred is in the form of particles or grains, of variable or non-variable granulometry and of submillimetric, millimetric or centimeter dimensions, and which may be more or less mixed with a liquid.
  • biomass includes under one of its uses any inhomogeneous material of biological origin, which can be quasi-dry, such as sawmill residues or straw, or soaked with water like household waste. Variable grain size, transport is problematic. However, in view of the valorization of the biomass which is more and more current or even imposed, such as for example by Thermochemical conversion, the transport of this solid material is widespread and must meet demanding criteria, such as the absence of losses, and under optimal cost conditions.
  • the solid particles of biomass are powders or chips, for example cellulosic particles, such as fine chips of plants, such as wood.
  • a transfer system called "lock hopper” using one or more intermediate transfer chambers pressurized with nitrogen for example, or airlock.
  • the pressurization makes it possible to go from the atmospheric pressure to the pressure of the downstream device which is, for example, a gasification reactor.
  • This device is generally used for gasification coal and is composed of at least one transfer chamber (or at least one airlock), a valve upstream for the introduction of a volume of solid particles at atmospheric pressure and a downstream valve for the discharge in the feed chamber of the downstream device considered (chemical reactor) operating under high pressure.
  • valve downstream which allows the transfer of the solid particles into the feed chamber, generally by gravity flow
  • the electrical energy required for the compression of the gas is of the order of 1% in value and represents approximately 3% in gross energy compared to the lower heating value of the biomass.
  • the gas generally used for Pressurization is nitrogen or C0 2 and a need for energy is also needed for the manufacture of this gas. This energy is relatively high in the case of biomass (compared to coal) because its mass density is low, as well as its calorific value.
  • valves are in contact with the material to be transferred, capable of damaging their operation (closing, not complete closure by said material).
  • the pistons are used to push the biomass, which implies the need to have a specific seal at the level of the friction with the biomass,
  • the object of the present invention is to propose a solids transfer solution in granular form between two chambers under different pressures which overcomes the disadvantages listed above.
  • an object of the invention is to provide a transfer system and method that are simple and economical, efficient and energy consumption is as low as possible.
  • Another object of the invention is to provide a transfer system and method that avoids the risk of gas transfer from the second enclosure to the first enclosure at the time of the transition from the communication with the second enclosure to the implementation of communication with the first speaker.
  • a solids transfer system in granular form, a first chamber in which there is a first pressure to a second chamber in which there is a second pressure greater than the first pressure
  • the transfer system comprising a transfer lock to be arranged between the first and second speakers and defining an internal volume, an intake opening adapted to putting in fluidic communication the internal volume with the first enclosure, an exhaust opening adapted to put in fluid communication the internal volume with the second enclosure, a single piston movable inside the transfer lock between first and second positions such as that the internal volume varies between a first value occupied in the first position of the piston and a second value occupied in the second position of the piston and less than the first value, and a control element of the movement of the piston allowing the passage of the first value at the second value is achieved by the piston when the internal volume is in fluid communication with the second chamber and before a fluidic communication is established between the internal volume and the first chamber and that the passage of the second value to the first value is made
  • One application of this transfer process may be to supply a gasification reactor with biomass, in which the biomass constitutes the solid material in granular form to be transferred and the second enclosure is constituted by the gasification reactor.
  • FIGS. 1 to 5 show the different steps. an operating cycle of an exemplary transfer system according to the invention.
  • the transfer system 10 shown in FIGS. 1 to 5 makes it possible to transfer solid material 1 1 in granular form from a first enclosure E1 in which there is a first pressure P1 to a second enclosure E2 in which there is a second pressure P2 strictly greater than the first pressure P1.
  • a preferred application will be one in which the solid material 11 is biomass and the second enclosure E2 is a gasification reactor.
  • the first enclosure E1 is preferably a storage element for the biomass to be transferred to the gasification reactor via the system 10.
  • the first pressure P1 is substantially equal to the atmospheric pressure while the second pressure P2 is equal to order of a few tens of bars, for example of the order of 40 bars.
  • the transfer system 10 comprises a transfer lock 12 intended to be disposed between the first enclosure E1 and the second enclosure E2.
  • the transfer lock 12 delimits a variable internal volume V as indicated below.
  • An intake opening 13 is able to selectively put or not in fluidic communication the volume internal V with the first enclosure E1.
  • the transfer lock 1 2 comprises a single piston 1 5 movable inside the transfer lock between first and second positions such that the internal volume V varies between a first value occupied in the first position of the piston 15 and a second value. occupied in the second position of the piston 1 5.
  • the second value is strictly lower than the first value.
  • the transfer lock 1 2 also comprises an element 16 for controlling the displacement of the piston, allowing:
  • the passage from the first value to the second value is performed by the piston 1 5 when the internal volume V is in fluid communication with the second chamber E2 and before a subsequent fluidic communication between the internal volume V and the first chamber E1,
  • the single piston 1 5 comprises a slidably movable portion housed in whole or part in a fixed hollow body 1 7 in a frame linked to the first and second speakers E1, E2. It is the displacement of this moving part which realizes the variation of the internal volume V between the first and second values.
  • the piston may comprise a fixed part, integral with the hollow body 1 7 and intended to participate in the implementation of the displacement of the moving part selectively in a forward direction and a return direction from the control commands issued by the element 16.
  • a determined and quantified quantity of material 11 is first poured into the internal volume from the first chamber E1 at a time when the internal volume is in fluid communication with the first chamber E1 and is not in fluid communication with the second chamber E2, then is discharged from the internal volume to the second chamber at a later time when the internal volume is in fluid communication with the second chamber E2 and is no longer in fluidic communication with the first enclosure E1.
  • the first value of the internal volume V occupied in the first position of the piston 15 and the second value of the internal volume V occupied in the second position 15 are such that the ratio calculated between, on the one hand, the first pressure P1 and the other the second pressure P2 is equal to the ratio calculated between on the one hand the second value of the internal volume V and on the other hand the difference between the first value of the internal volume V and the volume occupied by the solid material 1 1 in granular form in the internal volume V of the transfer lock 12 and from the first chamber E1 when the internal volume V occupies the first value and the internal volume V is in fluid communication with the first enclosure E1.
  • the piston 15 occupies its first position in FIGS.
  • the airlock transfer member 12 comprises, in addition to the hollow body 17, a rotating chamber 18 movably mounted by pivoting in the hollow body 17 about an axis X. As will be detailed below, this pivoting movement of the rotating chamber has effect of varying positions of a light 19.
  • the rotating chamber 18 is preferably of tubular or spherical shape and the pivot axis X of the rotating chamber 18 coi ncide with the rectilinear sliding axis of the piston 15 relative to the transfer lock chamber 12.
  • the ratio of the dimensions between the length and the diameter of the rotating chamber 18 may vary according to the requirements of size and robustness and the flow requirements solid material 1 1.
  • the rotating chamber 18 presents a cylindrical outer surface of which a sectional section (seen in a plane perpendicular to the pivot axis X) is a circle and pivoted about X with respect to an inner surface of the same shape of the hollow body 17,
  • a cylindrical inner surface having a sectional section (seen in a plane perpendicular to the axis of sliding of the piston) is a polygonal or circular shape complementary to the section of the piston 15 perpendicular to the axis of sliding of the piston 15.
  • the piston In the particular case where the piston has a section having a shape which is not cylindrical, the piston must be able to rotate about the axis X at the same time as the chamber 18.
  • the movable part of the piston slides at the interior of the cavity delimited internally by the rotating chamber 18 while the latter is adapted to pivot about X inside the cavity defined by the hollow body.
  • the pivot axis X of the rotating chamber 18 is preferably oriented in a substantially horizontal direction so that the flow of the solid material 1 1 from the first chamber E1 to the second chamber E2 via the transfer lock 12 is practiced in a gravitational manner. More specifically, the flow or discharge of the solid material 1 1 of the first chamber E1 to the internal volume V is practiced by gravity and the flow or discharge of the solid material 1 1 from the internal volume V to the second chamber E2 is also practiced by gravity.
  • the pivot axis X of the rotating chamber 18 can form an angle with the rectilinear axis of sliding of the piston 15 relative to the transfer lock 12, for example of the order of 90 °.
  • the pivot axis X can be oriented either in another horizontal direction and for example perpendicular, or in a vertical direction, but the spill of matter is no longer practiced by gravity.
  • the hollow body 17 comprises a first orifice 20 passing through the thickness of the hollow body perpendicular to the X axis and a second orifice 21 passing through its thickness.
  • the first port 20 opens into the first chamber E1 and the second port 21 opens into the second chamber E2.
  • the rotating chamber 18 comprises the light 19 (already mentioned), which is single and through the thickness of the rotating chamber perpendicular to the axis X.
  • the light 19 of the rotating chamber 18 varies by pivoting the rotating chamber 18 between a first position (FIGS.
  • the passage of the piston 15 from the first position to the second position concretely causes the passage of the exhaust opening 14 of a first state in which the internal volume V of the Transfer lock 12 is in fluid communication with the second enclosure E2 at a second state in which the internal volume V of the transfer lock 12 is not in fluid communication with the second enclosure E2.
  • the first state of the exhaust opening 14 is shown occupied by the material to be transferred in FIG. 2, just before the transfer of the material to the chamber E2.
  • the passage of the piston 15 to its second position in Figures 3 and 4 causes the passage of the exhaust opening 14 in its second state although the light 19 is in its second position.
  • the piston 15 closes the exhaust opening 14 when it occupies its second position and eliminates any fluid communication between the second chamber E2 and the internal volume V of the transfer lock 12 even if the light 19 is in its second position.
  • the exhaust opening 14 is anyway in its second state because it is closed by the wall of the rotating chamber, regardless of the position adopted by the piston.
  • the exhaust opening 14 occupies its second state although the piston 15 is in its first position due to the fact that the light 19 of the rotating chamber 18 is in its first position. It is the wall of the rotating chamber, placed at the right of the second orifice 21 which closes the exhaust opening 14, the single lumen 19 being opposite the first orifice 20.
  • the passage of the piston 15 from the first position to the second position preferably causes the passage of the inlet opening 13 of a first state in which the internal volume V of the transfer lock 12 is in fluid communication with the first enclosure E1 to a second state in which the internal volume V of the airlock transfer 12 is not in fluid communication with the first enclosure E1.
  • the piston 15 closes the inlet opening 13 when it occupies its second position and eliminates any fluid communication between the first enclosure E1 and the internal volume V of the transfer lock 12 even if the light 19 is in its first position.
  • the inlet opening 13 is anyway in its second state because it is closed by the wall of the rotating chamber, regardless of the position adopted by the piston.
  • the inlet opening 13 is in its second state even if the light 19 is in its first position.
  • the first orifice 20 and the second orifice 21 are aligned in a vertical direction perpendicular to the axis of pivoting of the rotating chamber 18, the first orifice 20 being disposed above the second orifice 21.
  • the solid material 1 1 in granular form can flow gravitationally firstly from the first chamber E1 to the rotating chamber 18 through the lumen 19 occupying its first position and through the first orifice 20, and then, after pivoting the rotating chamber 18, from the rotating chamber 18 to the second chamber E2 through the light 19 occupying its second position and through the second orifice 21.
  • the first state of the intake opening 13 corresponds to the configuration adopted when the light 19 is in its first position (provided that the piston 15 is in its first position) and as there is a single light 19, the exhaust opening 14 is automatically in its second state.
  • the first state of the exhaust opening 14 corresponds to the configuration adopted after the implementation of a suitable rotation of the rotating chamber 18 so as to place the light 19 of the rotating chamber 18 opposite the second orifice 21 of the hollow body 17 (provided that the piston 15 is in its first position), that is to say when the light 19 is in its second position: as there is only one light 19, the opening admission 13 is automatically in its second state.
  • the exhaust opening 14 when the intake opening 13 is in its first state, the exhaust opening 14 is necessarily in its second state. Moreover, when the exhaust opening 14 is in its first state, the inlet opening 13 is necessarily in its second state. There is no situation where the two openings 13, 14 are simultaneously in their first states, avoiding any risk of involuntary gas transfer from one enclosure to another.
  • the transfer lock 12 comprises a granular solid seal means 1 1 disposed between the outer surface of the rotating chamber 18 and the inner surface of the hollow body 17.
  • solid material 1 1 is discharged (arrow F1) into the internal volume V ( Figure 1)
  • the rotating chamber 18 is rotated (arrow F2) of the order of 180 °.
  • the seal between the first low pressure chamber E1 and the second highest pressure chamber E2 is permanently ensured in the space between the outer surface of the rotating chamber 18 and the inner surface of the hollow body 17.
  • Each of the first and second orifices 20, 21 preferably has a dimension in a direction perpendicular to the X axis less than a quarter of the circle of the chamber 18.
  • a ball valve (commonly known as a ball valve or quarter-turn valve) is provided with an integral passage or cylindrical hole in a ball rotated (quarter turn) in a spherical chamber, the sealing being carried out directly at the metal-on-metal contact, or on a coating, for example polytetrafluoroethylene.
  • a cylindrical valve allows a full passage through a light made in a rotating cylinder, sealing being made on the cylinder.
  • Rotary locks operate on the same principle with the difference that the cylinder is compartmentalized to dispense powder in a metered manner.
  • a hydraulic barrier by injection of a low gas flow between the hollow body 17 and the rotating chamber 18 can be implemented to allow on the one hand to avoid the fine dust to be inserted between the inner surface of the hollow body 17 and the outer surface of the rotating chamber 18 and secondly to check the seal by measuring the leakage rate.
  • the size of the rotating chamber 18 is in particular a function of the solid material flow 1 1 to be transferred, this flow also depending on the duration (typically between 1 and 10 s) of the transfer cycle detailed below. For example, in the case where a flow rate of 1 ton per hour is sought (the cycle having a duration of 5 s for example), it is necessary to implement 720 cycles in one hour.
  • the corresponding volume of material 1 1 is 5000 L in the case of biomass.
  • the transfer chamber has a volume of about 7 L: it is possible to provide a diameter of about 20 cm in diameter and a length of about 20 cm.
  • the light 19 would have a width of the order of 12 or 13 cm in a direction perpendicular to the X axis and a length of about 20 cm along the X axis.
  • the use of the transfer system 10 may advantageously be as follows.
  • the transfer of solid material 1 1 in granular form, from the first chamber E1 in which the first pressure P1 prevails towards the second chamber E2 in which the second pressure P2 prevails greater than the first pressure P1, comprises a phase of use of such a transfer system 10.
  • This phase of use preferably comprises the following successive steps:
  • the third and the fifth steps include performing a step of pivoting the rotating chamber relative to the hollow body.
  • the arrow F2 illustrates the pivoting of the rotating chamber 18 during the third step, of moving the light 19 from the first position to the second position.
  • the arrow F5 illustrates the pivoting of the rotating chamber 18 during the fifth step, of moving the light 19 from the second position to the first position.
  • the pivoting direction during the third step may be the same or opposite to the pivoting direction during the fifth step.
  • the pivoting of the rotating chamber 18 for the implementation of the fifth step can begin before the piston 15 occupies its second position but the piston 15 must occupy its second position when the internal volume is still in fluid communication with the second speaker E2.
  • the passage of the second value to the first value by the piston 15 is performed after the pivoting step of the rotating chamber 18 which carries out the fluidic communication between the internal volume V and the first chamber E1 and simultaneously the suppression of the fluid communication between the internal volume V and the second chamber E2.
  • the transfer lock is constituted by a chamber no longer rotating but instead fixed, dedicated to the transfer between the two speakers E1, E2.
  • the change of state of the openings 13, 14 is no longer practiced by pivoting the chamber but against the transfer lock comprises a first upper valve intended to occupy an open or closed state in which the internal volume V defined by the fixed chamber respectively is and is not in fluid communication with the first enclosure E1 and a second lower valve intended to occupy an open or closed state in which the internal volume V delimited by the fixed chamber respectively is and is not in fluid communication with the second enclosure E2.
  • the transfer lock comprises a single piston capable of varying the internal volume between the first and second values, the piston moving within the fixed chamber. In particular, this piston plays a shutter role by occupying the volume of the chamber after the gravitational fall of the solid material January 1 in the second chamber E2, to avoid the transfer of gas from the second chamber E2 to the first enclosure E1.
  • the operating cycle of this transfer system variant comprises the same general steps as previously described, which can be implemented concretely by carrying out the following successive steps: opening the upper valve on the side of the first chamber and closing the lower valve on the side of the second chamber, the piston being such that the internal volume occupies the first value,
  • An advantage of not having gas transfer is also not to expend energy to compress the gas pressure in the first chamber to the pressure in the second chamber (the pressure difference is generally of the order 40 bars for a driven flow gasification reactor), while avoiding the risk of gas transfer from the second chamber to the first chamber.
  • the transfer system and method have the advantages of being simple (one rotating part and one piston) and economical, efficient and having the lowest possible energy consumption (limited to the only force required to move the piston ). They advantageously avoid the risks of transfer of gas from the second chamber to the first chamber at the moment of passing from the fluidic communication with the second chamber to the setting in fluid communication with the first chamber.
  • the additional benefits are:
  • the sequence of the operating cycle is rapid, essentially limited by the filling and emptying time of the lock chamber with the solid material 1 1,
  • the solid matter in particular the biomass, is not pushed by the piston and falls by gravity drop
  • the flow rate of solid material can be adapted by the frequency of the cycle
  • the system can be extrapolated to several sizes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Filling Or Emptying Of Bunkers, Hoppers, And Tanks (AREA)

Abstract

Un système de transfert (10) de matière solide (11) sous forme granulaire, d'une première enceinte (E1) dans laquelle règne une première pression (P1) vers une deuxième enceinte (E2) dans laquelle règne une deuxième pression (P2) supérieure à la première pression (P1), comprend un sas de transfert (12) entre les première et deuxième enceintes (E1, E2) et délimitant un volume interne (V), une ouverture d'admission (13) apte à mettre en communication fluidique le volume interne (V) avec la première enceinte (E1), une ouverture d'échappement (14) apte à mettre en communication fluidique le volume interne (V) avec la deuxième enceinte (E2), un unique piston (15) déplaçable à l'intérieur du sas de transfert (12) entre des première et deuxième positions telles que le volume interne (V) varie entre une première valeur occupée dans la première position du piston (15) et une deuxième valeur occupée dans la deuxième position du piston (15) et inférieure à la première valeur, et un élément de commande (16) du déplacement du piston (15) permettant que le passage de la première valeur à la deuxième valeur est réalisé par le piston (15) lorsque le volume interne (V) est en communication fluidique avec la deuxième enceinte (E2) et avant une mise en communication fluidique entre le volume interne (V) et la première enceinte (E1) et que le passage de la deuxième valeur à la première valeur est réalisé par le piston (15) lorsque le volume interne (V) est en communication fluidique avec la première enceinte (E1).

Description

Système et procédé de transfert de matière solide sous forme granulaire
Domaine technique de l'invention L'invention concerne le domaine du transfert de matière solide sous forme granulaire, notamment de la biomasse, entre deux enceintes dans lesquelles régnent des pressions différentes.
L'invention a pour objet plus particulièrement un système et un procédé de transfert. Elle concerne aussi une application préférée du procédé au transfert de biomasse vers un réacteur de gazéification.
État de la technique Dans le contexte de l'invention, le terme « granulaire » désigne préférentiellement le fait que la matière solide à transférer est sous forme de particules ou grains, de granulométrie variable ou non et de dimensions submillimétriques, millimétriques ou centimétriques et qui peut être plus ou moins mélangée à un liquide.
Ce que l'on désigne sous l'appellation « biomasse » regroupe sous l'un de ses usages tout matériau inhomogène d'origine biologique, qui peut être quasi-sec, comme les résidus de scierie ou la paille, ou imbibé d'eau comme les déchets ménagers. De granulométrie variable, son transport s'avère problématique. Or, au vu de la valorisation de la biomasse qui est de plus en plus d'actualité, voire imposée, telle que par exemple par conversion thermochimique, le transport de cette matière solide se généralise et doit répondre à des critères exigeants, comme l'absence de pertes, et ce dans des conditions de coût optimales. Les particules solides de la biomasse sont des poudres ou des copeaux, par exemple des particules cellulosiques, telles des fins copeaux de végétaux, comme du bois.
De nombreux systèmes de transport ou convoyage en matière solide existent, y compris concernant la biomasse : les convoyeurs, typiquement des systèmes de vis sans fin, les systèmes à transfert pneumatique ou des systèmes à écluse rotative. Mais tous ces systèmes ont été développés pour fonctionner à des pressions au voisinage de la pression atmosphérique, ou autrement dit pour de faibles écarts de pression entre les zones en amont et en aval du convoyage ou du transfert.
Or, lors du processus de valorisation, comme la conversion thermochimique, il faut, à partir de biomasse de nature et de granulométrie différentes stockée habituellement à la pression atmosphérique, pouvoir alimenter de manière continue un réacteur chimique (réacteur de gazéification), de type réacteur à lit fluidisé ou un réacteur à flux entraîné fonctionnant sous pression.
Généralement le transfert de matériaux solides granulaires entre un silo de stockage à pression atmosphérique et un dispositif aval fonctionnant à une pression supérieure est effectué par un système de transfert appelé « lock hopper » utilisant une ou plusieurs chambres de transfert intermédiaires pressurisées, à l'azote par exemple, ou des sas. La pressurisation permet de passer de la pression atmosphérique à la pression du dispositif aval qui est par exemple un réacteur de gazéification. Ce dispositif est généralement utilisé pour la gazéification du charbon et est composé par au moins une chambre de transfert (ou au moins un sas), une vanne en amont pour l'introduction d'un volume de particules solides à pression atmosphérique et d'une vanne en aval pour le refoulement dans la chambre d'alimentation du dispositif aval considéré (réacteur chimique) fonctionnant sous pression élevée.
Le fonctionnement du système de transfert de type « lock hopper » est cyclique, chaque cycle se résumant aux étapes suivantes :
introduction d'un volume de particules solides dans la chambre de transfert, le plus souvent par gravité, par ouverture de la vanne en amont, la vanne en aval étant maintenue fermée,
fermeture de la vanne en amont, la vanne aval étant maintenue fermée,
mise en pression du volume défini par la chambre de transfert, jusqu'à ce que la pression dans celle-ci atteigne la pression dans la chambre d'alimentation du réacteur chimique,
ouverture de la vanne en aval, ce qui permet le transfert des particules solides dans la chambre d'alimentation, en général par écoulement par gravité,
- fermeture de la vanne en aval, la vanne en amont étant maintenue fermée, et évacuation du surplus de pression présent dans la chambre de transfert, le gaz évacué étant parfois stocké en vue de sa réutilisation.
Les principaux inconvénients d'un système de transfert de type « lock hopper » sont :
une consommation d'énergie élevée, correspondant à la compression du gaz et à la dépressurisation totale du sas, c'est-à-dire une consommation très importante de gaz de pressurisation. L'énergie électrique nécessaire à la compression du gaz est de l'ordre de 1 % en valeur et représente environ 3% en énergie brute comparée au pouvoir calorifique inférieur de la biomasse. Le gaz utilisé généralement pour la pressurisation est l'azote ou le C02 et un besoin d'énergie est également nécessaire pour la fabrication de ce gaz. Cette énergie est relativement grande dans le cas de la biomasse (par rapport au charbon) car sa densité massique est faible, ainsi que son pouvoir calorifique.
- un apport de gaz (N2 ou C02) supplémentaire pour vider, après pressurisation, la chambre de transfert dans un réservoir tampon.
une dilution du biogaz par le gaz neutre introduit en pression provenant des porosités de la biomasse.
les vannes sont en contacts avec la matière à transférer, susceptible d'endommagement de leur fonctionnement (obturation, fermeture non complète par ladite matière).
Pour tenter de répondre à ces problématiques générales liées au système de transfert de type « lock hopper », différentes solutions ont été imaginées, à l'image de celles décrites dans le document US4150759A1 , dans le document FR2973082A1 et dans le document WO201 1/04491 1 A2.
Toutefois, ces solutions ne donnent pas encore une entière satisfaction en raison du fait qu'elles présentent toutes les inconvénients suivants : elles utilisent plusieurs pistons, donc le nombre d'organes mécaniques est élevé et il en résulte que la gestion du déplacement des pistons est complexe,
les pistons sont utilisés pour pousser la biomasse, ce qui implique la nécessité de disposer d'une étanchéité spécifique au niveau des frottements avec la biomasse,
en cas de défaillance dans la gestion du positionnement des pistons, il est susceptible d'apparaître une perte de l'étanchéité de la pompe avec une fuite de gaz du coté de la haute pression vers le coté de la basse pression. Enfin, il existe un besoin de disposer d'un système de transfert évitant des transferts de gaz à la pression régnant dans la deuxième enceinte sous pression élevée (typiquement de 40 bars dans le cas d'un réacteur de gazéification) vers la première enceinte où il règne une pression proche de la pression atmosphérique. A défaut, il en résulte des niveaux élevés de consommation d'énergie et des problèmes de pollution éventuels par le transfert de gaz.
Toutes ces problématiques peuvent se présenter pour d'autres applications et d'autres types de matière solide sous forme granulaire autres que le transfert de biomasse dans un réacteur de gazéification.
Objet de l'invention Le but de la présente invention est de proposer une solution de transfert de matière solide sous forme granulaire entre deux enceintes sous pressions différentes qui remédie aux inconvénients listés ci-dessus.
Notamment, un objet de l'invention est de proposer un système et un procédé de transfert qui soient simples et économiques, efficaces et dont la consommation énergétique soit la plus faible possible.
Un autre objet de l'invention est de fournir un système et un procédé de transfert qui évite les risques de transfert de gaz de la deuxième enceinte à la première enceinte au moment du passage de la mise en communication avec la deuxième enceinte à la mise en communication avec la première enceinte.
Ces objets peuvent être atteints par tout ou partie des revendications annexées, en particulier par un système de transfert de matière solide sous forme granulaire, d'une première enceinte dans laquelle règne une première pression vers une deuxième enceinte dans laquelle règne une deuxième pression supérieure à la première pression, le système de transfert comprenant un sas de transfert destiné à être disposé entre les première et deuxième enceintes et délimitant un volume interne, une ouverture d'admission apte à mettre en communication fluidique le volume interne avec la première enceinte, une ouverture d'échappement apte à mettre en communication fluidique le volume interne avec la deuxième enceinte, un unique piston déplaçable à l'intérieur du sas de transfert entre des première et deuxième positions telles que le volume interne varie entre une première valeur occupée dans la première position du piston et une deuxième valeur occupée dans la deuxième position du piston et inférieure à la première valeur, et un élément de commande du déplacement du piston permettant que le passage de la première valeur à la deuxième valeur est réalisé par le piston lorsque le volume interne est en communication fluidique avec la deuxième enceinte et avant une mise en communication fluidique entre le volume interne et la première enceinte et que le passage de la deuxième valeur à la première valeur est réalisé par le piston lorsque le volume interne est en communication fluidique avec la première enceinte, les première et deuxième valeurs du volume interne étant telles que le rapport entre la première pression et la deuxième pression est préférentiellement égal au rapport entre la deuxième valeur et la différence entre la première valeur et le volume occupé par la matière solide sous forme granulaire dans le volume interne du sas de transfert et provenant de la première enceinte lorsque le volume interne occupe la première valeur et que le volume interne est en communication fluidique avec la première enceinte.
Une application de ce procédé de transfert peut consister à alimenter en biomasse un réacteur de gazéification, dans laquelle la biomasse constitue la matière solide sous forme granulaire à transférer et la deuxième enceinte est constituée par le réacteur de gazéification. Description sommaire des dessins
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels les figures 1 à 5 montrent les différentes étapes d'un cycle de fonctionnement d'un exemple de système de transfert selon l'invention.
Description de modes préférentiels de l'invention
Le système de transfert 10 représenté sur les figures 1 à 5 permet de transférer de la matière solide 1 1 sous forme granulaire, d'une première enceinte E1 dans laquelle règne une première pression P1 vers une deuxième enceinte E2 dans laquelle règne une deuxième pression P2 strictement supérieure à la première pression P1 .
Une application préférée sera celle où la matière solide 1 1 est de la biomasse et la deuxième enceinte E2 est un réacteur de gazéification. La première enceinte E1 est préférentiellement un élément de stockage de la biomasse à transférer vers le réacteur de gazéification via le système 10. Dans ce cas, la première pression P1 est sensiblement égale à la pression atmosphérique tandis que la deuxième pression P2 est de l'ordre de quelques dizaines de bars, par exemple de l'ordre de 40 bars.
De manière générale, le système de transfert 10 comprend un sas de transfert 12 destiné à être disposé entre la première enceinte E1 et la deuxième enceinte E2. Le sas de transfert 12 délimite un volume interne V variable comme indiqué plus loin. Une ouverture d'admission 13 est apte à sélectivement mettre ou non en communication fluidique le volume interne V avec la première enceinte E1 . Il est également prévu une ouverture d'échappement 14 apte à sélectivement mettre ou non en communication fluidique le volume interne V avec la deuxième enceinte E2.
Le sas de transfert 1 2 comprend un unique piston 1 5 déplaçable à l'intérieur du sas de transfert entre des première et deuxième positions telles que le volume interne V varie entre une première valeur occupée dans la première position du piston 15 et une deuxième valeur occupée dans la deuxième position du piston 1 5. La deuxième valeur est strictement inférieure à la première valeur.
Selon une caractéristique importante, le sas de transfert 1 2 comprend aussi un élément 16 de commande du déplacement du piston permettant que :
le passage de la première valeur à la deuxième valeur est réalisé par le piston 1 5 lorsque le volume interne V est en communication fluidique avec la deuxième enceinte E2 et avant une mise en communication fluidique ultérieure entre le volume interne V et la première enceinte E1 ,
et le passage de la deuxième valeur à la première valeur est réalisé par le piston 1 5 lorsque le volume interne V est ou est susceptible d'être en communication fluidique avec la première enceinte E1 . Plus précisément, l'unique piston 1 5 comprend une partie mobile par coulissement logée en tout ou partie dans un corps creux 1 7 fixe dans un référentiel lié aux première et deuxième enceintes E1 , E2. C'est le déplacement de cette partie mobile qui réalise la variation du volume interne V entre les première et deuxième valeurs. Le piston peut comprendre une partie fixe, solidaire du corps creux 1 7 et destinée à participer à la mise en œuvre du déplacement de la partie mobile sélectivement dans un sens aller et dans un sens retour à partir des ordres de commande émis par l'élément 16.
Quelle que soit la nature de la matière solide 1 1 sous forme granulaire, il peut être prévu un moyen de dosage de la quantité de matière solide 1 1 déversée dans le sas de transfert à chaque fois que le volume interne est en communication fluidique avec la première enceinte E1 . En effet, à chaque cycle de fonctionnement du système de transfert 10, une quantité déterminée et quantifiée de matière 1 1 est d'abord déversée dans le volume interne depuis la première enceinte E1 à un moment où le volume interne est en communication fluidique avec la première enceinte E1 et n'est pas en communication fluidique avec la deuxième enceinte E2, puis est déversée du volume interne vers la deuxième enceinte à un moment ultérieur où le volume interne est en communication fluidique avec la deuxième enceinte E2 et n'est plus en communication fluidique avec la première enceinte E1 .
Préférentiellement, la première valeur du volume interne V occupée dans la première position du piston 15 et la deuxième valeur du volume interne V occupée dans la deuxième position 15 sont telles que le rapport calculé entre d'une part la première pression P1 et d'autre part la deuxième pression P2 est égal au rapport calculé entre d'une part la deuxième valeur du volume interne V et d'autre part la différence entre la première valeur du volume interne V et le volume occupé par la matière solide 1 1 sous forme granulaire dans le volume interne V du sas de transfert 12 et provenant de la première enceinte E1 lorsque le volume interne V occupe la première valeur et que le volume interne V est en communication fluidique avec la première enceinte E1 . Pour illustrer les principes généraux ci-dessus, le piston 15 occupe sa première position sur les figures 1 , 2 et 5 où le volume interne V délimité intérieurement par le sas de transfert 12 est égal à la première valeur définie ci-dessus, tandis que le piston 15 occupe sa deuxième position sur les figures 3 et 4 sur lesquelles le volume interne V délimité intérieurement par le sas de transfert 12 est égal à la deuxième valeur définie précédemment.
Il pourra être avantageux, ce qui correspond au mode de réalisation illustré sur les figures 1 à 5, de choisir une deuxième valeur du volume interne V sensiblement nulle. Il reste toutefois envisageable de choisir une deuxième valeur du volume interne V strictement supérieure à 0 mais vérifiant l'inéquation exposée précédemment à l'égard des première et deuxième pressions P1 et P2 et de la première valeur du volume interne V. Préférentiellement, le sas de transfert 12 comprend, outre le corps creux 17, une chambre tournante 18 montée de manière mobile par pivotement dans le corps creux 17 autour d'un axe X. Comme il sera détaillé plus loin, ce mouvement de pivotement de la chambre tournante a pour effet de faire varier de positions une lumière 19. Afin de permettre son mouvement de pivotement à l'intérieur de la cavité délimitée intérieurement par le corps creux 17 tout en ayant une possibilité d'étanchéité entre le corps creux 17 et la chambre tournante 18 durant leur mouvement relatif, la chambre tournante 18 est préférentiellement de forme tubulaire ou sphérique et l'axe de pivotement X de la chambre tournante 18 coïncide avec l'axe rectiligne de coulissement du piston 15 par rapport au sas de transfert 12. Le rapport des dimensions entre la longueur et le diamètre de la chambre tournante 18 peut varier suivant les besoins d'encombrement et de robustesse et les besoins en débit de matière solide 1 1 .
Préférentiellement, la chambre tournante 18 présente une surface extérieure de forme cylindrique dont une section de coupe (vu dans un plan perpendiculaire à l'axe de pivotement X) est un cercle et pivotant autour de X par rapport à une surface intérieure de même forme du corps creux 17,
- et une surface intérieure de forme cylindrique dont une section de coupe (vu dans un plan perpendiculaire à l'axe de coulissement du piston) est une forme polygonale ou circulaire complémentaire de la section de coupe du piston 15 perpendiculairement à l'axe de coulissement du piston 15.
Dans le cas particulier où le piston présente une section ayant une forme qui n'est pas cylindrique, le piston doit pouvoir tourner autour de l'axe X en même temps que la chambre 18. Ainsi, la partie mobile du piston coulisse à l'intérieur de la cavité délimitée intérieurement par la chambre tournante 18 tandis que celle-ci est apte à pivoter autour de X à l'intérieur de la cavité délimitée par le corps creux.
Comme il le sera détaillé plus loin, l'axe de pivotement X de la chambre tournante 18 est préférentiellement orienté selon une direction sensiblement horizontale de sorte que l'écoulement de la matière solide 1 1 de la première enceinte E1 à la deuxième enceinte E2 via le sas de transfert 12 se pratique de manière gravitaire. Plus précisément, l'écoulement ou le déversement de la matière solide 1 1 de la première enceinte E1 au volume interne V se pratique par gravité puis l'écoulement ou le déversement de la matière solide 1 1 depuis le volume interne V vers la deuxième enceinte E2 se pratique également par gravité.
Il peut toutefois être envisagé que l'axe de pivotement X de la chambre tournante 18 puisse former un angle avec l'axe rectiligne de coulissement du piston 15 par rapport au sas de transfert 12, par exemple de l'ordre de 90° . Par exemple dans le cas où l'axe rectiligne de coulissement du piston 15 par rapport au sas de transfert 12 est orienté selon une direction horizontale, l'axe de pivotement X peut être orienté soit selon une autre direction horizontale et par exemple perpendiculaire, soit selon une direction verticale, mais le déversement de matière ne se pratique alors plus par gravité.
Dans le mode de réalisation illustré, le corps creux 17 comprend un premier orifice 20 traversant l'épaisseur du corps creux perpendiculairement à l'axe X et un deuxième orifice 21 traversant suivant son épaisseur. Le premier orifice 20 débouche dans la première enceinte E1 et le deuxième orifice 21 débouche dans la deuxième enceinte E2. La chambre tournante 18 comprend la lumière 19 (déjà évoquée), qui est unique et traversante suivant l'épaisseur de la chambre tournante perpendiculairement à l'axe X. La lumière 19 de la chambre tournante 18 varie par pivotement de la chambre tournante 18 entre : une première position (figures 1 , 4 et 5) disposée en regard du premier orifice 20 du corps creux 17 dans laquelle le volume interne V est en communication avec la première enceinte E1 à travers la lumière 19 et le premier orifice 20 et dans laquelle le volume interne V n'est pas en communication fluidique avec la deuxième enceinte E2,
et une deuxième position (figures 2 et 3) disposée en regard du deuxième orifice 21 du corps creux 17 dans laquelle le volume interne V est en communication avec la deuxième enceinte E2 à travers la lumière 19 et le deuxième orifice 21 et dans laquelle le volume interne V n'est pas en communication fluidique avec la première enceinte E1 .
Préférentiellement, le passage du piston 15 de la première position à la deuxième position provoque concrètement le passage de l'ouverture d'échappement 14 d'un premier état dans lequel le volume interne V du sas de transfert 12 est en communication fluidique avec la deuxième enceinte E2 à un deuxième état dans lequel le volume interne V du sas de transfert 12 n'est pas en communication fluidique avec la deuxième enceinte E2. Le premier état de l'ouverture d'échappement 14 est représenté occupé par la matière à transférer sur la figure 2, juste avant le transfert de la matière vers la chambre E2. Le passage du piston 15 vers sa deuxième position sur les figures 3 et 4 provoque le passage de l'ouverture d'échappement 14 dans son deuxième état bien que la lumière 19 soit dans sa deuxième position. Il peut notamment être prévu que le piston 15 réalise une obturation de l'ouverture d'échappement 14 lorsqu'il occupe sa deuxième position et supprime toute communication fluidique entre la deuxième enceinte E2 et le volume interne V du sas de transfert 12 même si la lumière 19 est dans sa deuxième position. Lorsque la lumière 19 n'est pas dans sa deuxième position, l'ouverture d'échappement 14 est de toutes façons dans son deuxième état car elle obturée par la paroi de la chambre tournante, indépendamment de la position adoptée par le piston.
Sur les figures 1 et 5, l'ouverture d'échappement 14 occupe son deuxième état bien que le piston 15 soit dans sa première position en raison du fait que la lumière 19 de la chambre tournante 18 est dans sa première position. C'est la paroi de la chambre tournante, placée au droit du deuxième orifice 21 qui réalise l'obturation de l'ouverture d'échappement 14, l'unique lumière 19 étant en regard du premier orifice 20.
En complément, le passage du piston 15 de la première position à la deuxième position provoque de préférence le passage de l'ouverture d'admission 13 d'un premier état dans lequel le volume interne V du sas de transfert 12 est en communication fluidique avec la première enceinte E1 à un deuxième état dans lequel le volume interne V du sas de transfert 12 n'est pas en communication fluidique avec la première enceinte E1 . Il peut notamment être prévu que le piston 15 réalise une obturation de l'ouverture d'admission 13 lorsqu'il occupe sa deuxième position et supprime toute communication fluidique entre la première enceinte E1 et le volume interne V du sas de transfert 12 même si la lumière 19 est dans sa première position. Lorsque la lumière 19 n'est pas dans sa première position, l'ouverture d'admission 13 est de toutes façons dans son deuxième état car elle obturée par la paroi de la chambre tournante, indépendamment de la position adoptée par le piston.
Ainsi, sur la figure 4, l'ouverture d'admission 13 est dans son deuxième état même si la lumière 19 est dans sa première position. Préférentiellement, le premier orifice 20 et le deuxième orifice 21 sont alignés selon une direction verticale perpendiculairement à l'axe de pivotement de la chambre tournante 18, le premier orifice 20 étant disposé au-dessus du deuxième orifice 21 . La matière solide 1 1 sous forme granulaire peut s'écouler de manière gravitaire d'abord de la première enceinte E1 à la chambre tournante 18 à travers la lumière 19 occupant sa première position et à travers le premier orifice 20, puis, après pivotement de la chambre tournante 18, de la chambre tournante 18 à la deuxième enceinte E2 à travers la lumière 19 occupant sa deuxième position et à travers le deuxième orifice 21 .
Il ressort de ce qui précède que c'est la réunion de la lumière 19 de la chambre tournante 18 et du premier orifice 20 du corps creux 17 qui constitue l'ouverture d'admission 13 et c'est la réunion de la lumière 19 de la chambre tournante 18 et du deuxième orifice 21 du corps creux 17 qui constitue l'ouverture d'échappement 14. Le premier état de l'ouverture d'admission 13 correspond à la configuration adoptée lorsque la lumière 19 est dans sa première position (sous réserve que le piston 15 soit dans sa première position) et comme il y a une seule lumière 19, l'ouverture d'échappement 14 est automatiquement dans son deuxième état. Par contre, le premier état de l'ouverture d'échappement 14 correspond à la configuration adoptée après la mise en œuvre d'un pivotement idoine de la chambre tournante 18 de sorte à placer la lumière 19 de la chambre tournante 18 en regard du deuxième orifice 21 du corps creux 17 (sous réserve que le piston 15 soit dans sa première position), c'est-à-dire lorsque la lumière 19 est dans sa deuxième position : comme il y a une seule lumière 19, l'ouverture d'admission 13 est automatiquement dans son deuxième état.
Ainsi, lorsque l'ouverture d'admission 13 est dans son premier état, l'ouverture d'échappement 14 est forcément dans son deuxième état. Par ailleurs, lorsque l'ouverture d'échappement 14 est dans son premier état, l'ouverture d'admission 13 est forcément dans son deuxième état. Il n'existe pas de situation où les deux ouvertures 13, 14 seraient simultanément dans leurs premiers états, évitant tout risque de transfert de gaz involontaire d'une enceinte à l'autre.
Dans un mode de réalisation préféré, le sas de transfert 12 comprend un moyen d'étanchéité à la matière solide 1 1 granulaire disposé entre la surface extérieure de la chambre tournante 18 et la surface intérieure du corps creux 17. Une fois que la quantité désirée de matière solide 1 1 est déversée (flèche F1 ) dans le volume interne V (figure 1 ), la chambre tournante 18 subit une rotation (flèche F2) de l'ordre de 180° . Durant cette rotation, l'étanchéité entre la première enceinte E1 à basse pression et la deuxième enceinte E2 à plus haute pression est assurée en permanence dans l'intervalle entre la surface extérieure de la chambre tournante 18 et la surface intérieure du corps creux 17. Chacun des premier et deuxième orifices 20, 21 présente préférentiellement une dimension suivant une direction perpendiculaire à l'axe X inférieure à un quart du cercle de la chambre 18.
Il est possible d'utiliser une technologie similaire à celle des robinets à tournant sphérique ou cylindrique. Un robinet à tournant sphérique (communément appelé vanne à boule ou vanne quart de tour) est muni d'un passage intégral ou trou cylindrique dans une boule mise en rotation (quart de tour) dans une chambre sphérique, l'étanchéité étant réalisée directement au contact métal sur métal, ou bien sur un revêtement, par exemple en polytétrafluoroéthylène. Un robinet à tournant cylindrique permet un passage intégral par une lumière réalisée dans un cylindre tournant, l'étanchéité étant faite sur le cylindre. Les écluses rotatives fonctionnent sur le même principe à la différence que le cylindre est compartimenté pour faire une distribution de poudre d'une manière dosée.
Alternativement ou en combinaison, une barrière hydraulique par injection d'un faible débit de gaz entre le corps creux 17 et la chambre tournante 18 peut être implémentée pour permettre d'une part d'éviter les fines poussières de s'intercaler entre la surface intérieure du corps creux 17 et la surface extérieure de la chambre tournante 18 et d'autre part de vérifier l'étanchéité par la mesure du débit de fuite.
La taille de la chambre tournante 18 est notamment fonction du débit de matière solide 1 1 à transférer, ce débit dépendant également de la durée (typiquement comprise entre 1 et 10 s) du cycle de transfert détaillé plus loin. Par exemple, dans le cas où un débit de 1 tonne par heure est recherché (le cycle présentant une durée de 5 s par exemple), il est nécessaire de mettre en œuvre 720 cycles en une heure. Le volume correspondant de matière 1 1 est 5000 L dans le cas de la biomasse. Dans cet exemple, la chambre de transfert présente un volume d'environ 7 L : il est possible de prévoir un diamètre d'environ 20 cm de diamètre et une longueur d'environ 20 cm. Pour cette dimension de la chambre tournante 18, la lumière 19 présenterait une largeur de l'ordre de 12 ou 13 cm suivant une direction perpendiculaire à l'axe X et une longueur d'environ 20 cm suivant l'axe X.
L'utilisation du système de transfert 10 peut avantageusement être la suivante. Le transfert de matière solide 1 1 sous forme granulaire, de la première enceinte E1 dans laquelle règne la première pression P1 vers la deuxième enceinte E2 dans laquelle règne la deuxième pression P2 supérieure à la première pression P1 , comprend une phase d'utilisation d'un tel système de transfert 10. Cette phase d'utilisation comprend préférentiellement les étapes successives suivantes :
une première étape de placement (flèche F6) du piston 15 dans la première position (figure 1 ) de sorte que le volume interne V du sas de transfert 12 occupe sa première valeur,
une deuxième étape de mise en communication du volume interne V du sas de transfert 12 avec la première enceinte E1 et déversement (flèche F1 ), notamment de manière gravitaire, d'une quantité de matière solide 1 1 sous forme granulaire dans tout ou partie du volume interne V à la première valeur,
une troisième étape (figure 2) de mise en communication du volume interne V du sas de transfert 12 avec la deuxième enceinte E2 et déversement (flèche F3) dans la deuxième enceinte E2 par rotation de 180° de la chambre tournante 18, notamment de manière gravitaire, de la quantité de matière solide 1 1 sous forme granulaire contenue dans le volume interne V, une quatrième étape (figure 3) de passage (flèche F4) de la première valeur à la deuxième valeur par le piston 15 alors que le volume interne V est en communication fluidique avec la deuxième enceinte E2, une cinquième étape (figures 4 et 5) de mise en communication fluidique entre le volume interne V et la première enceinte E1 , de suppression de la communication fluidique entre le volume interne V et la deuxième enceinte E2 et ensuite de passage (flèche F6) de la deuxième valeur à la première valeur par le piston 15. Dans le mode de réalisation particulier où le sas de transfert 12 comprend le corps creux 17 fixe par rapport aux première et deuxième enceintes E1 , E2 et la chambre tournante 18 montée de manière mobile par pivotement dans le corps creux 17, la troisième et la cinquième étapes comprennent la mise en œuvre d'une étape de pivotement de la chambre tournante par rapport au corps creux. La flèche F2 illustre le pivotement de la chambre tournante 18 durant la troisième étape, consistant à déplacer la lumière 19 de la première position à la deuxième position. La flèche F5 illustre le pivotement de la chambre tournante 18 durant la cinquième étape, consistant à déplacer la lumière 19 de la deuxième position à la première position. Le sens de pivotement durant la troisième étape peut être identique ou opposé au sens de pivotement durant la cinquième étape.
Il convient de préciser que le pivotement de la chambre tournante 18 pour la mise en œuvre de la cinquième étape peut débuter avant que le piston 15 occupe sa deuxième position mais le piston 15 doit occuper sa deuxième position lorsque le volume interne est encore en communication fluidique avec la deuxième enceinte E2. Dans le mode de réalisation illustré, le passage de la deuxième valeur à la première valeur par le piston 15 est réalisé après l'étape de pivotement de la chambre tournante 18 qui réalise la mise en communication fluidique entre le volume interne V et la première enceinte E1 et simultanément la suppression de la communication fluidique entre le volume interne V et la deuxième enceinte E2.
Dans une autre variante non représentée du système de transfert, le sas de transfert est constitué d'une chambre non plus tournante mais au contraire fixe, dédiée au transfert entre les deux enceintes E1 , E2. Le changement d'état des ouvertures 13, 14 ne se pratique plus par pivotement de la chambre mais par contre le sas de transfert comprend une première vanne supérieure destinée à occuper un état ouvert ou fermé dans lesquels le volume interne V délimité par la chambre fixe respectivement est et n'est pas en communication fluidique avec la première enceinte E1 et une deuxième vanne inférieure destinée à occuper un état ouvert ou fermé dans lesquels le volume interne V délimité par la chambre fixe respectivement est et n'est pas en communication fluidique avec la deuxième enceinte E2. Par contre, de la même manière que précédemment, le sas de transfert comprend un unique piston capable de faire varier le volume interne entre les première et deuxième valeurs, ce piston se déplaçant à l'intérieur de la chambre fixe. En particulier, ce piston joue un rôle d'obturateur en venant occuper le volume de la chambre après la chute gravitaire de la matière solide 1 1 dans la deuxième enceinte E2, pour éviter le transfert de gaz de la deuxième enceinte E2 vers la première enceinte E1 .
Le cycle de fonctionnement de cette variante de système de transfert comprend les mêmes étapes générales que décrites précédemment, celles-ci pouvant être mises en œuvre concrètement en réalisant les étapes successives suivantes : ouverture de la vanne supérieure du côté de la première enceinte et fermeture de la vanne inférieure du côté de la deuxième enceinte, le piston étant tel que le volume interne occupe la première valeur,
déversement d'une quantité déterminée de matière solide 1 1 dans le volume interne à la chambre fixe, grâce à un système de dosage (vis sans fin, écluse rotative, etc .),
fermeture de la vanne supérieure du côté de la première enceinte, ouverture de la vanne inférieure du côté de la deuxième enceinte et déversement de manière gravitaire de la matière solide dans la deuxième enceinte hors de la chambre fixe,
déplacement du piston de sorte que le volume interne V vienne occuper la deuxième valeur,
fermeture de la vanne inférieure du côté de la deuxième enceinte, ouverture de la vanne supérieure du côté de la première enceinte, - déplacement du piston pour passer le volume interne de la deuxième valeur à la première valeur.
Il ressort des deux variantes précédemment décrites que l'on dispose d'un système de transfert de matière solide sous forme granulaire entre deux enceintes sous pressions différentes sans transfert de gaz de l'enceinte dans laquelle règne la plus forte pression vers l'enceinte dans laquelle règne la moins forte pression. Le transfert de la matière peut préférentiellement se faire de manière gravitaire. Le piston joue un rôle d'obturation partielle ou totale du volume interne de la chambre de transfert, qu'elle soit tournante ou fixe, au moment du passage de la mise en communication fluidique entre ce volume interne et l'enceinte dans laquelle règne la plus forte pression à la mise en communication fluidique entre ce volume interne et l'enceinte dans laquelle règne la moins forte pression. Cela permet ainsi d'éviter le transfert de gaz du côté de la haute pression vers le côté de la basse pression, en particulier lors du retour par rotation de la chambre dans le cas d'une chambre tournante. Cette obturation se produit à un moment où le volume interne est encore en communication fluidique avec l'enceinte sous haute pression et avant une mise en communication fluidique ultérieure avec l'enceinte sous plus faible pression.
Un intérêt de ne pas avoir de transfert de gaz est également de ne pas dépenser d'énergie pour comprimer le gaz de la pression régnant dans la première enceinte à la pression régnant dans la deuxième enceinte (la différence de pression étant généralement de l'ordre de 40 bars pour un réacteur de gazéification à flux entraîné), tout en s'affranchissant de risque de transfert de gaz de la deuxième chambre vers la première chambre.
La variante particulière de la chambre tournant est une combinaison avantageuse :
du mouvement de rotation de la chambre pour un convoyage gravitaire entre les deux chambres à différentes pressions tout en assurant l'étanchéité,
et l'obturation de cette chambre du côté de la plus haute pression, pour éviter de transférer le gaz du côté de la plus haute pression vers le côté de la plus basse pression, lors du retour de la chambre.
Le système et le procédé de transfert présentent les avantages d'être simples (une seule pièce en rotation et un seul piston) et économiques, efficaces et de présenter une consommation énergétique la plus faible possible (limitée à la seule force nécessaire au déplacement du piston). Ils évitent avantageusement les risques de transfert de gaz de la deuxième enceinte à la première enceinte au moment du passage de la mise en communication fluidique avec la deuxième enceinte à la mise en communication fluidique avec la première enceinte. Les avantages supplémentaires sont les suivants :
une absence de consommation de gaz,
la séquence du cycle de fonctionnement est rapide, limitée essentiellement par le temps de remplissage et de vidange du sas par la matière solide 1 1 ,
la matière solide, en particulier la biomasse, n'est pas poussée par le piston et elle tombe par chute gravitaire,
absence de risque de mettre en communication les première et deuxième enceintes par une défaillance de pilotage,
- le débit de matière solide peut être adapté par la fréquence du cycle,
le système peut être extrapolé à plusieurs tailles,
il est possible d'associer en parallèle plusieurs systèmes de transfert ente eux par un mécanisme de liaison tel qu'un arbre à came ou une bielle pour les actionner simultanément.
Enfin, la solution développée ci-dessus peut être utilisée pour d'autres applications et d'autres types de matière solide sous forme granulaire autres que le transfert de biomasse dans un réacteur de gazéification.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système de transfert (10) de matière solide (1 1 ) sous forme granulaire, d'une première enceinte (E1 ) dans laquelle règne une première pression (P1 ) vers une deuxième enceinte (E2) dans laquelle règne une deuxième pression (P2) supérieure à la première pression (P1 ), le système de transfert (10) comprenant un sas de transfert (12) destiné à être disposé entre les première et deuxième enceintes (E1 , E2) et délimitant un volume interne (V), une ouverture d'admission (13) apte à mettre en communication fluidique le volume interne (V) avec la première enceinte (E1 ), une ouverture d'échappement (14) apte à mettre en communication fluidique le volume interne (V) avec la deuxième enceinte (E2), un unique piston (15) déplaçable à l'intérieur du sas de transfert (12) entre des première et deuxième positions telles que le volume interne (V) varie entre une première valeur occupée dans la première position du piston (15) et une deuxième valeur occupée dans la deuxième position du piston (15) et inférieure à la première valeur, et un élément de commande (16) du déplacement du piston (15) permettant que le passage de la première valeur à la deuxième valeur est réalisé par le piston (15) lorsque le volume interne (V) est en communication fluidique avec la deuxième enceinte (E2) et avant une mise en communication fluidique entre le volume interne (V) et la première enceinte (E1 ) et que le passage de la deuxième valeur à la première valeur est réalisé par le piston (15) lorsque le volume interne (V) est en communication fluidique avec la première enceinte (E1 ), caractérisé en ce que les première et deuxième valeurs du volume interne (V) sont telles que le rapport entre la première pression (P1 ) et la deuxième pression (P2) est préférentiellement égal au rapport entre la deuxième valeur et la différence entre la première valeur et le volume occupé par la matière solide (1 1 ) sous forme granulaire dans le volume interne (V) du sas de transfert (12) et provenant de la première enceinte (E1 ) lorsque le volume interne (V) occupe la première valeur et que le volume interne (V) est en communication fluidique avec la première enceinte (E1 ).
2. Système de transfert (10) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la deuxième valeur est sensiblement nulle.
3. Système de transfert (10) selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le passage du piston (15) de la première position à la deuxième position provoque le passage de l'ouverture d'échappement (14) d'un premier état dans lequel le volume interne (V) du sas de transfert (12) est en communication fluidique avec la deuxième enceinte (E2) à un deuxième état dans lequel le volume interne (V) du sas de transfert (12) n'est pas en communication fluidique avec la deuxième enceinte (E2).
4. Système de transfert (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le piston (15) occupant sa deuxième position réalise une obturation de l'ouverture d'échappement (14) et supprime toute communication fluidique entre la deuxième enceinte (E2) et le volume interne (V) du sas de transfert (12).
5. Système de transfert (10) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le passage du piston (15) de la première position à la deuxième position provoque le passage de l'ouverture d'admission (13) d'un premier état dans lequel le volume interne (V) du sas de transfert (12) est en communication fluidique avec la première enceinte (E1 ) à un deuxième état dans lequel le volume interne (V) du sas de transfert (12) n'est pas en communication fluidique avec la première enceinte (E1 ).
6. Système de transfert (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le piston (15) occupant sa deuxième position réalise une obturation de l'ouverture d'admission (13) et supprime toute communication fluidique entre la première enceinte (E1 ) et le volume interne (V) du sas de transfert (12).
7. Système de transfert (10) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le sas de transfert (12) comprend un corps creux (17) destiné à être fixe dans un référentiel lié aux première et deuxième enceinte (E1 , E2) et une chambre tournante (18) montée de manière mobile par pivotement dans le corps creux (17).
8. Système de transfert selon la revendication 7, caractérisé en ce que la chambre tournante (18) est de forme tubulaire ou sphérique et l'axe de pivotement (X) de la chambre tournante (18) coïncide avec l'axe rectiligne de coulissement du piston (15) par rapport au sas de transfert (12).
9. Système de transfert (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'axe de pivotement (X) de la chambre tournante (18) est orienté selon une direction sensiblement horizontale de sorte que l'écoulement de la matière solide (1 1 ) de la première enceinte (E1 ) à la deuxième enceinte (E2) via le sas de transfert (12) se pratique de manière gravitaire.
10. Système de transfert (10) selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que la chambre tournante (18) présente une surface extérieure de forme cylindrique dont une section de coupe est un cercle et pivotant par rapport à une surface intérieure du corps creux (17) et une surface intérieure de forme cylindrique dont une section de coupe est une forme polygonale ou circulaire complémentaire de la section de coupe du piston (15) perpendiculairement à l'axe de coulissement du piston (15).
1 1 . Système de transfert (10) selon la revendication 10, caractérisé en ce que le sas de transfert (12) comprend un moyen d'étanchéité à la matière solide (1 1 ) granulaire disposé entre la surface extérieure de la chambre tournante (18) et la surface intérieure du corps creux (17).
12. Système de transfert (10) selon l'une des revendications 7 à 1 1 , caractérisé en ce que le corps creux (17) comprend des premiers et deuxième orifices (20, 21 ) traversants suivant son épaisseur et débouchant respectivement dans les première et deuxième enceintes (E1 , E2), en ce que la chambre tournante (18) comprend une unique lumière traversante (19) suivant son épaisseur, la lumière (19) de la chambre tournante (18) variant par pivotement de la chambre tournante (18) entre :
- une première position disposée en regard du premier orifice (20) du corps creux (17) dans laquelle le volume interne (V) est en communication avec la première enceinte (E1 ) à travers la lumière (19) et le premier orifice (20) et dans laquelle le volume interne (V) n'est pas en communication fluidique avec la deuxième enceinte (E2),
- une deuxième position disposée en regard du deuxième orifice (21 ) du corps creux (17) dans laquelle le volume interne (V) est en communication avec la deuxième enceinte (E2) à travers la lumière (19) et le deuxième orifice (21 ) et dans laquelle le volume interne (V) n'est pas en communication fluidique avec la première enceinte (E1 ).
13. Système de transfert (10) selon la revendication 12, caractérisé en ce que le premier orifice (20) et le deuxième orifice (21 ) sont alignés selon une direction verticale, le premier orifice (20) étant disposé au- dessus du deuxième orifice (21 ), permettant à la matière solide (1 1 ) sous forme granulaire de s'écouler de manière gravitaire d'abord de la première enceinte (E1 ) à la chambre tournante (18) à travers la lumière (19) occupant sa première position et à travers le premier orifice (20), puis, après pivotement de la chambre tournante (18), de la chambre tournante (18) à la deuxième enceinte (E2) à travers la lumière (19) occupant sa deuxième position et à travers le deuxième orifice (21 ).
14. Système de transfert (10) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le sas de transfert comprend
- une chambre fixe dédiée au transfert entre les deux enceintes (E1 , E2),
- un unique piston se déplaçant à l'intérieur de la chambre fixe de sorte à faire varier le volume interne (V) délimité par la chambre fixe entre les première et deuxième valeurs,
- une première vanne supérieure destinée à occuper un état ouvert ou fermé dans lesquels le volume interne respectivement est et n'est pas en communication fluidique avec la première enceinte (E1 ),
- et une deuxième vanne inférieure destinée à occuper un état ouvert ou fermé dans lesquels le volume interne respectivement est et n'est pas en communication fluidique avec la deuxième enceinte (E2).
15. Procédé de transfert de matière solide sous forme granulaire, d'une première enceinte (E1 ) dans laquelle règne une première pression (P1 ) vers une deuxième enceinte (E2) dans laquelle règne une deuxième pression (P2) supérieure à la première pression (P1 ), comprenant une phase d'utilisation d'un système de transfert (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14.
16. Procédé de transfert selon la revendication 15, caractérisé en ce que ladite phase d'utilisation comprend les étapes successives suivantes :
une première étape (F6) de placement du piston (15) dans la première position de sorte que le volume interne (V) du sas de transfert (12) occupe sa première valeur,
une deuxième étape de mise en communication du volume interne (V) du sas de transfert (12) avec la première enceinte (E1 ) et déversement (F1 ), notamment de manière gravitaire, d'une quantité de matière solide (1 1 ) sous forme granulaire dans tout ou partie du volume interne (V),
une troisième étape (F2) de mise en communication du volume interne (V) du sas de transfert (12) avec la deuxième enceinte (E2) et déversement (F3) dans la deuxième enceinte (E2), notamment de manière gravitaire, de la quantité de matière solide (1 1 ) sous forme granulaire contenue dans le volume interne (V),
une quatrième étape (F4) de passage de la première valeur à la deuxième valeur par le piston (15) alors que le volume interne (V) est en communication fluidique avec la deuxième enceinte (E2),
- une cinquième étape (F5) de mise en communication fluidique entre le volume interne (V) et la première enceinte (E1 ), suppression de la communication fluidique entre le volume interne (V) et la deuxième enceinte (E2) et ensuite passage (F6) de la deuxième valeur à la première valeur par le piston.
17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que le sas de transfert (12) comprenant un corps creux (17) fixe par rapport aux première et deuxième enceintes (E1 , E2) et une chambre tournante (18) montée de manière mobile par pivotement dans le corps creux (17), la troisième et la cinquième étapes comprennent la mise en œuvre d'une étape (F2, F5) de pivotement de la chambre tournante (1 8) par rapport au corps creux (1 7).
1 8. Application du procédé de transfert selon l'une quelconque des revendications 1 5 à 1 7, pour alimenter en biomasse un réacteur de gazéification, dans laquelle la biomasse constitue la matière solide (1 1 ) sous forme granulaire à transférer, la deuxième enceinte (E2) est constituée par le réacteur de gazéification.
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